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宾馆类既有建筑节能改造案例分析
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内容提示：运用综合建筑节能改造技术,将高能耗的方舟宾馆改造成为1幢"6L房"建筑。主要介绍了改造过程中运用的建筑围护结构节能技术和空调系统节能技术,主要包括:外墙、屋面外保温;3层玻璃塑框窗;窗外遮阳;外门改造以及采用带有节能控制的热回收新风机。经过改造后,建筑的空调负荷下降了89%,年空调能耗下降了83.5%,改造结果达到了的预期目标。
0 引言
2009 年 11 月 26 日，国家发展和改革委员会在北京发布《中国应对气候变化的政策与行动———2009年度报告》，概述去年以来中国应对气候变化的新进展。同时中国政府也公布了控制温室气体排放的行动目标———到 2020 年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 40%～45%。节能减排将成为政府下一阶段工作的重点。（参考《建筑中文网》）
目前我国既有建筑超过了 400 亿 m2，新建建筑也以每年 20 亿 m2 的速度增长。在既有建筑中 95%以上是高能耗建筑，即使是新建建筑，也只有不到20%能达到国家制定的强制性节能标准[1]。高速增长和高能耗已使建筑业成为和工业、交通并列的能耗大户。
建筑节能是降低建筑能耗最有效的手段。目前，国内建造了许多节能建筑的案例，但这些建筑要么节能效益不明显；要么欠缺实用性，阻碍了建筑节能的大范围推广。2008 年底，远大空调有限公司开始对远大城内的建筑进行节能改造，目前已完成了 8幢建筑的改造[2]。本文主要介绍其中 1 幢具有代表性的建筑———方舟宾馆及在改造中应用的节能技术和独特的空调系统，并对空调能耗进行了统计。从改造后的空调运行能耗来看，其节能率已达到“6 L房”的标准。
1 工程概况
方舟宾馆(如图 1)建于 1994 年，位于长沙市东郊远大城内，主要用于接待重要的客户。建筑共分 4 层：地下 1 层为公司总机和辅助用房；1～3 层为宾馆客房。建筑面积 1 684 m2，空调面积 1 420 m2。改造前，建筑的围护结构主要为 240 mm 厚的砖墙和铝合金单层玻璃窗，空调主机采用小型非电空调，室内为传统的风机盘管系统，无新风，主要通过开窗取新风。其建筑具体情况见表 1。2006～2008 年对方舟宾馆的能耗进行了统计，从统计的数据来看，方舟宾馆的建筑制冷、采暖燃料消耗为 354 kW·h/m2(折合成一次能源，下同)，输配系统电耗 45 kW·h，空调系统总能耗达 399 kW·h，为典型的高能耗建筑。
图 1 改造前的方舟宾馆
2 空调负荷分析
根据改造前建筑围护结构和空调系统的特点，使用鸿业负荷软件对方舟宾馆的空调负荷进行计算，其空调负荷比例如图 2。
可以看出，围护结构负荷和新风负荷占空调总负荷的 79%，而室内发热量(人员、设备和灯具)只占空调负荷的 21%，围护结构和新风负荷成为影响建筑能耗的主要因素。
3 改造方法和应用技术
2008 年 11 月，远大空调有限公司根据空调负荷分析的结果对方舟宾馆进行节能改造，主要分为二部分：围护结构改造和空调系统改造。预计改造后空调系统达到 80%的节能率。
3.1 围护结构改造
建筑的外围护结构主要包括 5 个部分：外墙、屋顶、窗户、外遮阳和外门。
3.1.1 外墙、屋顶改造
方舟宾馆外墙和屋顶总面积约 1 700 m2，改造前没有采取任何节能措施，是建筑主要的散热部位。改造中采用薄抹灰外墙外保温系统，在原外墙基础上粘贴 150 mm 的膨胀聚苯板(如图 3)，传热系数下降到0.24 W/ (m·2K)。屋面采用 100 mm 膨胀聚苯板外保温，传热系数 0.34 W/(m2·K)。
3.1.2 窗户改造
