既有建筑綠色低碳節能改造技術措施應用
——河南省人民政府原綜合辦公樓改造工程

張巖 楊尚榮 雷有坤

（廣州大學土木工程學院）

既有建筑綠色低碳節能改造技術措施應用
——河南省人民政府原綜合辦公樓改造工程

張巖 楊尚榮 雷有坤

（廣州大學土木工程學院）

本文以河南省人民政府原綜合辦公樓改造工程為研究背景，介紹了綠色節能低碳技術的集成研究，對其從節能、節水及環保衛生、通風、電氣節能及能源監測等多個方面進行節能設計。研究結果表明該項目在采用一系列節能減排措施后，能夠從最大程度上節約能源，保護環境，滿足我國可持續發展的戰略。

綠色低碳；節能減排

1 前言

近年來我國建筑行業蓬勃發展，成為了“全球最大的建筑生產基地”，但是其中很多是高耗能高污染的建筑，因此國家極力提倡綠色建筑?？沙掷m發展戰略在建筑領域的最形象的體現就是綠色建筑，能夠減少建筑物的投入，降低大量能源消耗，減少對自然環境的污染，有效提高能源利用效率，極大地節約資源保護環境，能夠為人們提供綠色健康，完美舒適的生存空間，實現建筑物與自然和諧共存的目標。

2 工程概況

河南省人民政府原綜合辦公樓（見圖1）原設計于1992年，竣工于1994年，并于同年投入使用。但由于建筑采暖與空調能耗過高，早已不能滿足現有建筑的節能標準。為貫徹國家節能減排的政策，現作為河南省首批建筑節能改造示范工程進行改造。本樓總建筑面積為33357m2，改造面積共31885m2，辦公樓主體地上十五層，建筑高度58m，此省級辦公樓超過50m，屬一類高層建筑。

圖1 河南省人民政府綜合辦公樓

本工程位于河南省鄭州市緯二路以北、緯四路以南，經四路以西、政五街以東范圍內。該地區冷暖適中、雨量適宜、四季分明、無霜期長、光源充足。年平均溫度14.22℃，年最高溫度43℃，年最低溫度-17.9℃。年平均降雨640.9毫米，最大降雨189.4毫米／場。最大雪壓0.25千牛／平方米，最大積雪深度230毫米，最大凍土深度180毫米。重現年為50年，雨水總排水量為89.89L/秒。

為了響應國家節能減排政策的號召，該工程在設計上采取了一系列節能減排的措施，最大程度的節約資源，保護環境。

3 工程節能設計

3.1 建筑節能措施

建筑節能指的是在建筑物規劃、設計、建設（改建、擴建）、改造和使用過程中，執行建筑節能標準，采用節能的工藝、技術、設施、材料和產品，保證結構的保溫隔熱性能、空調制冷制熱、采暖供熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證室內熱環境質量的前提下，減少供熱、空調制冷制熱、照明、熱水供應的能耗。達到保護生態平衡和改善人居環境雙重效果。

此工程中采取的建筑節能措施有：

⑴高效利用空間，提高建筑的使用效率。

⑵控制窗墻比。

⑶外窗的氣密性等級不低于《建筑外窗氣密性性能分級及其檢測方法》(GB7106-2008)中規定的6級。玻璃幕墻氣密性等級不低于《建筑幕墻氣物理性能分級》(GT/15225)中規定的III級。

⑷外墻保溫應采用60厚巖棉板保溫材料，燃燒性能A級。

⑸采用傳熱系數小的窗體材料，采用彩色斷橋型鋁合金門窗，采用中空玻璃。

⑹加強門保溫，采用填有聚苯板或巖棉板的保溫防盜門。

⑺屋面保溫層選用巖棉板60厚。

⑻根據《河南省公共建筑節能設計標準實施細則》，節能按照65%的標準計算：

體形系數：0.16；

窗墻比：東向：0.19，西向：0.19，南向：0.33，北向：0.32；

外墻保溫：60mm厚巖棉板；

屋頂保溫：60mm厚巖棉板；

不采暖地下室上部樓板：30mm厚巖棉板；

外窗：斷熱鋁合金低輻射中空玻璃（6+12A+6）。

計算得出單位面積能耗設計建筑71.37 (kWh/m2)，小于參照建筑73.55(kWh/m2)，比未采取節能措施前節約的能源為原來的66.04%，因此本工程為節能建筑。

