文｜中建深圳装饰有限公司 李长春 耿怀欣

0.引言

“十四五”规划纲要中明确了“城市更新行动”和“双碳”目标等发展方向，在可持续发展的模式下，既有建筑的改造提升成了城市更新的工作重点。本文主要介绍了在雅砻江二滩大厦改造提升项目实践中，将屋面装饰装修工程与风－光－储新能源系统融合，探索绿色生态、节能低碳的建筑改造提升方案，可为类似项目提供经验借鉴，促进装饰行业的绿色发展。

1.工程概况/研究目的

雅砻江二滩大厦地下1 层，地上20 层，建筑高度79.5m，建筑面积20946m2，二滩大厦于1999年投入使用，历经20 余年的运行，部分配套设施老化，功能丧失；总改造提升施工面积达1.9 万m2。在改造实践中，将既有建筑的改造提升与光伏、风电、储能技术相结合，形成装饰装修与新能源系统一体的施工技术，实现装饰上美观协调，功能上节能降碳。

2.工程重难点/解决措施

2.1 光伏组件与装饰装修的融合协调

太阳能光伏板外观形式较为单调，难以满足装饰装修的美观性要求；光伏组件脆弱，结构性差能，大面积应用在天棚饰面材料时，安装难度过高，在使用时需要严格甄选与光伏板组合的饰面材料和基层结构材料。

面层装配式单元统一预制，基层高强度结构整体安装。屋面选用太阳能光伏板和透光玻璃板块作为该区域的天棚饰面材料。通过对两种面板进行排版优化，将双玻光伏板与透光玻璃板块对角排布，多块光伏板与透光玻璃板统一预制为一个装配式单元，解决光伏组件脆弱，安装过程难度大的问题，同时还兼顾采光。基层使用了大规格方钢焊接成顶框、柱框、等装配式构件，现场装配安装，再使用耐候性、耐热性、耐溶剂、高韧性、高硬度的氟碳漆做装饰表层，保证基层框架的稳固。基层框架的顶框处沿方钢布置隐藏式线槽，使光伏板布线暗藏，整体观感整洁统一。

2.2 光伏发电系统的匹配布置

受气候年变化、天气日变化影响，综合周边建筑遮挡等因素，光伏发电系统的实际工作时间有限；因此需要对光伏板的安装位置，安装角度等进行严格计算分析，综合选取有效采光时间最长、有效受光面积最大的方案进行光伏板布置。

光伏板的发电效率，极大程度上取决于光伏板接受的太阳辐射强度，在屋顶提升改造时，对屋顶周边的建筑物遮挡情况进行严格统计分析，选择受遮挡影响最小的部位大面积布置光伏板；同时利用Autodesk Ecotect 软件结合建筑BIM 模型，校核成都市的气象数据。依据现场情况，最终确定光伏板的安装方位为正南，安装角度为22°。依托光伏板的布置位置配套实施建筑改造提升。本提升改造提升工程中，使用53 块500Wp 的单晶硅光伏板和16 块490Wp 的单晶硅光伏板的作为屋顶的饰面的主要饰面材料，在实施方案中，光伏板与全透光玻璃板交替布置，实现屋顶遮阳、采光、发电等功能的融合统一。

2.3 风力发电系统的匹配布置

受建筑群的分布情况、气候因素影响，建筑周边风力条件不稳定，因此需要对楼顶的空气流场进行统计分析，选取恰当安装位置；同时，考虑楼顶屋面结构的荷载能力，采取相应结构加固措施。

风力发电装置作为本系统的发电补充设备，在安装位置选址时对周围建筑物群进行了空气流场模拟分析，综合选择空气流速最高，流量最大的部位作为风力发电机的安装位置。选取整机重量为60kg 的风力发电机组，启动风速为2.5m/s，额定风速11m/s，风轮直径1.85m，装机容量为1kW。根据风机设备选型结果，对屋顶荷载能力进行计算分析，并在楼板十字梁处浇筑400mm×400mm×350mm 的混凝土基座。本风力发电机组设有自捕风装置，可根据空气流场的分布情况自动调整风机扇叶迎风面，提高风能的利用效率（图1～4）。