外窗的节能比墙体节能更重要。单位面积的单层玻璃的传热系数一般为普通墙体的 3～4 倍，因此，外窗节能首要的就是降低窗户的传热系数[3]。方舟宾馆原外窗都是铝合金单层玻璃窗，传热系数达 6.2 W/(m2·K)，且密封性较差，如图 4。
在窗户的改造中，首先，将窗户的面积改小(如图 5)，原建筑窗户总面积 298 m2，改造后窗户面积只有 75 m2，窗墙比由 25%下降到 6.3%。其次，将原铝合金单层玻璃窗全部换成 3 层玻璃塑框窗，玻璃间隔层间充氩气，在窗框和玻璃间加装密封条，窗户的传热系数为 1.65 W/(m·2K)。
3.1.3 遮阳改造
透过玻璃进入室内的太阳辐射是造成空调能耗高的原因之一。方舟宾馆为东西朝向，窗户都集中在东面和西面，太阳辐射可直射室内，引起空调能耗增加。建筑原来安装有内遮阳，但是它不能防止太阳辐射热量进入室内，易被遮阳构件吸收，其隔热效果和节能潜力远不如外遮阳[4]。
为达到最大的节能效果，在东面和西面的 3 层玻璃窗外安装外遮阳(如图 6)。外遮阳采用电动布卷帘形式，可根据室外天气情况和室内人员观景需求调节遮阳的面积，控制进入室内的太阳辐射。对于南面外窗，由于大部分时间太阳都是斜射，因此，只需要安装固定遮阳板就可满足夏天的遮阳和冬天采暖。
3.1.4 外门改造
方舟宾馆的原外门(如图 7)为单层玻璃推拉门，传热系数大，人经常进出时室内外空气流通频繁。
改造中，利用大门外原有的雨棚，将两侧全部密封起来，形成一个门厅，外面再加装一层木门，雨棚顶和两侧全部采用 150 mm 外保温(如图 8)。木门为特殊订做的，内夹 60 mm 聚苯板。改造完成后，大门由2 扇门组成，中间部分形成一个缓冲地带，作为过渡区，有效地防止冷量流失。
3.2 空调系统改造
在负荷计算中，方舟宾馆的新风负荷占 46%，是最大的负荷。为保证室内空气品质，开窗取新风成为最普遍的现象，这也直接造成了空调能耗的上升。
3.2.1 空调系统改造
改造中将原空调系统全部拆除，采用热回收新风机加集中盘管系统(如图 9)。
热回收新风机内安装高效热交换器，其热交换效率夏季为 70%，冬季为 90%。制冷季空气处理过程如图 10 所示。室外新风经热交换器与排风中热量进行热交换后，由状态点 W 处理到状态点 W'，再与室内的部分回风混合达到状态点 C。混合后的空气最后由空调盘管降温到 18 ℃送入室内，此状态点较接近露点 (17.6 ℃)。整幢建筑采用 2 台新风量为 1 500 m3/h的热回收新风机，新风换气次数达到 1.5 次 /h。
3.2.2 过渡季节全新风
过渡季节空调负荷主要以室内发热量为主。当环境温度较低时，低传热系数的围护结构可防止室内热量流失，降低采暖需求。但是相反，当环境温度与室内温度相差几度的情况下，低传热系数的围护结构不利于内部热量的散发，造成室内温度升高，需要制冷。这种情况经常出现在过渡季节及夏季的晚上。
采用全新风系统，排风与室外新风不进行热交换，直接利用室外低温的空气作为“天然冷源”，可以达到很好的节能目的。
图 11 全新风示意图
室外的新风由送风机引入热回收新风机内，新风机内的旁通阀打开，新风经由旁通阀直接送入室内；排风则在排风机的作用下经热交换器直接排出(如图11 所示)。新风、排风经由不同的路径不会产生混合，实现全新风。由于新风在热回收新风机内没有经过热交换器，风机的阻力降低，送风机的送风量可达到额定值的 1.2 倍。
3.2.3 空调系统节能控制策略
整个空调系统中安装了楼宇自动控制系统，其控制策略见表 2。控制过程主要是通过检测室外温度来实现空调主机、热回收新风机和旁通阀间的连动。
以全新风模式为例，当室外温度在 10～25 ℃时，气温较适合，空调主机处于关机状态，热回收新风机采用全新风模式并通过跟踪排风温度来调整风机频率，使室温处于 18～26 ℃，达到节能和满足室内新风需求。而在制冷或制热模式时，热回收新风机则通过调整风机频率，将室内空气中的 CO2 体积分数控制在1 000×10-6 以下。
