长沙市机关事务管理局

发布时间：2025-04-18 07:21

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摘要本文从降低能耗的角度出发，介绍了大型公共建筑节能改造的基本程序，逐一阐释了围护结构改造等10项常见的大型公共建筑节能改造技术和措施，对规划和实施大型公共建筑节能改造进行了较为全面的探析，并对节能改造过程中可能存在的问题和需注意的事项进行了初步探讨。

关键词大型公共建筑建筑能耗节能改造技术

建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式之一。大型公共建筑一般是指单体建筑面积在2万m2以上的公共建筑，截至2011年，我国有大型公共建筑近6亿m2，占各类建筑总面积的11%，其建筑能耗占各类建筑能耗总值的19%，耗电量100～350kWh/m2•a，是居住建筑的10～15倍[1]。因此，推广大型公共建筑低成本节能改造技术，对提高大型公建的能效水平，降低建筑能源消耗有重要意义。本文对大型公共建筑节能改造的基本程序和实现技术作初步的探讨。

1 节能改造流程大型公共建筑节能改造的基本流程如图1所示。

1.1能源审计开展能源审计是实施大型公共建筑节能改造的前提。首先要搜集建筑物的概况和近年来的能耗数据。核查建筑物总体与分部位、分类、分项的耗能量记录，并进行现场考察、监测，与设计指标、历史水平、同类建筑平均水平对照，作出定量分析和评价，确定重点用能设备、重点系统，找出耗能不合理和具有节能潜力的环节，提出加强用能管理和节能改造的初步建议，出具能源审计报告，为深入开展节能诊断和改善用能管理创造条件[2]。

1.2节能诊断节能诊断即针对能源审计提出的问题，分类别、分系统通过现场观察、测试、计算、分析等手段，准确掌握和科学判断能耗状况[3]。主要有9个方面的内容： ①围护结构节能诊断：现场判断或测试围护结构表面结露状况，对建筑外墙、外窗的传热系数进行估算，必要时对典型外墙、外窗传热系数进行抽样测试。 ②暖通空调系统节能诊断：对主要水系统进行水力平衡测试和分析；对冷却塔进行能耗和效率测试；对通风系统进行风量平衡及风量测试；对各用能设备的效率进行测试及评估；空调采暖系统测试应尽量在运行高峰段，并记录测试期间每日的详细天气日志。 ③生活热水系统节能诊断：自备热源单位进行燃料耗量测定、生活热水水泵能耗及效率测试、水箱和管道的保温情况测定等。 ④照明系统节能诊断：观察室内照度满足情况、光源、灯具及镇流器类型、控制方式等。 ⑤变配电系统节能诊断：测定和计算变压器负载系数、三相负荷不平衡度、电能质量（谐波、功率因数、电压不平衡率、零线电流等），考察分项计量情况等。 ⑥分项计量系统节能诊断：了解能耗分项计量点设置、计量表类型与精度、分项计量数据传输与存储情况、数据分析与利用情况等。 ⑦楼宇自控系统节能诊断：重点是分析自控系统点表，了解控制原理，考察运行调节方法等。 ⑧其它用能系统节能诊断：重点是考察电梯、电开水器、信息中心、办公电器、厨房等其它设备使用方式、用能情况等。 ⑨用能管理和行为节能：观察并记录外窗开启率、白天开灯率、空调设定温度、照明灯具及空调的开关习惯、办公电器待机情况等。

1.3制定节能改造方案根据能源审计报告和节能诊断报告，找出具有节能潜力及节能改造可行性的设备和系统，提出节能改造方案。节能改造涉及围护结构改造等10个方面，如图2所示。确定节能改造方案的基本要求是：对每项改造方案的技术可行性进行细致论述；对每项改造方案进行技术经济分析，计算能耗节约率和投资回收期；充分考虑节能新技术新产品的应用可能性；对改造后系统或设备运行方式给出明确意见；综合考虑改造后的环境效益。确定具体项目的改造方案后，还要综合考虑各种因素，确定各项目的实施时间和顺序。一般可将各项可能进行的节能改造分项按照△节能量\△投资额从大到小排序，最终确定整体改造方案[4]。

