既有公共建筑節能改造常見節能技術

 行業新聞    |      2023-03-19

既有公共建筑節能改造常見節能技術

大量的能耗統計、能源審計和節能診斷發現,各類公共建筑用能水平不完全與服務品質匹配,而是普遍存在著不同程度的高能耗、低能效問題,其中大型公共建筑普遍存在30%以上的節能潛力。

下面與大家一起盤點公共建筑節能改造常見節能技術有哪些。

建筑圍護結構保溫

對于圍護結構熱工性能較差的公共建筑,進行保溫改造是很有必要的,可以比較顯著地實現建筑節能。但是,對于墻體和屋頂的熱工特性已經滿足GB 50189《公共建筑節能設計標準》要求的建筑,再對其進行保溫改造的節能效果已經很不明顯,經濟性也不佳,因此沒有必要再對其進行改造。

圍護結構改造圍護結構的熱工性能是影響建筑冷熱能耗的重要因素。圍護結構的節能改造宜選用對環境影響小、工期短、工藝便捷的改造技術,盡量減少或避免濕作業施工。墻體保溫改造適宜于窗墻比小、熱工性能差的公共建筑。常用的墻體保溫有聚苯板類外保溫、硬泡聚氨酯保溫、巖棉板保溫和外掛預制符合保溫等方法。外門窗改造也是維護結構熱工性能的重要環節,其節能計量公式為: △Qx= q0×△Sc×F+△K×△ts×F+△K×△tw×F 其中,q0為太陽輻射平均強度;△Sc為遮陽系數增量;K為傳熱系數增量;△ts、△tw分別為夏、冬季室內外溫差;F為門窗面積。由此可見,對于窗墻比大且熱工性能差、門窗密閉性差的公共建筑可通過更換、增加內門斗或內窗等方式達到節能目的。此外,也可通過玻璃貼隔熱膜的方式降低太陽輻射,提高遮陽效果。對窗墻比較大、熱工性能與公共建筑節能設計標準相差不太大時,應優先采用外窗改造方案,因為外墻保溫改造成本較高,技術經濟指標相對較差。

水力平衡改造

水力失調是由于供暖與空調水系統水力失衡而引起運行工況失調的一種現象。水力失調分為靜態與動態兩種類型。靜態水力失調是水系統自身固有的,是由于管路系統特性阻力系數的實際值偏離設計值而導致的。動態水力失調是因某些末端設備的閥門開度改變,在導致流量變化的同時,管路系統的壓力產生波動,從而引起互擾而使其它末端設備流量偏離設計值的一種現象。動態水力失調不是水系統自身固有的,是在系統運行過程中產生的。通過在管道系統中增設靜態水力平衡設備(水力平衡閥)對系統管道特性阻力數比值進行調節,使其與設計要求管道特性阻力數比值一致,此時當系統總流量達到設計流量時,各末端設備流量均同時達到設計流量,系統實現靜態水力平衡。通過在管道系統中增設動態水力平衡設備(流量調節器或壓差調節器),當其它用戶閥門開度發生變化時,通過動態水力平衡設備的屏蔽作用,使自身的流量并不隨之發生變化,末端設備流量不互相干擾,此時系統實現動態水力平衡。早期的大型公共建筑供熱工程中常采用定流量水力系統。定流量系統是指系統系統在初調試完成后閥門開度無須做任何改變,系統各處流量始終保持恒定。定流量系統只存在靜態水力失調,基本不存在動態水力失調,因此只需在相關部位安裝靜態水力平衡調節閥即可。隨著人們對室內溫度舒適性要求、節能意識的不斷提高,變流量水力系統在供熱工程中占據越來越重要的位置。變流量系統是指系統在運行過程中各分支環路的流量隨外界負荷的變化而變化。變流量系統一般既存在靜態水力失調,也存在動態水力失調,因此必須采取相應的水力平衡措施來實現系統的全面平衡。在實際的工程設計中,應根據改造項目的投資、規模及系統的精度要求合理地選用水力平衡方案,既要保證工程設計和規范要求,又要實現供熱水力系統的舒適性和節能性。

