国家博物馆：以技术节能引领绿色发展

　　 文/丁荣良

　　习近平总书记强调，博物馆是保护和传承人类文明的重要场所，文博工作者使命光荣、责任重大。中国国家博物馆是代表国家收藏、研究、展示、阐释能够充分反映中华优秀传统文化、革命文化和社会主义先进文化代表性物证的最高机构，是国家最高历史文化艺术殿堂和文化客厅。多年来，国家博物馆在守护好、传承好、展示好中华文明优秀成果的同时，积极发挥公共机构在节能降碳、引领绿色发展中的作用，取得了显著成效。2015年，被评为国家级节约型公共机构示范单位；2018年，成为全国首批184家公共机构能效领跑者之一；2018年至2021年，成功创建国家节能标准化示范项目。国家博物馆改扩建工程荣获住房城乡建设部颁发的三星级绿色建筑设计标识。 

　　从源头抓好建筑节能 

　　——建筑节能设计。北京冬季较为寒冷，为更好适应温度变化，国家博物馆在改扩建过程中严格控制建筑的体型系数、窗墙比等参数。外墙为外保温，老馆外墙主体为50mm硬泡聚氨酯+350mm钢筋混凝土，局部为50mm硬泡聚氨酯保温层+300mm陶粒混凝土空心砌块；新馆外墙主体为50mm挤塑聚苯板+500mm钢筋混凝土，局部为50mm挤塑聚苯板+300mm陶粒混凝土空心砌块，外墙综合传热系数为0.5W/（m2K）；屋面采用60mm厚的挤塑聚苯板保温层，传热系数达到0.5W/（m2K）；外窗选用断桥铝合金窗框8+12A+6钢化中空玻璃，幕墙采用8+16Ar+（6+1.52PVB+6）LOW-E中空夹胶钢化玻璃，传热系数达到2.3W/（m2K），建筑节能率达60.89%。 

　　为减少室外气候及其变化对文物库房环境的影响，将文物库房设置在地下二层，减少了文物库房围护结构的空调负荷。西侧入口设置门廊，可起到遮阳作用，减小夏季太阳辐射的影响。 

　　——高效能设备和系统。针对博物馆西入口大厅空调负荷特点，采取分层空调与地板盘管辐射空调结合的方式，将所有空调装置和送回风的气流组织控制在距地面6米高的范围内，仅保障人员活动区域的室内温度正常。夏季当顶部区域的空气温度高于室外通风温度时，可以利用屋顶的自动窗实现自然通风或利用与消防合用的风机实现机械通风，从而在不增加空调系统冷负荷的情况下，消除顶部余热，减少空调运行能耗。 

　　空调冷源采用部分负荷冰蓄冷系统，制冷主机与蓄冰设备为串联方式，主机位于蓄冰设备上游。冰蓄冷空调系统的制冷机配置容量减少了1350RT，通过手动优化控制系统运行，在用电高峰时段尽量不用或少用制冷机，最大限度地发挥蓄冰设备融冰供冷量。考虑到博物馆冬季有冷却除湿和消除室内余热的需求，当冬季室外温度低于5℃时，建筑仍需供冷，可以停止冷水机组运行，利用冷却水直接经过板式换热器制备空调所需的冷冻水，节省冬季冷水机组运行所需的电耗。 

　　——节水与水资源利用。在博物馆东北角及两个内庭院绿地设置3个雨水收集池，收集部分屋面雨水，作为中水的辅助水源。卫生器具管件全部采用节水型产品，卫生间坐便器冲洗均采用6.0升水箱，蹲便器、小便器均采用红外感应式。室外场地及内庭院雨水采用透水砖、雨水渗井、渗管等就地入渗，以此补给地下水资源。庭院绿化采用微喷灌，树木采用根部滴灌，屋顶安装了4个微喷系统用于绿化。 

　　做好设备节能技术改造 

　　——空调机组变频节能改造。空调机组在现有工频正常运行的基础上增加变频就地、远程启动功能，同时将变频控制纳入楼宇控制系统，风机区分不同工况变频调节，减少设备长期在恒速下运行和利用风阀调节风量造成的能源浪费。送风机根据变频器所给频率自动运行，其频率大小与冷水阀、热水阀及加湿阀的开度大小有关（现场负荷大时频率高、负荷小时自动降频），也可以根据需要手动设置变频器的频率，不同区域机组根据实际运行工况，在满足温湿度、风速、洁净度、空气新鲜程度等运行参数的基础上调节变频器频率节约能源消耗，实现空调机组节能高效运行。 

　　从2013年到2016年共实施了5批变频改造，总计变频器台数105台，功率最大的30KW，最小的7.5KW，平均收回成本时间为9.1个月。 

　　——热力站增加自控系统改造。以冬季供热板换为例，在每组板换的一次侧、二次侧分别加装温度和压力传感器，在回水管上加装电动调节阀门。全热力站共加装29个温度传感器、28个压力和7个电动调节阀门。现场控制器将供水温度与设定值进行比较，经比例积分运算控制供水管路上的一次侧电动二通阀开度，调节供水流量，使供水温度保持在设定值。二次水温度设定值分冬夏季模式可分别调整。控制器内部时钟可将一周内的每天任意分为多个时段，每个时段设定不同的供水温度设定值，进行节能控制。变频器频率根据供回水压差控制。控制器与楼宇自控系统服务器联网，实现远程参数调整、报警提示和图形显示功能，并根据实际需求增加本地控制计算机，方便值班人员直观、及时地观察系统运行工况。 