2 节能改造技术

2.1围护结构改造围护结构的热工性能是影响建筑冷热能耗的重要因素。围护结构的节能改造宜选用对环境影响小、工期短、工艺便捷的改造技术，尽量减少或避免湿作业施工。墙体保温改造适宜于窗墙比小、热工性能差的公共建筑。常用的墙体保温有聚苯板类外保温、硬泡聚氨酯保温、岩棉板保温和外挂预制符合保温等方法。外门窗改造也是维护结构热工性能的重要环节，其节能计量公式为： △Qx= q0×△Sc×F+△K×△ts×F+△K×△tw×F 其中，q0为太阳辐射平均强度；△Sc为遮阳系数增量；K为传热系数增量；△ts、△tw分别为夏、冬季室内外温差；F为门窗面积。由此可见，对于窗墙比大且热工性能差、门窗密闭性差的公共建筑可通过更换、增加内门斗或内窗等方式达到节能目的。此外，也可通过玻璃贴隔热膜的方式降低太阳辐射，提高遮阳效果。对窗墙比较大、热工性能与公共建筑节能设计标准相差不太大时，应优先采用外窗改造方案，因为外墙保温改造成本较高，技术经济指标相对较差。

2.2中央空调系统变频调速改造中央空调系统的冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的，留有一定的设计余量。在没有使用调速的系统中，水泵全年在工频状态下全速运行，只能采用节流或回流的方式来调节流量，产生大量的节流或回流损失，且增加了水泵电机的负荷，造成了大量的电能浪费。由流体力学理论可知，若离心式流体传输设备的转速为n，则输出流量Q∝n；输出压力P（扬程）∝n 2；输出功率N∝n 3。由此可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如电机工作在低频40Hz与高频50Hz时的输出功率之比为：（40/50）3=0.512。实践也证明，通过采用变频技术改变中央空调系统水泵转速来调节管道流量，以取代阀门调节及回流方式，一般节电率都在50%左右，节能效果明显。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

2.3照明系统节能改造大型公共建筑物照明包括室内照明、室内公共区照明、室外照明（包括景观照明、庭院照明、广告照明、航空障碍灯照明等）、应急照明等。照明节能改造主要有两种方式：一种是采用高效节能型光源，一般可实现节能50%以上的效果。如将白炽灯换成节能灯、将T8灯管换成T5灯管或者LED灯等，这类改造工程量较小，易于实现。另一种是采用智能照明控制系统，通过智能化照明管理达到节能效果，这一类改造通常可以实现节能20%以上。如采用分区控制，通过线路改造减少照明控制分区，增加控制回路，根据需要开关灯。此外，在公共走道、楼梯间、卫生间等部位综合采用声、光、红外等控制手段，在某些能耗较高的照明区域通过设计时钟、场景、动静等探测控制照明开启等方式都可以达到节能效果。

2.4电气节能改造电气节能可以主要从三个方面来进行，一是安装电能质量改善设备。谐波和无功功率的大量存在，不仅会给大型公共建筑的电气设备正常使用带来不利影响，也会干扰电力计量。通过安装改善电能质量的设备可以有效改善公共建筑的用电质量。二是采用电梯动能回馈节能技术。变频调速器通过电动机可以将电梯减速，轿厢和对重平衡块的质量差带来的电梯运行时的机械能转变成电能，存储在变频器直流环节的大电容中，通过有源能量回馈器将大电容中存储的电量无消耗地回送给电网。这样既达到节电目的，又无耗电发热大功率电阻，大大改善了系统的运行环境。三是扶梯节能控制改造。在扶手电梯的入口处增加载客感应器，无乘客到达时停止运行。当有乘客到达入口感应区域时，电梯自动起动运行。在一个运客周期后若无新乘客到达，电梯自动停止运行。扶梯节能控制系统节能效果显著，通常节能效率可达20%～60%[5]。

