绿色技术在沈阳市某高校实验中心楼节能改造应用中的研究

绿色技术在沈阳市某高校实验中心楼节能改造应用中的研究

魏坤，张微，吕慧洁，张美琦，郭通

（沈阳城市建设学院  沈阳 110167）

摘要：为了有效实施碳达峰和碳中和目标，我国的“十四五”规划强调了推动绿色发展、促进人与自然和谐共生。在校园建筑改造方面，我们需要提出新的想法和措施，以践行“绿色”和“低碳”的理念。在建筑和设施的运行过程中，可以采用先进而适用的管理手段和技术措施，以实现最大限度的节能、减排和环保。本项目的重点是对沈阳城市建设学院创新楼进行模拟计算分析，利用绿建斯维尔软件提出绿色改造、运行和维护方案。

关键词：绿色技术；节能改造；低碳

1 项目概况

本建筑位于辽宁省沈阳市东陵区，建筑所在位置处于城市郊区，在中国东北南部的平原地带。主体建筑为校实验中心楼，中心楼由三栋建筑组成，分别为1#、2#和3#楼，1#、2#楼主要功能为实验教学用，3#楼主要功能用于建筑实体比例模型的展示参观。

实验中心楼总建筑面积为9452m2，最高建筑建筑高度为16.8m，其中1#楼建筑面积为3643.35m2，建筑为3层；2#建筑面积为3661.44m2，建筑为4层；3#建筑面积为2236.30m2，建筑为1层。

2 原始建筑分析和绿色改造方案

2.1 节能检查与改造设计

2.1.1外墙及隔墙

1#2#楼外墙采用钢筋混凝土外墙或混凝土小型空心砌块外加100mm厚岩棉板（燃烧等级为A级）保温层，外墙平均传热系数0.46W/m2·k。3#楼外墙采用双层压型钢板复合保温墙体，夹芯保温采用120mm厚岩棉板（燃烧等级为A级）保温层，外墙平均传热系数0.41W/m2·k。

采暖与非采暖隔墙：采用200mm厚混凝土小型空心砌块，50mm厚YYJ保温砂浆，平均传热系数：0.74W/m2·k。

外墙热桥部位保温构造：采用外粘30mm厚岩棉板（燃烧等级为A级），窗台、柱子、梁挑耳朵内表面温度均大于14.01℃。

2.1.2 屋面

1#2#楼屋面采用钢筋混凝土屋面板，120mm厚EPS板（燃烧等级为B1级）保温层，平均传热系数：0.36W/m2·k。3#楼屋面采用双层压型钢板复合保温墙体，夹芯保温采用120mm厚岩棉板（燃烧等级为A级）保温层，平均传热系数：0.34W/m2·k。

2.1.3 门窗

外窗：本工程外门窗采用断热铝合金框，6mm+9A+6mm+9A+6mm 双中空玻璃，外窗传热系数2.0W/m2·k；玻璃幕墙应采用隔热金属型材多腔密封（6mm高透光Low-E+12mm氩+6mm透明），传热系数2.0W/（m2·k）。

针对原始建筑节能检查和能耗计算中的不满足情况，同时考虑经济性因素，有针对性的在传热系数高于规定值的10处墙体外加设保温层，保温材料选用岩棉，厚度250mm，外用聚合物增强砂浆10mm后保护，通过此技术措施，降低以上墙体的传热系数，经计算传热系数由原来的0.47W/m2·k降至0.43W/m2·k，使能耗计算和节能检查均满足要求。

2.2 采光、照明系统分析

经绿建斯维尔采光分析软件计算：分析得出照度渲染彩图，日光照明系统是现代意义上的一种环保型照明系统，不同于传统的照明方法，此系统的光源主要由日光提供，对于2#楼东侧房间由于其特殊的情况，没有采光的外窗，故增加光导管照明系统，解决此侧房间的采光问题，也节约了照明产生的用电费用。

