公共建筑节能改造的设计分析

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摘要:公共建筑的节能改造是目前供热领域的热点，也是国家大力倡导的一个方向。以往的公共建筑节能改造更多的停留在诸如建筑结构、保温材料这类建筑本体技术上，本文旨在探索一个新的思路，通过对公共建筑的二次管网进行改造，满足不同建筑的个性化供热需求，实现节能。文中先根据建筑特点，提出节能方案，分析节能空间并根据实际现场进行了数据分析，对于类似项目具有一定的指导作用。

关键词:公共建筑;节能;电动调节阀;PLC

1引言

公共建筑的节能改造是目前供热领域的热点，也是国家大力倡导的一个方向，甚至出台不少关于公共建筑能耗指标、公共建筑节能评估办法、以及公共建筑用能管理的文件、办法甚至国家标准。但这些更多的停留在诸如建筑结构、保温材料这类建筑本体节能技术和诸如能耗指标、评估办法等管理方式上。在我国北方，对于公共建筑，还有个很大的能源消耗是集中供热期间的热能消耗，降低热能消耗具有十分重要的意义。相比较于住宅，公共建筑有其自身特点，如何根据公共建筑的特点，设计一套适合于公共建筑的节能方案，是目前供热领域大家都在积极思索的问题。重庆市伟岸测器制造股份有限公司在2014年通过市场公开招标一举夺得某单位2014年既有建筑供热计量及节能改造工程(2标段)的承建项目，该项目涉及该单位9个换热站95栋公建群，其中包括行政办公楼47栋，职工食堂5个，车库9个，服务性设施7栋，医院3所，学校2所，商务酒店和宿舍大楼22栋，涉及供热面积89万平方米左右。从业主方的招标书可以看到，项目的目的非常明确，就是通过对公共建筑的二次管网改造实现节能。本项目涉及到的公共建筑群种类比较多，基本涵盖了常见的各种公共建筑类型。而通过现场考察，这些公共建筑群相对还比较集中，非常适合进行节能改造，改造后的成果对于其它类似项目也具有非常典型的示范效应。

2节能改造方案

2.1目标建筑特点

(1)上述所有公建群内的工作人员作息时间固定，大多数建筑白天有人员，夜间无人，采暖需求集中在工作日的白天上班时段，而节假日或工作日的下班时段，无需正常供热;(2)即使上述公建群内存在着个别值班人员，为了一两个人员取暖，而让整个公建楼栋正常供热，形成了事实上的严重热源浪费现象。此外，这些人员的供暖可以通过辅助设备解决;(3)公建和民建往往共用一根供暖管线，而在作息时间上，正好存在供热时间上的互补现象，如果合理应用，可以更高效率的利用管网和热源。

2.2节能方案

在每个公建楼栋二次网回水管道上加装电动调节阀调节楼栋二次网流量;在公建楼栋二次网给水管道上加装球阀、过滤器、热量表对流量、热量进行计量;;在公建楼栋不同的楼层和房间安装GPRS温度采集器，收集来自不同采集点的温度信息。上述所有数据进入安装在楼栋管道井内的就地PLC控制器。通过就地PLC控制器，按分时段和室外温度补偿等控制模式进行适时控制，提供不同的供热需求，达到公共建筑的节能效果。同时，通过GPRS无线通信方式，将PLC控制器各种现场参数上传到监控中心，实现数据交换和各种控制模式的切换，从而形成就地和远程的联动机制。

2.3节能原理

根据上述公建楼栋的功能和作息时间，通过安装在各公建楼栋热力入口处上的电动调节阀以及PLC控制器，按公建不同功能性质的作息时间段进行就地和远程的适时控制。通过改变电动调节阀在不同时段的开度值，控制供热流量的大小，改变供回水温度来到达节能效果。同时在保证二网回水压力值恒定的条件下，控制好合理的循环压差，确保公建楼栋在最不利点上不会形成气阻，而影响公建的供热效果。在对各公建楼栋进行分时段供热的情况下，随着温度调节阀开度的降低，二次网水循环量也会减少，循环泵用电量随之下降，从而实现节能。