图1 二滩大厦建筑平面风压分布

2.4 风光储系统的融合统一

光伏发电系统、风力发电系统单系统的产能波动幅度大，难以实现持续稳定的能量输出，需要整合形成稳定的能量输出和储存系统。

风光储风力发电系统、光伏发电系统均有发电连续性差、发电功率不稳定等特征，将各系统进行融合统一，实现风光储融合互补，提高系统的稳定性和容错率。

图2 二滩大厦建筑平面风速分布

图3 二滩大厦建筑立面风压分布

图4 二滩大厦建筑立面风速分布

2.4.1 系统集成原理

光伏发电组件单元发电后经光伏逆变器转化为380VAC，供地下室照明、20 层、楼顶等区域使用，同时接入市电，当光伏组件发电量无法满足供电时，由储能电池输出，保证供电稳定性。风机发电单元发电后经逆变器转化为220VAC，辅助光伏系统，直接接入储能系统。当风光储系统均不能满足用电负荷要求时，由双电源开关无缝切换至市电供电，保证系统供电的稳定性。（图5）

图5 风光储互补发电系统原理图

2.4.2 储能系统整合

储能系统主要设置为储存光伏和风力发电在供电后的剩余电量，削峰填谷，体现光伏、风电储能协同的供电作用。储能系统设置两面屏柜，一面主机屏和一面蓄电池屏，主要的输入电源为光伏系统变器输出的380VAC、风机逆变器输出的220VAC 和380VAC 市电，市电作为备用和系统的检修电源，输出为380VAC，接入楼顶的配电箱。储能系统的监控柜接入新能源发电系统监控后台将实时充放电状态、蓄电池状态和故障信息传输入到监控后台，并由风光互补控制器对监控反馈的信息进行相应控制。

2.4.3 风光储发电系统平台建设

风光储发电展示系统主要对光伏、风电、储能系统进行监控，同时展示光伏和风电的模型，体现两种清洁能源与储能系统互补利用，协调发电。展示平台配置一台50 英寸的液晶显示屏作为光伏和风力实时发电情况和历史发电情况的展示；同时配套监控服务器，作为光伏发电、风力发电的监控后台，实时监测系统运行状态收集并储存运行数据、故障信息提供发电系统的数据报表，并提供手机端、外网的数据访问。

2.5 风光储系统应用场景匹配

针对风光储发电系统发电间歇性、周期性明显，稳定性较为不足的特征，将本系统匹配给地下室照明、20 层照明、屋顶景观泛光照明、屋顶展示厅空调外机动力等应用场景。

3.工程实践研究成果

3.1 风光储发电系统与建筑改造融合效果佳

在本项目中，建筑改造提升与风光储新能源系统的融合实践应用良好，整体装饰效果好，理念先进；在满足了建筑改造提升的基本功能需求的同时，还附加了一定的能源供给、低碳降碳属性，是既有建筑改造提升与双碳目标融合的重要实践经验。

3.2 风光储发电系统节能效果理想

目前已经完成风光储发电系统的组建与调试，并投入运行，从应用效果来看，风光储发电系统可完全满足地下室、20 层及屋顶区域的照明用电负荷18kw，和顶楼展示厅空调外机动力负荷12kw。就目前的使用情况统计计算，可节约地下室32%的用电能耗，节约20 层18%的用电能耗和楼顶新能源区域92%的用电能耗。在夏季建筑总体能耗较高的时期，风光储发电系统节能效果更为显著（图6、7）。

图6 风光储系统20 层应用节能效果

图7 风光储系统楼顶应用节能效果

3.3 风光储发电系统降碳能力可观

根据《 建筑碳排放计算标准》（GBT51366-2019）计算，本风光储互补发电系统在使用寿命周期内效益情况较好，降碳能力也相当可观。光伏发电首年利用小时数为870h，首年发电量2.9 万kWh，系统效率为87.41%，25年综合累计发电量近71.87 万kWh，累计可减少CO2排放近548.7 吨。风力发电按照每天5.5 小时的利用小数预估，1 台风机每年共计可发电近0.2 万kWh，20年综合累计发电量近4 万kWh，可减少CO2排放近31.5 吨。（图8、9）

图8 风光储系统发电能力

图9 风光储系统降碳能力

4.结语

雅砻江二滩大厦改造提升项目，创造性的将装饰装修工程与新能源系统相融合，既满足了建筑改造提升中装饰装修的整体表达效果，又响应了国家“双碳”目标，绿色降碳。在项目实践过程中，大量运用了BIM 技术、模拟分析技术、装配式技术，即保证了施工方案的精准性，又良好的把控了整体施工进度，以建筑改造提升为主导，“双碳”目标为引领的城市更新行动中具有较好的实践示范意义。