空调系统控制的设备参数如表 3。
4 节能改造效益分析
经过改造后的方舟宾馆(如图 12)外形上看和普通建筑并没有什么区别，但综合节能技术的运行却带来了巨大的经济效益和环境效益。
2009 年 11 月 26 日，国家发展和改革委员会在北京发布《中国应对气候变化的政策与行动———2009年度报告》，概述去年以来中国应对气候变化的新进展。同时中国政府也公布了控制温室气体排放的行动目标———到 2020 年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 40%～45%。节能减排将成为政府下一阶段工作的重点。（参考《建筑中文网》）
目前我国既有建筑超过了 400 亿 m2，新建建筑也以每年 20 亿 m2 的速度增长。在既有建筑中 95%以上是高能耗建筑，即使是新建建筑，也只有不到20%能达到国家制定的强制性节能标准[1]。高速增长和高能耗已使建筑业成为和工业、交通并列的能耗大户。
建筑节能是降低建筑能耗最有效的手段。目前，国内建造了许多节能建筑的案例，但这些建筑要么节能效益不明显；要么欠缺实用性，阻碍了建筑节能的大范围推广。2008 年底，远大空调有限公司开始对远大城内的建筑进行节能改造，目前已完成了 8幢建筑的改造[2]。本文主要介绍其中 1 幢具有代表性的建筑———方舟宾馆及在改造中应用的节能技术和独特的空调系统，并对空调能耗进行了统计。从改造后的空调运行能耗来看，其节能率已达到“6 L房”的标准。
1 工程概况
方舟宾馆(如图 1)建于 1994 年，位于长沙市东郊远大城内，主要用于接待重要的客户。建筑共分 4 层：地下 1 层为公司总机和辅助用房；1～3 层为宾馆客房。建筑面积 1 684 m2，空调面积 1 420 m2。改造前，建筑的围护结构主要为 240 mm 厚的砖墙和铝合金单层玻璃窗，空调主机采用小型非电空调，室内为传统的风机盘管系统，无新风，主要通过开窗取新风。其建筑具体情况见表 1。2006～2008 年对方舟宾馆的能耗进行了统计，从统计的数据来看，方舟宾馆的建筑制冷、采暖燃料消耗为 354 kW·h/m2(折合成一次能源，下同)，输配系统电耗 45 kW·h，空调系统总能耗达 399 kW·h，为典型的高能耗建筑。
图 1 改造前的方舟宾馆
2 空调负荷分析
根据改造前建筑围护结构和空调系统的特点，使用鸿业负荷软件对方舟宾馆的空调负荷进行计算，其空调负荷比例如图 2。
可以看出，围护结构负荷和新风负荷占空调总负荷的 79%，而室内发热量(人员、设备和灯具)只占空调负荷的 21%，围护结构和新风负荷成为影响建筑能耗的主要因素。
3 改造方法和应用技术
2008 年 11 月，远大空调有限公司根据空调负荷分析的结果对方舟宾馆进行节能改造，主要分为二部分：围护结构改造和空调系统改造。预计改造后空调系统达到 80%的节能率。
3.1 围护结构改造
建筑的外围护结构主要包括 5 个部分：外墙、屋顶、窗户、外遮阳和外门。
3.1.1 外墙、屋顶改造
方舟宾馆外墙和屋顶总面积约 1 700 m2，改造前没有采取任何节能措施，是建筑主要的散热部位。改造中采用薄抹灰外墙外保温系统，在原外墙基础上粘贴 150 mm 的膨胀聚苯板(如图 3)，传热系数下降到0.24 W/ (m·2K)。屋面采用 100 mm 膨胀聚苯板外保温，传热系数 0.34 W/(m2·K)。
3.1.2 窗户改造
外窗的节能比墙体节能更重要。单位面积的单层玻璃的传热系数一般为普通墙体的 3～4 倍，因此，外窗节能首要的就是降低窗户的传热系数[3]。方舟宾馆原外窗都是铝合金单层玻璃窗，传热系数达 6.2 W/(m2·K)，且密封性较差，如图 4。
在窗户的改造中，首先，将窗户的面积改小(如图 5)，原建筑窗户总面积 298 m2，改造后窗户面积只有 75 m2，窗墙比由 25%下降到 6.3%。其次，将原铝合金单层玻璃窗全部换成 3 层玻璃塑框窗，玻璃间隔层间充氩气，在窗框和玻璃间加装密封条，窗户的传热系数为 1.65 W/(m·2K)。