建筑外遮陽技術


外遮陽設施,包括百葉外遮陽和卷簾外遮陽,其節能率較佳,但是其初投資也較大,因此經濟性不佳。對于該類技術,如何降低其生產、改造成本,是今后建筑節能研究需要重點發展的方向。如果不考慮經濟因素,外遮陽設施不失為一項不錯的節能改造技術。


可再生能源利用改造

在大型公共建筑節能改造工程條件許可的情況下,用太陽能、地熱能、生物質能、風能等可再生能源替代或部分替代現有能源,是綠色建筑和高效節能建筑的發展重點。以太陽能利用為例,目前主要有光電應用技術和光熱應用技術兩大類,前者通過在大型建筑屋頂和玻璃幕墻上鋪設光伏板,既可以解決建筑用電,在電力豐裕時還可以向電網供電。后者在我國發展較早,主要用于太陽能熱水器系統,目前我國的真空管、熱管、平板等集熱技術水平已居世界前列,光熱應用技術十分成熟,前景廣闊。此外,我國淺層地溫資源儲藏豐富,地源熱泵空調系統的應用發展迅速。地源熱泵通過吸收大地(包括土壤、井水、海水等)的冷熱量,再由熱泵機組向建筑物供冷供熱而實現節能,是一種利用可再生能源的高效節能、污染物的新型空調系統。在進行地下用熱平衡分析、經濟技術分析后評價合理的前提下,用地源熱泵空調系統替換原有的低效系統能夠獲得高效、低能源消耗的雙收益。



自然通風改造

自然通風是在壓差推動下的空氣流動。自然通風改造的根本目的就是取代(部分取代)空調制冷系統。通常認為這一取代過程有三大作用:一是提供新鮮空氣;二是生理降溫;三是釋放建筑結構中蓄存的熱量。自然通風一般在建筑設計時通過建筑體和建筑群布局、圍護結構開口、豎井設置等方式加以考慮和實現。大型公共建筑的自然通風改造則可以通過架設屋頂通風隔熱層、增添雙層(或三層)玻璃幕墻、改變窗戶型式和開啟方式等途徑來達到節能效果。尤其是雙層(或三層)幕墻技術是當今生態建筑中所普遍采用的一項先進技術,被譽為“會呼吸的皮膚”。其通風原理是在兩層玻璃幕墻之間留一個空腔,空腔的兩端有可以控制的進風口和出風口。在冬季,關閉進出風口,雙層玻璃之間形成一個“陽光溫室”,提高圍護結構表面的溫度;夏季,打開進出風口,利用“煙囪效應”在空腔內部實現自然通風,使玻璃之間的熱空氣不斷的被排走,達到降溫目的。在節能上,雙層通風幕墻由于換氣層的作用,比單層幕墻在采暖時節能42%~52%,在制冷時節能38%~60%。



負荷匹配改造

大型公共建筑的冷熱源與使用負荷不匹配而造成系統低效運行的情況在實際使用中比較常見。造成負荷不匹配的原因主要有兩個方面,一是設計時冷熱源設備本身余量較大;二是使用需求發生變化,而冷熱源供應設備卻沒有相應改變。對于第一種情況,只需要對冷熱源設備本身進行調整即可。第二種情況在空調、鍋爐、供暖系統中比較常見,相對比較復雜,解決途徑主要有兩種途徑,一是對需求進行調整,如鍋爐由連續供應改為間斷供應等;二是對設備進行調整,通常是根據現有冷熱源設備,增配若干臺小負荷設備,并調整運行策略,使系統高效運行。