2.4节能测算

(1)理想节能率的预算以供暖时间180天，作息时间上午10:00上班，下午19:00下班为例。在休息时段、周末日和节假日节能供热。考虑到温度的滞后反应，提前4小时正常供热，提前2小时节能供热。即温度调节阀在白天作息时间上午6:00至下午18:00时间段，将阀位开度开至100%进行正常供热，而在下午18:00至第二天早晨6:00时间段将阀位开度开至30%左右，保证管道不被冻裂的情况下进行供热。则可节能时间计算如下:①周末可节能时间为:180×2/7=51(天)②夜间可节能时间为:180×5/7×1/2=62(天)③国家法定节日时间为:3天(春节)+1天(元旦节)+1天(清明节)=5天故可利用总节能时间为:a+b+c=51+62+5=116(天)④在理想的节能状态下，假设调节阀开启度为30%，则理想的节能率=总节能时间/总采暖时间×节能状态阀关度x修正系数116/180×(1－30%)x50%=22%备注:修正系数是考虑到阀门开度降低后，回温会降低。同时，调节阀开度与流量的关系也非线性关系。以热费成本10元/平方计算，每年每平方米可以节约资金=10×22%=2.2(元)(2)影响因素①在节能状态下调节阀的关闭度可任意调节，在不同的时间段内，可以根据实际的天气情况设置不同的开启度，即实际节能率还有上升空间。②供热昼夜不均衡对节能率的影响，夜间温度低于白天，所以从整体分析，白天的供热量相对于夜间要少，所以在夜间节能，相同的舒适度下，夜间的能耗要高于白天，也会使实际节能率有所上升。③回水温度对节能率的影响，以上计算中主要从时间段节能上分析，事实上，进入节能状态后，回水温度要比正常供热低，所以会使节能率有所下降。

3投资与收益

励行节约，实现企业利润最大化，现代经营管理学告诉我们:“节约就是获利”，节约的重点“应放在企业最大的支出项上”，因为这样的节约能使利益最大化。供热公司是以买卖热能为赢利方式的企业，热能支出是最大的支出项。所以，要实现利润最大化，就应在节约热能上下功夫。以面积为9507平方米公建为例，供热入口管径为125mm，如果使用了电动调节阀，年节能费用为:9507×2.2=20915元，单套二次网节能调节系统成本约为85000元，每年运营成本约为1000元，5年左右即可回收成本。

4实际测试

为了证实在热计量改造后，是否能够按照我们理想中的节能率来到达节能效果，我们在实施改造后，将95个公建群中，抽取了其中带固定作息时间性质，并且具有一对一独立控制的24个公建建筑群，分别按三个批次用分时段控制的方式进行测试，根据办公室建筑用热特点，考虑建筑物热惰性引起的时间延迟，预先设定调节阀的启闭时间，在上班10:00前，提前4个小时(即早晨6:00)将调节阀阀位开度从30%开至到100%，此阀位开度将延续至下午18:00(时间段为白天12小时)，此时间段耗热量我们把它作为白天12小时的耗热时间，即白天的热累积量。因温度变化有较大的滞后现象，在下班19:00前，提前一个小时(即下午18:00)将调节阀阀位开度从100%降至到30%，此阀位开度将延续至第二天凌晨6:00(时间段为夜间12小时)，此时间段耗热量我们把它作为夜间12小时的耗热时间，即夜间的热累积量。两个时间段热量之差粗略计算为当天节约的热量。同时，两个时间段产生的瞬时流量差，即为当天节电量换算依据。

5认识与分析

公共建筑供热节能装置主要针对整个楼栋的控制，适用于用热时间较集中，作息时间较固定，分时段控制性较强的公共建筑，例如:办公楼、学校、体育馆和商场等大型公共建筑，这类建筑能耗大，同时这类建筑使用性能与住宅不同，一般在晚上无人使用，只需保证管道不结冻，即保证值班供暖温度(一般为5－8度)即可。节能阀通过加装自控装置实现楼栋入口的流量调节，实现分时段供热模式，可大大降低能耗。在上述公建群节能改造的同时，必须同时对各公建对应的换热站循环系统和补水系统进行变频改造，因为在各公建进行分时段调节的同时，系统的流量、压力将发生不同程度的改变，为保证正常的二网压差循环和定压补水，使其在系统最不利点得到正常水循环，而不被形成气阻，影响供热，浪费能源，建议对二网系统采用自动变频运行。很多公建和民建供暖管道都使用同一根管线，而供暖高峰期的时间正好相反，即白天与晚上供暖需求正好形成互补，建议对上述进入民建分支的入口管线也安装相应的电动调节阀，这样对整个供暖系统水力平衡起到了更好的互补作用。由于安装温控阀的位置多为管沟和新建的热井，而这些安装的条件是地方狭窄，空气潮湿，为了更好的适应公建节能项目的推进工作，建议将调节阀的物理尺寸尽量变小，还要同时提高调节阀的防护等级。由于PLC与上位机的通信，通常采用GPRS进行无线通信，而这种方式往往受到当地的通信基站信号的强弱、设备安装的位置和气候的影响，而无法使数据和各种控制指令进行及时收集和实时调整，建议改变通信方式。因公共建筑大楼都敷设了光纤和电话线路，只要通过一定的方式转换就能很好的解决通信问题，从而使数据和控制指令能够及时的给予显示和响应，可大大提高系统的可靠性和系统的稳定性。

6结束语

通过实际运行数据对比，二次网节能改造方案实施后，节约热能15%，节能效果明显。二次网节能自动化控制系统的实现和应用，提高了供热系统的自动化操作水平，深入了智能热网的智能化层级，显现了较好的节能效果，经济效益明显，推广意义深远。

参考文献

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作者：曹鹏 蒋济友 单位：重庆市伟岸测器制造股份有限公司