位于我国经济构成中颇具影响力的建筑行业,同时也作为我国能源消耗及碳排放的首要贡献者之一,其对于实现碳达峰与碳中和以及推动高质量发展具有举足轻重的地位。作为酒店类型的既有建筑,同时也是建筑领域内的能耗大户之一,将在保持室内环境舒适度的基础上,通过对建筑的屋顶、外墙、外窗(幕墙)等外围护结构系统,空调、新风、照明、热水等机电设备系统,以及太阳能光伏系统等方面提出全面的建筑改造技术体系和实施路径,其中涵盖了提升客房外窗(幕墙)的隔音效果、提高空调(风管机)能效、增设新风系统、提高照明效率、增加照明智能控制、采用空气源热泵系统、采用太阳能光伏系统等一系列具体措施,从而实现从系统层面降低酒店类建筑的能耗,最终达成超低能耗建筑的设计目标。
1. 改造目标
1.1 改造依据
根据《近零能耗建筑技术标准》(GB/T 51350-2019)为指导原则。
1.2 设计目标
致力于将某项目打造成一座超低能耗的酒店建筑,并严格遵循《近零能耗建筑技术标准》(GB/T 51350-2019)进行超低能耗的设计、施工和运营管理。
2.技术策略
2.1 精细化设计手段
本研究项目通过深入剖析当地气候特征,结合项目自身特性以及方案设计的具体要求,以《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019中的室内环境参数及能效指标作为严格的约束性指标,运用精细化设计手段。根据气候特点和场地条件,采取被动式设计策略来降低建筑物的制冷负荷需求,同时提高主动式能源设备的能效表现,从而使建筑本体性能达到最优状态。在此基础之上,结合可再生能源的设计理念,成功地实现了超低能耗建筑的设计目标。
2.2 技术路径
2.2.1 外围护结构体系
某项目东部(客房朝向)为城市道路,西部(走廊区域)为校园,外界噪音环境较为恶劣。因此,决定对外窗户进行整体改造。东侧的外立面幕墙系统保持原有的结构形式,仅需对部分铝塑板予以替换;同时,在客房的窗台后侧安装一道新的窗户,其配置为普通铝合金6+9A+6的规格,从而构建出双幕墙(窗+幕墙)的新型结构体系。这一设计方案以客房噪音控制为主导思想,整体隔音效果达到了超过30分贝的优异成绩。
项目的主体结构体系属于框架结构,填充墙体由240mm厚的红砖构成,保温效果欠佳。在当前的改造设计方案中,对于西侧的瓷砖外墙而言,在外侧增加一层反射隔热涂料;而东、南、北三个方向则采用幕墙体系,可以充分利用铝板幕墙的空气层热阻优势,无需在主墙体上额外添加保温材料。至于屋面保温措施,虽然其对负荷的影响程度较小,但目前并未考虑进行相应的调整。
在屋面、外墙、外窗等外围护结构的配置过程中,主要采用了精细化设计的方法,即将建筑负荷贡献、成本投入、施工周期等因素进行综合考量,最终确定出一套既可行又具有高性价比的方案体系。经过设计,建筑的负荷降低至每平方米74.65千瓦时相较于参考建筑,整体负荷降低了19.29%。
2.2.2 机电设备系统
依照《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019的规定,鉴于酒店建筑需要全年24小时运行空调系统,空调和新风负荷较大,且二者的负荷比例大约占据了总负荷的50%左右。在上文中,已经详细介绍了项目外围护结构的配置情况。由于受到既有建筑改造的客观困难、成本压力以及施工周期等多方面限制,外围护结构的改进空间十分有限,因此,空调通风能耗的降低主要依赖于空调系统本身性能的提升,即风管机(热泵型)的能效参数APF值应符合《风管送风式空调机组能效限定值及能效等级》GB 37479-2019中的2级或以上标准。经过模拟计算,空调通风的耗电量指标为每平方米每年23.5千瓦时,相较于参考建筑,节能效果高达33.00%。
酒店的热水能耗同样较大,且客房热水定额的取值主要基于床位数的数量。此外,员工宿舍也考虑到热水淋浴的需求,并且需要全年24小时不间断供应。因此,总的热量需求为每年495349千瓦时。为此,选择了空气源热泵系统,其性能系数为4.4,耗电量指标为每平方米每年10.90千瓦时。与参考建筑(采用燃气炉制备热水)相比,年节能(一次能源)率约为46.82%。
照明能耗仅次于空调通风能耗,采用了LED灯具,其耗电量指标为每平方米每年11.56千瓦时,相较于参考建筑,节能效果高达39.48%。
电梯系统并不在本次改造的范围之内,因此,本次设计并未考虑对其性能进行提升。
2.2.3 运用太阳能光伏系统进行节能研究
经由上述多种节能策略的实施,成功地将主体建筑的节能比率提升到了35.78%这一令人满意的水平。然而,为了满足超级节能型建筑所必需达到的综合节能率超过50%的严格标准,必须进一步引入可再生能源——太阳能光伏系统。经过严谨的计算,发现需要在屋顶上安装总面积为600平方米的光伏板,以确保光伏系统的装机容量达到126.5千瓦时(kWp),并且每年能够产生高达14.09万千瓦时(kWh)的电力。
2.2.4 综合能耗计算结果的详细阐述
通过整合围护结构降低负荷、机电设备系统提效降能耗以及可再生能源提升节能率等三个关键领域的技术手段,最终实现了主体建筑节能率35.78%、综合节能率53.97%的卓越成果,以此出色成绩顺利跨入了超低能耗建筑的行列。
基于上述全面深入的分析,并按照高标准的性能设计原则,同时结合实地考察和甲方强烈需求,为项目制定出建造超低能耗酒店建筑所需的六项关键措施:采用隔音保温效果优秀的西侧外墙反射隔热涂料;升级所有客房内使用的风管机式空调的能效表现;增加新风系统的配置;将照明功率密度提高30%;采用新型的空气源热泵;及利用太阳能光伏系统。
3 总结性发言
在已有建筑节能改造过程中实现节能降碳,可以说是国家碳达峰和碳中和战略整体布局中的一个重要环节。而酒店类建筑作为城市建筑中能耗较大的一种类型,通过在改造设计阶段实现节能降碳,无疑有助于加速推进建筑行业的节能减排工作,从而对实现碳达峰碳中和目标、推动我国经济向更高质量方向发展发挥着举足轻重的作用。某项目在保证室内环境舒适度的基础上,对建筑的屋顶、外墙、外窗(幕墙)等围护结构系统,空调、新风、照明、热水等机电设备系统,以及太阳能光伏系统等多个方面提出了全面且系统性的建筑改造方案。其中包括提升客房外窗(幕墙)的隔音保温效果、提高空调(风管机)的能效、增加新风系统的配备、提高照明效率、引入照明智能控制系统、采用高效节能的空气源热泵系统以及太阳能光伏系统等一系列创新举措,旨在从根本上降低酒店类建筑的能耗,使之达到超低能耗建筑的设计目标。同时,也充分考虑了各项技术措施的可行性及其经济效益,因此某项目具有极高的推广价值,可为夏热冬暖气候区的酒店类建筑实现节能降碳提供宝贵的参考经验。
参考文献:
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