直燃機、鍋爐煙氣余熱回收改造


在大型公共建筑中較多采用直燃機、鍋爐等設備供熱。為保護燃燒設備,目前的天然氣鍋爐或直燃機溫度一般都在150℃甚至200℃以上,且很少采取措施來降低排煙熱度,大量的熱能被排放到大氣中,既浪費能源又污染環境。通過對燃氣鍋爐進行煙氣余熱回收改造,可提高鍋爐效率3%~8%,同時降低了污染物的排放量[6]。煙氣余熱回收系統回收的熱量,可以用作預熱鍋爐系統的補水或生活熱水補水。燃氣鍋爐煙氣熱回收技術是通過增加燃氣鍋爐的尾部煙氣受熱面,降低鍋爐排煙溫度,將高溫煙氣的熱能回收。圖3是一個典型的煙氣余熱回收利用系統。 該系統由熱管節能器、水箱、循環水泵、控制系統等組成,在鍋爐排煙出口安裝一臺熱管節能器回收煙氣余熱,將鍋爐給水進入節能器加溫后進入軟化水箱實現余熱回收利用。系統可實現全自動化運行模式,通過采集煙溫來控制循環水泵的啟停,實現水泵啟停與鍋爐運行同步,確保水箱運行溫度在40~60℃。該煙氣余熱回收利用系統安全可靠,節能減排效果明顯。



電氣節能改造

電氣節能可以主要從三個方面來進行,一是安裝電能質量改善設備。諧波和無功功率的大量存在,不僅會給大型公共建筑的電氣設備正常使用帶來不利影響,也會干擾電力計量。通過安裝改善電能質量的設備可以有效改善公共建筑的用電質量。二是采用電梯動能回饋節能技術。變頻調速器通過電動機可以將電梯減速,轎廂和對重平衡塊的質量差帶來的電梯運行時的機械能轉變成電能,存儲在變頻器直流環節的大電容中,通過有源能量回饋器將大電容中存儲的電量無消耗地回送給電網。這樣既達到節電目的,又無耗電發熱大功率電阻,大大改善了系統的運行環境。三是扶梯節能控制改造。在扶手電梯的入口處增加載客感應器,無乘客到達時停止運行。當有乘客到達入口感應區域時,電梯自動起動運行。在一個運客周期后若無新乘客到達,電梯自動停止運行。扶梯節能控制系統節能效果顯著,通常節能效率可達20%~60%。

Low-e玻璃和熱反射玻璃

對于遮陽型Low-e玻璃,在夏季可以明顯降低供冷負荷,在冬季會在一定程度上增加供暖負荷,因此,比較適用于南方以供冷為主的地區采用。但是,即使是在供暖能耗較大的北方地區(如:北京),對于部分窗墻比較大的公共建筑,由于供冷所需電的能源價格要高于鍋爐供暖所需的天然氣價格,從全年節能率和投資回收期來看,仍然不失為一項不錯的節能改造技術。



關于高透型Low-e玻璃和熱反射玻璃,對于位于長江中下游(如:上海)和南方地區(如:廣州),冬季不需要集中供暖地區的建筑,并沒有必要一味追求使用低傳熱系數的Low-e玻璃,采用價格較為便宜的熱反射玻璃完全可以達到和高透型Low-e玻璃接近的節能效果,經濟性會更好。



分項計量改造

能耗數據分項計量是實施能耗監測和管理的基礎性工作。分項計量包括能耗數據的采集、傳輸和處理三個環節,其中傳輸環節最為關鍵。數據采集需要安裝電表、水表、燃氣表等計量表具,一般采取直讀數。數據的傳輸分有線和無線兩種方式,一般情況下采用有線傳輸方式,部分布線距離較長施工難度大的情況采用無線傳輸技術,兩種傳輸方式可以組合使用。有線傳輸有RS485、電力載波、TCP\IP等多種技術途徑,其中RS485技術成熟,傳輸穩定,使用最常見。在組網規模較大的情況下可采用RS485和TCP\IP協議相結合的方式,下層用RS485總線制拓撲,上層用TCP\IP星形拓撲,兩者通過異步串口通訊服務器聯接。上層TCP\IP協議可以利用已有的寬帶或辦公自動化網絡,減少布線規模,節省成本。能耗數據的無線傳輸也有很多成熟的方案可供選擇,且應用越來越普遍。數據的處理主要是通過軟件實現,包括數據庫和用戶端軟件。中小型數據庫可采用SQL sever系列,用戶端軟件一般要設計登錄權限、儀表實時監測、歷史數據查詢、能耗圖形分析、能耗明細統計、能耗超標預警等功能,此外,根據用戶需要還可以定制一些特殊功能。



