建筑技術丨基于多種方案評價及優(yōu)化的張家口高速公路服務區(qū)低能耗建筑熱源適配性研究

延崇高速公路是2022年北京冬奧會北京市連通張家口市崇禮賽區(qū)的主通道，是交通運輸部第一批綠色公路建設典型示范工程，因此，在該區(qū)段的服務區(qū)開展低能耗高速服務區(qū)熱源適配性研究，通過層次分析法、灰色關聯法和模糊綜合評價法確定最優(yōu)熱源方案，對助推低碳、綠色奧運具有重要意義。1、當前熱源方案存在的問題當前張家口高速公路服務區(qū)采取的熱源方案包括：燃煤鍋爐、地源熱泵、VAV多聯機、LNG鍋爐、電蓄熱鍋爐和電熱膜。在使用中這些熱源方案存在以下問題：（1）燃煤鍋爐存在能耗大且排放出大量的污染物的問題；（2）部分項目設備容量選取過大或匹配不當，造成初投資和運行費用增加，同時還會造成設備能力浪費；（3）用能設備監(jiān)控缺失，導致無法準確掌握系統(tǒng)能耗和運行狀態(tài)，不能及時發(fā)現處理系統(tǒng)問題；（4）專業(yè)管理人員缺失，管理粗放，造成運行費用大幅增加。本文針對當前高速公路服務熱源存在問題，通過分析張家口高速服務區(qū)低能耗建筑的用能情況，與現有熱源技術進行優(yōu)化匹配，尋找最優(yōu)方案，為未來服務區(qū)建設提供方向和數據支撐。2、低能耗服務區(qū)概況赤城低能耗服務區(qū)項目位于河北省張家口市，屬于延崇高速河北段。該項目定位為綜合性建筑，建筑地上3層，高15.15?m，總建筑面積3?896.05?㎡，夏季不制冷，冬季采用電蓄熱鍋爐供熱。圍護結構要求均按超低能耗建筑設計，其余按照GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設計標準》設計，見表1。表1服務區(qū)的圍護結構設計參數施工采用無熱橋建造技術，以有效降低建筑內熱量散失；為進一步降低建筑能耗，本項目在餐廳、會議室、超市、特色小賣、鐘點房、客房、辦公室、衛(wèi)生間等采用全熱回收新風系統(tǒng)，熱回收效率大于75%，可在提升室內人員舒適度的同時降低能源消耗。同時，通過服務區(qū)屋頂安裝的分布式光伏發(fā)電站，每年可發(fā)電11.6萬kWh，滿足服務區(qū)約15%的用電需求，在一定程度上緩解服務區(qū)用電對市政電網的壓力。由于公廁和餐廳人員流動過于頻繁，建筑的氣密性無法保證，故建筑為低能耗建筑。3、能耗模擬分析根據服務區(qū)內建筑功能和用能特點，按餐廳、超市、客房和辦公室人員作息制訂相應的照明及設備作息時間，采用DesignBuilder建筑模擬軟件進行能耗模擬，模擬模型如圖1所示，模擬結果見表2。圖1服務區(qū)模型示意表2服務區(qū)能耗模擬結果4、熱源方案的比較及優(yōu)化4.1熱源方案的選取原則

（1）根據該建筑屬改造還是新建選擇系統(tǒng)，若為改造項目宜利用原有末端設備和管道系統(tǒng)，以降低初投資。（2）根據當地能源供應情況和地理區(qū)位選擇系統(tǒng)，考察當地氣、煤、電等資源，選擇符合實際情況的系統(tǒng)。（3）根據政策導向選擇系統(tǒng)，例如是否有相關補貼政策或峰谷電價等。

4.2熱源方案分析

熱源類型主要有熱源、熱泵。其中熱源包括燃油鍋爐、電力鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐；熱泵主要有VRV多聯機、超低溫空氣源熱泵、地源熱泵等形式。根據以上原則選取，由于燃煤鍋爐及燃油鍋爐因受運輸成本及環(huán)保政策等因素制約；其他可再生能源如太陽能因系統(tǒng)不穩(wěn)定、設備復雜，很少單獨用于高速服務區(qū)。經過初選，電熱膜、熱泵及燃氣鍋爐等已較多用于在新建，在現場調研的過程中也得到了驗證，故做出地源熱泵、VRV多聯機、LNG鍋爐、電蓄熱鍋爐和電熱膜五種方案。4.3方案比較4.3.1費用情況熱源方案費用情況比較見表3。表3熱源方案費用比較從表3可看出，設備初投資以電蓄熱鍋爐+散熱器為最低，而地源熱泵+風機盤管最高；地源熱泵+風機盤管的年運行費用最小，而電熱膜最大；電蓄熱鍋爐+散熱器費用年值最小，經濟性最好，其次為LNG鍋爐+地板輻射和電熱膜，最差為VRV多聯機+散熱器和地源熱泵+風機盤管。4.3.2技術條件比較技術條件比較結果見表4。表4熱源方案技術條件比較4.3.3環(huán)保效益分析采用耗電量轉換為一次能源的方式，以國家規(guī)定的每千克標準煤排放量為基準，計算各方案下折合標準煤的CO2、SO2以及NOX的排放量，計算結果見表5。表5熱源方案環(huán)保效益比較4.4熱源方案的綜合評價及優(yōu)化方法4.4.1評價體系的建立采用層次分析法確定評價5種熱源方案的指標體系（圖2）。采用歸一化和規(guī)范化方法對數據進行預處理，采用層次分析法確定評價指標體系的權重系數。圖2熱源方案評價指標體系4.4.2綜合評價及優(yōu)化方法優(yōu)選采用層次分析法、灰色關聯法和模糊綜合評價法對5個熱源方案進行評價，結果見表6。采用計算兼容度的方法進行綜合評價方法的優(yōu)選，見表7。表6熱源方案的評價結果表7不同評價方法的兼容度及優(yōu)劣排序從表7可看出，灰色關聯度評價法最適合所建立的5個熱源方案的評價體系，由此可確定由灰色關聯度優(yōu)選出的電蓄熱鍋爐+散熱器為最佳方案。5、結束語本文根據熱源方案選取原則和現場調研實際情況對不同熱源進行初選，得出在高速公路領域值得推廣的5種方案。然后通過分析低能耗高速服務區(qū)的能耗情況，在典型建筑的熱負荷數據基礎上，對5種熱源方案的經濟性、技術條件和環(huán)保