2.5水力平衡改造水力失调是由于供暖与空调水系统水力失衡而引起运行工况失调的一种现象。水力失调分为静态与动态两种类型。静态水力失调是水系统自身固有的，是由于管路系统特性阻力系数的实际值偏离设计值而导致的。动态水力失调是因某些末端设备的阀门开度改变，在导致流量变化的同时，管路系统的压力产生波动，从而引起互扰而使其它末端设备流量偏离设计值的一种现象。动态水力失调不是水系统自身固有的，是在系统运行过程中产生的。通过在管道系统中增设静态水力平衡设备（水力平衡阀）对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。通过在管道系统中增设动态水力平衡设备（流量调节器或压差调节器），当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。早期的大型公共建筑供热工程中常采用定流量水力系统。定流量系统是指系统系统在初调试完成后阀门开度无须做任何改变，系统各处流量始终保持恒定。定流量系统只存在静态水力失调，基本不存在动态水力失调，因此只需在相关部位安装静态水力平衡调节阀即可。随着人们对室内温度舒适性要求、节能意识的不断提高，变流量水力系统在供热工程中占据越来越重要的位置。变流量系统是指系统在运行过程中各分支环路的流量随外界负荷的变化而变化。变流量系统一般既存在静态水力失调，也存在动态水力失调，因此必须采取相应的水力平衡措施来实现系统的全面平衡。在实际的工程设计中，应根据改造项目的投资、规模及系统的精度要求合理地选用水力平衡方案，既要保证工程设计和规范要求，又要实现供热水力系统的舒适性和节能性。

2.6直燃机、锅炉烟气余热回收改造在大型公共建筑中较多采用直燃机、锅炉等设备供热。为保护燃烧设备，目前的天然气锅炉或直燃机温度一般都在150℃甚至200℃以上，且很少采取措施来降低排烟热度，大量的热能被排放到大气中，既浪费能源又污染环境。通过对燃气锅炉进行烟气余热回收改造，可提高锅炉效率3%～8%，同时降低了污染物的排放量[6]。烟气余热回收系统回收的热量，可以用作预热锅炉系统的补水或生活热水补水。燃气锅炉烟气热回收技术是通过增加燃气锅炉的尾部烟气受热面，降低锅炉排烟温度，将高温烟气的热能回收。图3是一个典型的烟气余热回收利用系统。该系统由热管节能器、水箱、循环水泵、控制系统等组成，在锅炉排烟出口安装一台热管节能器回收烟气余热，将锅炉给水进入节能器加温后进入软化水箱实现余热回收利用。系统可实现全自动化运行模式，通过采集烟温来控制循环水泵的启停，实现水泵启停与锅炉运行同步，确保水箱运行温度在40～60℃。该烟气余热回收利用系统安全可靠，节能减排效果明显。

2.7负荷匹配改造大型公共建筑的冷热源与使用负荷不匹配而造成系统低效运行的情况在实际使用中比较常见。造成负荷不匹配的原因主要有两个方面，一是设计时冷热源设备本身余量较大；二是使用需求发生变化，而冷热源供应设备却没有相应改变。对于第一种情况，只需要对冷热源设备本身进行调整即可。第二种情况在空调、锅炉、供暖系统中比较常见，相对比较复杂，解决途径主要有两种途径，一是对需求进行调整，如锅炉由连续供应改为间断供应等；二是对设备进行调整，通常是根据现有冷热源设备，增配若干台小负荷设备，并调整运行策略，使系统高效运行。

2.8分项计量改造能耗数据分项计量是实施能耗监测和管理的基础性工作。分项计量包括能耗数据的采集、传输和处理三个环节，其中传输环节最为关键。数据采集需要安装电表、水表、燃气表等计量表具，一般采取直读数。数据的传输分有线和无线两种方式，一般情况下采用有线传输方式，部分布线距离较长施工难度大的情况采用无线传输技术，两种传输方式可以组合使用。有线传输有RS485、电力载波、TCP\IP等多种技术途径，其中RS485技术成熟，传输稳定，使用最常见。在组网规模较大的情况下可采用RS485和TCP\IP协议相结合的方式，下层用RS485总线制拓扑，上层用TCP\IP星形拓扑，两者通过异步串口通讯服务器联接。上层TCP\IP协议可以利用已有的宽带或办公自动化网络，减少布线规模，节省成本。能耗数据的无线传输也有很多成熟的方案可供选择，且应用越来越普遍。数据的处理主要是通过软件实现，包括数据库和用户端软件。中小型数据库可采用SQL sever系列，用户端软件一般要设计登录权限、仪表实时监测、历史数据查询、能耗图形分析、能耗明细统计、能耗超标预警等功能，此外，根据用户需要还可以定制一些特殊功能。