節能燈具、自然采光

照明系統的節能潛力較大,特別是更換節能燈具,無論是針對辦公建筑還是針對商場建筑,其節能效果都非常好,因此值得大力推廣。值得注意的是,對于日光照明技術,其在既有建筑改造中難度較大(受既有建筑的窗的采光性能所限),而對于新建建筑,在條件允許的情況下(如窗戶采光性能較好),應盡量采用該技術,以減少大量照明能耗。

照明系統節能改造大型公共建筑物照明包括室內照明、室內公共區照明、室外照明(包括景觀照明、庭院照明、廣告照明、航空障礙燈照明等)、應急照明等。照明節能改造主要有兩種方式:一種是采用高效節能型光源,一般可實現節能50%以上的效果。如將白熾燈換成節能燈、將T8燈管換成T5燈管或者LED燈等,這類改造工程量較小,易于實現。另一種是采用智能照明控制系統,通過智能化照明管理達到節能效果,這一類改造通??梢詫崿F節能20%以上。如采用分區控制,通過線路改造減少照明控制分區,增加控制回路,根據需要開關燈。此外,在公共走道、樓梯間、衛生間等部位綜合采用聲、光、紅外等控制手段,在某些能耗較高的照明區域通過設計時鐘、場景、動靜等探測控制照明開啟等方式都可以達到節能效果。



冷卻塔供冷技術

對于寒冷地區、夏熱冬冷地區冬季及過渡季節需要供冷的建筑,非常適合采用冷卻塔供冷技術,該技術投資少、見效快。直接式系統的節能效果明顯優于間接式系統,但是需要注意的是直接式可能存在的諸多負面影響(冷卻水的污染堵塞及腐蝕),在工程實踐中應用需要仔細斟酌。



水泵變頻技術

雖然水泵變頻技術的全年節能率不高(節能率低于10%),但是由于其投資低(僅需增設水泵變頻器),因此投資回收期也短,適宜在條件合適的既有建筑改造工程中推廣。



中央空調系統變頻調速改造

中央空調系統的冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據建筑物最大設計熱負荷選定的,留有一定的設計余量。在沒有使用調速的系統中,水泵全年在工頻狀態下全速運行,只能采用節流或回流的方式來調節流量,產生大量的節流或回流損失,且增加了水泵電機的負荷,造成了大量的電能浪費。由流體力學理論可知,若離心式流體傳輸設備的轉速為n,則輸出流量Q∝n;輸出壓力P(揚程)∝n 2;輸出功率N∝n 3。由此可知,降低水泵的轉速,水泵的輸出功率就可以下降更多。如電機工作在低頻40Hz與高頻50Hz時的輸出功率之比為:(40/50)3=0.512。 實踐也證明,通過采用變頻技術改變中央空調系統水泵轉速來調節管道流量,以取代閥門調節及回流方式,一般節電率都在50%左右,節能效果明顯。同時變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對中央空調的平穩調節,并可延長機組及管組的使用壽命。



排風熱回收技術

排風熱回收技術比較適合應用于冬季有較大供暖能耗的建筑,比如應用在北方地區(如:北京)的辦公型建筑時,會有比較好的節能效果和經濟性;而對于商場建筑,由于其冬季基本不需要供暖,因此使用該技術的節能效果一般。



以能耗管理平臺、樓宇自控、IBMS、智慧照明等系統為核心,以智慧科技為樓宇賦能,使傳統建筑從單一冰冷的鋼筋水泥演變成可感知、有溫度、會思考的“智慧生命體”。

作為建筑智能化運營的創新實踐者、國產樓宇自控方案提供商,康沃思物聯從創立之初便以實現建筑節能減碳為目標,積極投身節能減碳事業,在公共建筑節能領域積累了豐富項目經驗,通過自主研發軟硬件產品,為建筑提供科學的智慧能源管理解決方案,賦能建筑能源管理,筑就綠色智慧建筑。

近年來,公司在辦公、酒店、醫院、文教、交通樞紐、大型場館等公共建筑領域不斷探索和實踐,擁有眾多建筑節能綠色改造項目成功案例,積極推動我國建筑節能事業發展和雙碳目標實現。