　　——制冷站完善自控系统改造。利用原有电动阀门和传感器，通过加装少量现场设备，更换更为先进、智能的控制系统，实现各种工况自动组合，包括单机组联动控制、多机组联动控制、多种工况自控控制。在此基础上结合负荷预测，根据当天负荷总量，合理分配冷机及冰池融冰负荷，自动进行制冰、融冰、融冰+基载主机全过程控制，按照负荷要求进行加减基载制冷机及其辅助设备，保证基载主机在高效负荷下运行，达到“移峰填谷”效果，将冰池特殊作用融入控制策略内，实现最优控制。 

　　改造完成后，制冷站整体用电所需资金比上一年同期节约了50万元，在馆内没有其他重大负荷变化的前提下，一年内能收回改造成本。 

　　——中央空调系统群控策略。制冷系统、热力系统等在保证总供水温度正常的前提下，通过空调末端供回水压力和供回水温度反馈的负载变化，调节运转模式、开启台数、冷冻水泵、热水循环泵频。现在的楼控系统控制对象涵盖暖通空调系统末端设备及核心设备，从末端设备到核心设备均可以根据现场实际负荷联动控制。运行和操作在统一的人机界面环境下，实现信息、资源和任务共享，完成集中与分布相结合的监视控制和管理功能。通过对各子系统资源的收集、分析、传递和处理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致的高效运行状态，确保馆内环境舒适安全，实现库区及展厅的恒温恒湿，节约了大量能源，提高了设备运行效率及使用寿命。 

　　——水资源节约措施。全馆所有卫生间水龙头加装节水限流器362个，通过减小流量，增加出水压力，在保证正常使用的同时节约水资源。经测试，在相同时间内，节水限流器的出水量比加装前节约30%。 

　　博物馆西庭院内南北各设一个200立方米的雨水收集池，大楼东北角一个300立方米的雨水收集池，收集全馆楼顶雨水，用于冲厕和楼顶绿化灌溉。为保证回用雨水水质，在3个收集池内加装了生物填料和曝气机，通过第一次处理后进入中水机房；再通过陶瓷过滤罐、活性炭过滤，加入次氯酸钠和絮凝剂；最后通过超滤系统及臭氧消毒进入中水水箱。雨水收集池自2015年投入使用以来，共回收利用雨水1万余吨，平均每年回收利用5000吨。 

　　——能源管理平台建设。国家博物馆能源监测平台通过建立能源计量体系，可实时在线考核各级用能指标，对能源管理决策提供技术支撑。其中，信息平台作为综合能源管理系统的核心，不仅可以从各能耗监测子系统获取能耗数据，还可以集成第三方系统的能耗数据，提供手抄能耗数据的录入接口。目前主要完成了水、电、燃气、热能负荷监控系统的建设，可分析馆内重要回路和重要耗电区域的能耗情况，并结合实时能源单价计算实时费用，便于管理运行。根据国家标准《用能单位能源计量器具配备和管理通则》“主要用能设备三级计量要达到95%”的规定，后期继续完善三级电计量，对空调机组加装智能电表，实现分区能耗、分级能耗、分项能耗的计量原则，持续优化能源监测平台。 

　　因时制宜，促进绿色发展 

　　为深入贯彻落实碳达峰碳中和的重大战略决策，国家博物馆将大力推进绿色低碳循环建设，充分发挥在绿色低碳生产生活方式转型中的引导作用，促进博物馆行业绿色发展。 

　　加大用能系统绿色化改造。推进绿色高效制冷行动，重点推进空调系统运行节能改造，加强智能管控和运行优化。完善能源计量体系建设，选择智能高效灯具，适时进行建筑屋顶保温改造。提高能源管理智慧化能力。整合现有楼宇自控、能耗监管和设备管理系统，运用物联网、互联网等技术，着力打造智能建筑管控体系，建设集数字化、信息化、智能化于一体的设备管控平台。 

　　推进终端用能电气化。推动终端用能以电力替代液化石油气、天然气等直接燃烧和利用的化石能源，提高办公、展览、生活用能清洁化水平，减少直接碳排放。推动分散加湿设备替代集中燃气蒸汽锅炉，开展湿度控制系统电气化改造可行性研究；推动高效电磁灶具替代液化石油气灶具，建设全电厨房。挖掘太阳能利用潜力。启动太阳能光伏发电适宜性及可行性研究工作，通过选取建筑屋顶、立面等适宜空间，开展安装太阳能光伏发电设施适宜性及可行性研究。 

　　展望未来，国家博物馆在建筑节能技术应用方面仍需守正创新，准确把握新时期节约能源资源发展中的新任务新要求，坚定不移走绿色低碳可持续发展道路，引领博物馆行业高质量发展，为建成中国特色、世界一流的现代化强馆和国家最高历史文化艺术殿堂夯实基础。