在灯具的选型上，全部选取了更加节能的LED灯具。通过使用利用系数法的照度计算，选用帝欧LED光源，经计算获知，将照明灯具更换为LED节能灯具，要求平均照度300LX，实际计算平均照度值为274.39LX，符合规范照度要求；使用普通灯具照明要求功率密度不大于9.0W/m2，采用LED节能灯具的功率密度仅为4.23W/m2，功率密度降低了4.77W/m2，节能效果显著。

对于楼体的采光节能技术改造，原建筑未能充分考虑节能措施。内部电气设备仍采用传统设施，改造设计采用智能照明控制系统和不同类型的节能灯具，如LED光源、导光管照明等不同造型的灯具，提高照明效率。

经绿建斯维尔采光分析模拟结果显示，改造后本建筑内51个房间全部满足采光要求，视野得到改善、采光均匀度良好。

本项目在1#楼和2#楼的屋面装设太阳能光伏发电系统，屋顶太阳能发电自身不运用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不发生噪声，是真正绿色环保的新型可再生能源。

本太阳能光伏发电站工程在1#楼和2#楼的屋面设置1800m2的光伏板发电系统，光伏组件数量481，光伏板方位角为正南倾角40°，年总发电量为60.8MWH。相应每年可减少多种有害气体和废气排放，本工程的建设每年可减少温室气体CO2的排放量约为408.914t。

2.3 风环境分析

针对原始建筑风场计算出现的问题，采取如下的措施加以解决：在出现涡流现象的区域附近在来风方向加设绿植进行风场的干扰，以缓解涡流现象；在2#建筑的南侧房间增设外墙通气孔，距地高度分别为1.0和2.0，加强此侧房间的通风换气效果。在热源改造中，以地源热泵系统替代现有的燃气锅炉，达到节能减碳的目的。本项目选用水冷螺杆式地源热泵机组1台，额定制热量为550kW,额定耗电量为83kW，额定性能系数COP值为6.61，配备热水循环泵2台；同时配备软化水装置1套，补水箱1只，补水泵1台；系统采用定压罐定压的方式实现补水定压。地源热泵的地埋管拟设置在实验中心楼临近的绿地下方，地埋管的系统形式需结合土地资源政策的要求进行合理配置，冬季吸收土壤内的热量，为中心楼提供热水用于供暖。

2.4 碳汇分析

由于在全生命周期中建筑运行所占的碳排放量的比例高达65.85%，如何通过减碳的技术措施降低设备运行产生的碳排放，同时通过增加绿植来提高碳汇量抵消碳排放量，使建筑在全生命周期的碳排放量能够达到自给自足，是本改造设计的重点。

在建筑全生命周期中，建材生产的碳排放量为9541.550tCo2，建材运输的碳排放量为379.726tCo2。建筑建造拆除的碳排放量为1566.517tCo2。建筑周边的2000m2混种绿植的碳汇量为1800tCo2。建筑运行的碳排放总量为22155.871tCo2。其中用于建筑供暖用的园区燃气锅炉的碳排放量为10572.262tCo2最大；其次是用于照明的碳排放量为6523.628tCo2。

3 运行和维护管理

建筑的运行阶段占整个建筑全生命时限的95%以上，要实现“四节一环保”目标，不仅在规划、设计和建造阶段，更需要提升和优化运行阶段的管理技术水平和模式。在保证对建筑使用者的健康、建筑门窗管理等，控制室内空气品质、控制热舒适性、节能减排。

4 总结

在提倡人类命运共同体和实施"双碳"目标的背景下，环境保护得到了越来越多的重视。建筑行业也日益关注在整个寿命周期中降低碳排放、实现节地、节能、节水、节材的环保理念。未来建筑行业的发展趋势将强调节能、减碳和智能化，这些措施将贯穿整个建筑生命周期，并成为主流理念和技术。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50189-2015 公共建筑节能设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

[3]戴立飞，高辉. 反光板在建筑自然采光中的应用[J].工业建筑.2007;54-57.

[4]陆耀庆，实用供热空调设计手册（第二版），北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50033-2014 建筑采光设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014.

基金项目：2022年度沈阳城市建设学院学生社团品牌项目，社团名称：暖通软件应用研究社社团。