3.2 節水及環保衛生措施

本改造工程在設計中采取了各種節水設施以降低能耗，在保證衛生的前提下最大的保護環境。具體措施如下：

⑴節水設施

①節水型衛生潔具及配水件：坐便器采用容積為6L的二檔沖洗水箱。大便器、小便器均采用腳踏自閉式沖洗閥。

②洗手盆、洗滌池采用陶瓷片等密封耐用性能好的水嘴，水龍頭為自動感應式控制。

③屋頂消防專用水箱，設置紫外線消毒器，延長換水時間減少補水量。

⑵預防溢流

各個水池、水箱溢流水位均設報警裝置，防止進水管閥門故障時，水箱長時間溢流排水。

⑶節水系統

①合理分區：小區生活給水系統按區域分為二區，低區充分利用了市政自來水壓力。

②合理減壓：支管設置減壓閥，凡配水支管壓力均控制在0.2MPa以內，避免衛生器具出水流量過大。

⑷降低能耗

①生活泵高效運行：生活加壓泵組采用變頻泵及氣壓罐組合，使生活加壓水泵始終處于高效運行狀態。

②屋頂消防專用水箱滿足靜壓7米，省去消火栓系統的增壓設備，大大減少了日常運轉費用。

⑸環境保護措施

①生活給水支管的水流速度不超過1.0m/s，以降低室內噪音。

②本工程污水經化糞池處理后排入城市污水管道。

③雨水利用：屋頂雨水排至敬水，合理入滲綠地，延長雨水在校區的滯留時間，以修復小區生態環境。

④本辦公樓不產生有毒有害廢水。

⑹衛生防疫措施

①本工程總水表之后設管道倒流防止器，防止紅線內給水管網之水倒流污染城市給水。

②室外所有綠化灌溉和噴泉用水獨立自成系統。無污染生活飲用水之可能性。

③室內所用排水地漏的水封高度不小于50mm，且地漏下加設P型存水彎。

④各區域加壓泵房水池、水箱處消火栓系統的增壓設備均配置紫外線消毒裝置，故無二次污染。

3.3 通風與自控措施

⑴空調水系統采用一次泵變流量系統，風盤采用電動兩通閥，有風盤溫控器自動控制開啟狀態。

⑵每個房間設置網絡溫控器，根據用戶設定的房間溫度，分別控制電動閥的開關、風機盤管的風速和啟停，以達到控制本房間溫度，節約能源。

⑶地下室利用自然通風取代機械通風，節約能源。

通過上述通風與自控措施起到降低耗能，提高室內舒適性，節約能源的作用。

3.4 建筑電氣節能措施

⑴節能設備的選用及節電控制措施：變壓器選用過載能力強、低損耗、低噪音、體積小、維護方便的SCB11干式變壓器，對于空調機組等季節性負荷設一臺專用變壓器供電；電梯、水泵、風機等設備盡可能采用節能型設備并采取合適的節電控制方案；辦公照明采用細管T5系列節能燈光源，走道、樓梯間照明及應急照明均采用LED燈光源，走道、衛生間、樓梯間照明采用人體感應節能自熄開關。

⑵功率因數的提高及諧波治理：室內外照明燈具均采用高功率因數的電子鎮流器；變電所內采用低壓集中無功動態補償裝置，補償后的功率因數大于0.93；變電所設諧波保護裝置以抑制系統諧波。

⑶照度及照明功率密度值的確定(表1)。

⑷多項分級計量：本工程設能源監測管理系統，對各類型負荷均能實現電能的計量、統計、分析及管理。

表1

⑸配電線路的選擇：通過計算合理的選擇導線的截面及線路敷設方案，降低配電線路的損耗。

3.5 能源監測系統

根據要求，本工程對電力系統及空調系統的能耗進行監測管理。能源監測機房設在辦公樓底層。采用PowerLogic電力能源監控系統。通過該系統可以實現電力系統運行的監測和控制、電能質量的監測和分析、電力能耗的統計和分析、空調系統流量的統計和分析、室內空調溫度的監測和控制等功能。同時該系統具有良好的開放性，能方便的與其他系統和智能設備進行通訊。系統采用分布式控制系統，操作站之間的網絡采用以太網，TCP/IP通訊協議，現場控制總線采用Modbus RTU。

系統的監控內容包括：

⑴變配電系統：對變電所內設備的運行狀態進行監視、電能參數測量和故障報警，并能實現遠程控制。

⑵主樓配電系統：對各層或各功能分區的主配電箱內的電能參數進行測量和故障報警，并能實現遠程控制。對各房間的用電情況進行電能參數的采樣分析。

⑶動力系統：對電梯、水泵、空調機組等動力設備運行狀態進行監視、控制及緊急狀態報警。

⑷空調系統：對各樓層空調系統的流量進行測量；對各房間內空調的溫度進行監視、控制及緊急狀態報警。

4 改造后節能效果

根據建筑物各參數以及《河南省公共建筑節能設計標準實施細則》所提供的參數，得到該建筑物以及該參照建筑物的年能耗如表2、表3。

對比表2和表3的模擬計算結果，其建筑節能評估結果匯總如表4。

通過節能設計和改造后，建筑節能率為50.08%，已達到《河南省公共建筑節能設計標準實施細則》(DBJ 41-075-2006)的節能要求。

5 結論

河南省人民政府原綜合辦公樓的改造工程中引入了綠色建筑節能設計的概念，通過對采暖空調能耗實測診斷、建筑保溫性能檢測以及能耗模擬等研究，采用了降低窗墻比、增設外墻外保溫、空調系統能耗監控等適宜性節能技術。節能改造后空調和采暖能耗分別降低了42%和35%，最大程度的實現了節約能源和保護環境的目標。

表2 該建筑物的年能耗

表3 該參照建筑物的年能耗

表4

圖2

本工程中使用的建筑節能措施、節水及環保衛生措施、通風與自控措施、建筑電氣節能措施和能源監測系統等都是綠色建筑節能低碳技術集成研究的應用，也為同類綠色建筑的節能低碳技術應用提供了參考?！?/p>

[1]張季超，吳會軍，周觀根，等.綠色低碳建筑節能關鍵技術的創新與實踐[M].科學出版社，2014.

[2]吳會軍，王沫然，張季超，等.建筑節能低碳關鍵技術的創新與實踐，科技成果鑒定證書（豫科鑒委字[2014]第262號）.

[3]中華人民共和國行業標準.GB/T50378-2006綠色建筑評價標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[4]中華人民共和國行業標準.GB/T50189-2005公共建筑節能設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[5]朱明慧.綠色低碳建筑的意義極其發展現狀[J].中國新技術新產品，2010.