2.9可再生能源利用改造在大型公共建筑节能改造工程条件许可的情况下，用太阳能、地热能、生物质能、风能等可再生能源替代或部分替代现有能源，是绿色建筑和高效节能建筑的发展重点。以太阳能利用为例，目前主要有光电应用技术和光热应用技术两大类，前者通过在大型建筑屋顶和玻璃幕墙上铺设光伏板，既可以解决建筑用电，在电力丰裕时还可以向电网供电。后者在我国发展较早，主要用于太阳能热水器系统，目前我国的真空管、热管、平板等集热技术水平已居世界前列，光热应用技术十分成熟，前景广阔。此外，我国浅层地温资源储藏丰富，地源热泵空调系统的应用发展迅速。地源热泵通过吸收大地（包括土壤、井水、海水等）的冷热量，再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、污染物的新型空调系统。在进行地下用热平衡分析、经济技术分析后评价合理的前提下，用地源热泵空调系统替换原有的低效系统能够获得高效、低能源消耗的双收益。 2.10自然通风改造自然通风是在压差推动下的空气流动。自然通风改造的根本目的就是取代（部分取代）空调制冷系统。通常认为这一取代过程有三大作用：一是提供新鲜空气；二是生理降温；三是释放建筑结构中蓄存的热量[7]。自然通风一般在建筑设计时通过建筑体和建筑群布局、围护结构开口、竖井设置等方式加以考虑和实现。大型公共建筑的自然通风改造则可以通过架设屋顶通风隔热层、增添双层（或三层）玻璃幕墙、改变窗户型式和开启方式等途径来达到节能效果。尤其是双层（或三层）幕墙技术是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术，被誉为“会呼吸的皮肤”。其通风原理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔，空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季，关闭进出风口，双层玻璃之间形成一个“阳光温室”，提高围护结构表面的温度；夏季，打开进出风口，利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风，使玻璃之间的热空气不断的被排走，达到降温目的。在节能上，双层通风幕墙由于换气层的作用，比单层幕墙在采暖时节能42％～52％，在制冷时节能38％～60％。

3 结语

本文简单介绍了大型公共建筑节能改造的基本程序，并对大型公共建筑节能改造的相关内容和技术进行了初步的探讨。大型公共建筑节能是一个庞大的系统工程，尤其是对既有建筑物的节能改造远比新建建筑节能复杂得多，既存在行政管理上的问题，如产权单位、供热单位、物业部门等多个单位之间的协调和配合，也存在技术层面上的难题，如选择合适的技术方案和产品体系以及施工方案等[8]。对大型公共建筑的节能改造，首先要加强对建筑节能的重视，把大型公共建筑节能改造作为建筑节能乃至全社会节能减排工作的重要内容。其次是要充分发挥法律法规、政策的引导、扶持、激励和监督作用。2013年1月1日，国务院以国办发1号文件形式转发了《绿色建筑行动方案》，提出了“十二五”要完成公共建筑和公共机构办公建筑供热计量和节能改造1.2亿平方米的目标。国家层面的政策规划为各地开展大规模的大型公建节能改造创造了条件。在具体操作过程中，要注意对各类资源的整合，大胆尝试合同能源管理等新机制，引导专业化节能服务公司参与大型公共建筑的节能改造。三是建筑节能专业设计人员和施工人员在国家相关标准和规程的指引下，结合地区不同的气候、经济、社会条件，针对不同的公共建筑，综合造价、施工规模、改造周期等因素，设计出合理可行的节能改造方案。

参考文献

[1] 朱静. 石家庄市既有公共建筑节能改造对策分析[D]. 天津：河北工业大学，2011

[2] 殷洪亮张志刚. <天津市公共建筑节能改造技术导则>解读[J]. 建设科技，2012，(10)：55-57

[3] 吴利均. 既有公共建筑节能诊断与改造研究[D]. 重庆：重庆大学，2009

[4] 熊伟吴景山. 大型公共建筑节能改造的实践与思考[J]. 节能与环保，2010，(12)：15-16

[5] 张纪文. 大型商业建筑低成本节能改造技术分析[J]. 低压电器，2008，(10)：32-34

[6] 王随林等. 天然气锅炉烟气余热利用节能改造工程实测分析[J]. 暖通空调，2011，(07)：28-30

[7] 王战友. 自然通风技术在建筑中的应用探析[J]. 建筑节能，2007，(7)：36-37

[8] 沈婷婷龚敏葛坚. 既有公共建筑节能改造初探[J]. 建筑设计研究，2008，(10)：130-136

作者简介：胡力，男，1982年出生，电气工程硕士研究生，长沙市机关事务管理局。

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