美国华盛顿地区总务局绿色节能改造经验

宋波  朱晓姣  刘晶

    美国华盛顿地区总务局（Department of General Services，简称DGS） 是负责房屋建设管理、房地产管理、服务设施管理的地方政府管理机构。DGS现有管理人员700人，下设6个部门，分别负责可持续能源发展、建筑、设备管理、采购、安全和资产管理。为了了解中美在公共机构节能、建筑节能和用能方式、技术上的情况，2014年底，中国建筑科学研究院与DGS的主要管理人员和技术人员在华盛顿进行了技术交流。

    一、华盛顿地区总务局绿色节能改造措施

    据统计，美国建筑能耗占总能耗的40%左右，其中，居住建筑占21-22%，公共建筑占20%左右，公共建筑包括学校、医院、政府机关等。美国办公建筑能耗约为270kw·h/m2。为降低公共建筑能耗，DGS大力推广可持续发展绿色建筑，对华盛顿地区的公共建筑进行建筑节能改造，力求促进节约能源，降低碳排放。DGS主要采取以下绿色节能改造措施： 
    （1）充分利用风能和太阳能等可再生能源，华盛顿地区风能和太阳能应用比例已达到50%，可再生能源应用一般签订30年合同。目前华盛顿地区采取政策激励，鼓励风能利用，风能购买后并入电网；鼓励建筑屋顶上利用太阳能，华盛顿地区总发电量可达10MW。 
    （2）开展节约水资源改造，对冷却塔、卫生间等采取节水措施，每年可节约用水四百万升。
    （3）开展建筑屋顶绿化、冷屋顶等绿色屋顶建设，减少城市热岛效应。通常一栋建筑可设置几十平方米的绿色屋顶，华盛顿地区已拥有3万平方米的绿色屋顶。
    （4）建立建筑能源监控管理系统，建立了building smart DC网站，通过该系统网站，DGS对所管辖区域内的399栋建筑进行了能源监控管理。
    该网站属于一个能源数据监管平台，对每栋建筑的每天、每月、每年能源消耗进行统计和对比分析，建筑能源消耗主要是电力和天然气。
    加入building smart DC的建筑业主需要提供详细的、及时、有效的建筑数据，通过建筑之间的能源消耗对比分析，促进各栋建筑节能。可见，能源消耗数据逐时呈曲线变化的建筑，能源消耗相对比较合理，说明该类建筑能源管理相对比较规范；而能源消耗数据逐时变化量不大的，这类建筑具有更大的节能潜力，应该进行相应的节能改造。同时，该网站可以向社会公示公共建筑能耗和能源费用支出。
    （5）开展绿色建筑评价，促进建筑节能。美国在建筑节能和绿色建筑方面都有相关的立法、也有技术标准进行推广，美国大型建筑通常采用LEED评价，华盛顿地区通过LEED评价的建筑最多，包括公共建筑和商业建筑。另外美国目前正在推行一个《健康校园政策》，包括楼宇建筑节能、室内环境质量、安全和健康、垃圾处理、水资源利用、食物废料发电等方面内容。

    二、华盛顿小学节能改造项目

    斯托德特小学是华盛顿地区总务局负责进行节能改造的一个项目，是华盛顿地区第一个利用地热能的小学，目的是将其改造成为华盛顿地区学校节能改造的示范，在华盛顿地区进行推广应用。斯托德特小学始建于1932年，原有建筑面积1790平方米，后扩建了4730平方米。
    改造项目在设计过程中采用了先进的绿色节能设计理念，采用美国绿色建筑委员会（USGB）的LEED学校标准，设计团队现场分析，将历史建筑、学校、公园等功能融合，联合使用学校和公园的设施；搭建建筑能源模型，以及建筑信息模型，优化建筑设计和施工，将老建筑和新建筑融合；综合考虑交通布局和路线。
    在先进的设计理念指导下，该项目采取了较为全面的绿色节能改造技术措施：
    （1）围护结构节能改造措施
    原校舍的新建筑和旧建筑是分离的，在改造时，将新老建筑之间的空间部分进行封闭，形成了较大的前厅部分，并充分利用自然采光，减少照明能耗，前厅部分采用双层玻璃幕墙，增强保温效果。所有外窗采用低辐射率中空玻璃窗。
    通过墙、窗户、天花板、地板和门组件以及暖通空调系统的综合设计，实现在核心教学空间保持低于35dBA / RC背景噪音，使学生与老师清晰交流。
    （2）暖通空调节能改造措施
    校舍内普通区域、办公室、机房、电力房间等由高性能地源热泵系统和可变流量屋顶空气处理单元提供空调冷热源。
冷冻水和热水通过由压差传感器控制的高效变速泵进行循环。机房内所有设备采用自控系统进行运行调节，并设有中央检测和控制系统，运行管理人员可通过电脑进入系统运行和检测，实时观测通风空调系统的运行状况。
    用于教室的室外通风由专门的室外空气系统(DOAS)提供，这个室外空气系统和服务于餐厅、体育馆和办公空间的空气处理单元均采用热回收装置。
    室内空调系统采用全空气系统，气流组织方式为上供上回，送风口采用格栅风口或散流器。室内送风在进入房间前采用变风量末端装置进行节能运行控制。
    机房内所有冷热水管道采用橡塑材料保温，避免冷热量损失。机房内围护结构上粘贴吸声材料，避免机房内噪音干扰其他房间。
     （3）照明节能措施
    校舍内灯具设有自动感应开关控制，照明处于最大功率效率；整体照明水平达到1.06W/平方英尺，比ASHRAE标准要求的1.2W/平方英尺节约12%。在卫生间、厨房、餐厅、储物柜、机房等部位使用传感器控制。
    （4）可再生能源利用
    采用地热能为室内空调系统提供冷热源，在校园外侧的空地上钻孔，竖直埋设地埋管。
    （5）节水措施
    采用节水措施，包括超节水小便池、高效节水厕所、超节水淋浴，减少44.5%的用水量。
    （6）绿色节能改造效果
    通过改造，建筑能源使用强度降低为135kWh/㎡，每年的节约能源费用620元/㎡，每年温室气体的排放量减少121吨的二氧化碳，每年节约用水1820立方米。

    三、借鉴与学习

    通过与美国华盛顿地区总务局以及斯托德特小学交流学习，美国在建筑节能方面有很多成功的经验值得我们借鉴与学习。
    （1）制定细致的规章制度或管理规范，达到规范化设计、规范化操作，有效节约能源。
    （2）合理利用可再生能源，以解决公共机构对商品能源的消耗，同时带动全社会节约商品能源。利用可再生能源提供暖通空调系统冷热源也是解决公共机构商品能源消耗的一种有效途径，特别是对冬夏两用的空调系统，充分利用地热能等可再生能源为系统提供冷热源能够获得较高的节能效果。
    （3）建立的能源监管数据平台对于公共机构进行能源管理具有重要作用，我国的政府机构应借鉴美国华盛顿做法，也建立相关的能源消耗数据平台，对相关建筑能源消耗进行实时监控管理，促进各建筑主管单位加强建筑节能管理，推进建筑节能改造。
    （4）美国的公共建筑大多采用全空气空调系统，该系统需要集中处理机房，设备投资大，并且空气输送能耗较大，对该系统进行节能改造，通常采用空气热回收系统和变风量末端装置，并加一可靠的运行自动控制系统，相比改造前系统，具有可观的节能量，在公共机构节能改造中，对于类似空调系统，采用节能改造技术时可借鉴。