3.1.3 遮阳改造
透过玻璃进入室内的太阳辐射是造成空调能耗高的原因之一。方舟宾馆为东西朝向，窗户都集中在东面和西面，太阳辐射可直射室内，引起空调能耗增加。建筑原来安装有内遮阳，但是它不能防止太阳辐射热量进入室内，易被遮阳构件吸收，其隔热效果和节能潜力远不如外遮阳[4]。
为达到最大的节能效果，在东面和西面的 3 层玻璃窗外安装外遮阳(如图 6)。外遮阳采用电动布卷帘形式，可根据室外天气情况和室内人员观景需求调节遮阳的面积，控制进入室内的太阳辐射。对于南面外窗，由于大部分时间太阳都是斜射，因此，只需要安装固定遮阳板就可满足夏天的遮阳和冬天采暖。
3.1.4 外门改造
方舟宾馆的原外门(如图 7)为单层玻璃推拉门，传热系数大，人经常进出时室内外空气流通频繁。
改造中，利用大门外原有的雨棚，将两侧全部密封起来，形成一个门厅，外面再加装一层木门，雨棚顶和两侧全部采用 150 mm 外保温(如图 8)。木门为特殊订做的，内夹 60 mm 聚苯板。改造完成后，大门由2 扇门组成，中间部分形成一个缓冲地带，作为过渡区，有效地防止冷量流失。
3.2 空调系统改造
在负荷计算中，方舟宾馆的新风负荷占 46%，是最大的负荷。为保证室内空气品质，开窗取新风成为最普遍的现象，这也直接造成了空调能耗的上升。
3.2.1 空调系统改造
改造中将原空调系统全部拆除，采用热回收新风机加集中盘管系统(如图 9)。
热回收新风机内安装高效热交换器，其热交换效率夏季为 70%，冬季为 90%。制冷季空气处理过程如图 10 所示。室外新风经热交换器与排风中热量进行热交换后，由状态点 W 处理到状态点 W'，再与室内的部分回风混合达到状态点 C。混合后的空气最后由空调盘管降温到 18 ℃送入室内，此状态点较接近露点 (17.6 ℃)。整幢建筑采用 2 台新风量为 1 500 m3/h的热回收新风机，新风换气次数达到 1.5 次 /h。
3.2.2 过渡季节全新风
过渡季节空调负荷主要以室内发热量为主。当环境温度较低时，低传热系数的围护结构可防止室内热量流失，降低采暖需求。但是相反，当环境温度与室内温度相差几度的情况下，低传热系数的围护结构不利于内部热量的散发，造成室内温度升高，需要制冷。这种情况经常出现在过渡季节及夏季的晚上。
采用全新风系统，排风与室外新风不进行热交换，直接利用室外低温的空气作为“天然冷源”，可以达到很好的节能目的。
图 11 全新风示意图
室外的新风由送风机引入热回收新风机内，新风机内的旁通阀打开，新风经由旁通阀直接送入室内；排风则在排风机的作用下经热交换器直接排出(如图11 所示)。新风、排风经由不同的路径不会产生混合，实现全新风。由于新风在热回收新风机内没有经过热交换器，风机的阻力降低，送风机的送风量可达到额定值的 1.2 倍。
3.2.3 空调系统节能控制策略
整个空调系统中安装了楼宇自动控制系统，其控制策略见表 2。控制过程主要是通过检测室外温度来实现空调主机、热回收新风机和旁通阀间的连动。
以全新风模式为例，当室外温度在 10～25 ℃时，气温较适合，空调主机处于关机状态，热回收新风机采用全新风模式并通过跟踪排风温度来调整风机频率，使室温处于 18～26 ℃，达到节能和满足室内新风需求。而在制冷或制热模式时，热回收新风机则通过调整风机频率，将室内空气中的 CO2 体积分数控制在1 000×10-6 以下。
空调系统控制的设备参数如表 3。
4 节能改造效益分析
经过改造后的方舟宾馆(如图 12)外形上看和普通建筑并没有什么区别，但综合节能技术的运行却带来了巨大的经济效益和环境效益。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14690.htm
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