張洪波

綠色生態(tài)建筑的節(jié)能設(shè)計研究

張洪波

（淮陰師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇 淮安 223300）

以某科技館為例，分別從空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)和可再生能源應(yīng)用，闡述節(jié)能設(shè)計的重要性和必要性。

綠色生態(tài)建筑；建筑節(jié)能；可持續(xù)發(fā)展

我國是一個建筑大國，也是一個資源匱乏的國家，建筑能源的利用率只有大約11%，遠低于發(fā)達國家的水平40%[1]。綠色生態(tài)建筑從規(guī)劃設(shè)計、施工運營、拆除等全壽命期內(nèi)，可以節(jié)約資源、減少污染物排放，同時有效利用可再生能源、清潔能源，從而能保護環(huán)境，為人們提供舒適、健康的建筑空間，實現(xiàn)人與自然的和諧共存、可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能建筑是建設(shè)節(jié)能型社會的重要措施,同時，推行科學(xué)的建筑節(jié)能理念,也有助于建筑業(yè)經(jīng)濟的增長，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 項目概況

江蘇某科技館建筑高18.5m，占地面積為1348m2，總建筑面積為4678m2，建筑表面積7568.32m2，體形系數(shù)0.36，其中地上4層，地下一層，主體為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，總投資為6000萬元，采用綠色生態(tài)節(jié)能設(shè)計，見圖1。

2 建筑節(jié)能的整體設(shè)計

本工程設(shè)計時采取整體向東南傾斜16度，冬季太陽高度角較低，有利于熱量進入室內(nèi)，利用吸收太陽光照采暖；夏季太陽高度角較高，朝南圍護結(jié)構(gòu)可阻擋較多太陽輻射，有利于減少吸收太陽光照致涼；北向可引入更多的自然光[2]。形成建筑自遮陽的保溫隔熱系統(tǒng)，同時能降低太陽輻射的不利影響，改善室內(nèi)的舒適環(huán)境。

2.1 圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計

建筑物的體形系數(shù)確定后，圍護結(jié)構(gòu)的表面積也隨之確定，要降低室內(nèi)能耗量，必須減小外墻材料的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，選用熱阻大、熱比小的復(fù)合型保溫材料對節(jié)能是非常有利的。金屬門窗材料的導(dǎo)熱系數(shù)大，應(yīng)采用斷橋隔熱處理，采用節(jié)能玻璃；同時，在滿足采光、通風(fēng)的條件下，合理縮小窗的面積，采取雙級密封處理。屋面直接受到太陽輻射，是能耗較大的外圍護結(jié)構(gòu)，對頂層熱環(huán)境影響比較嚴重[3]。采取種植屋面的隔熱形式，既可以有明顯的降溫效果，同時可以美化空中環(huán)境。

2.2 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用

本工程在屋頂和地面處都設(shè)置通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，在屋頂處設(shè)置自然排風(fēng)煙囪，通風(fēng)采光井和智能化外遮陽通風(fēng)百葉的節(jié)能措施，通風(fēng)進氣口設(shè)計成百葉式，既可以滿足通風(fēng)要求，同時可以達到較美觀的建筑形象，在雙層百葉風(fēng)口處設(shè)計有通風(fēng)控制閥，控制閥安裝在墻上或者風(fēng)道末端，并采取加固措施，以保證可以調(diào)節(jié)風(fēng)道出口的氣流速度，調(diào)節(jié)送風(fēng)方向。同時，局部送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置空氣分布器。

2.3 地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用

2.3.1 系統(tǒng)所運用的技術(shù)

土壤就像一個天然的、恒溫的蓄能池，具有巨大的蓄冷、蓄熱能力，地源熱泵正是利用地表淺層能源，進行制冷、供熱的新型能源利用技術(shù)[4]。冬季，把熱量從土壤中轉(zhuǎn)移出來，輸送到建筑室內(nèi)空間進行利用；夏季，把土壤中的冷量利用地下水轉(zhuǎn)移出來，再輸送到建筑物內(nèi)，每一年實現(xiàn)一次冷熱循環(huán)的過程。

2.3.2 系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)進行冷熱能量的轉(zhuǎn)換的方式主要是傳導(dǎo)和對流，分別以空氣、地下水作為介質(zhì)。當(dāng)?shù)卦礋岜门c地能進行熱量交換時，主要以水為介質(zhì)；當(dāng)與建筑物空調(diào)進行換熱時，以是水或空氣作為介質(zhì)，以上兩種方式均需通過室內(nèi)空調(diào)、熱泵機組和室外換熱系統(tǒng)等組成。

圖1 綠色節(jié)能技術(shù)圖

2.3.3 地源熱泵技術(shù)的優(yōu)點

1）對環(huán)境保護的效果明顯。當(dāng)采用地源熱泵系統(tǒng)時，僅有設(shè)備運行時會產(chǎn)生能耗，不會產(chǎn)生其他能耗，幾乎不排放污染物，對環(huán)境的保護效果明顯[5]。污染物排放量比采用空氣源熱泵減少40%以上，比采用電供暖方式污染物排放量減少70%以上。

2）地源熱泵可一機多用，可供暖、致冷，還可提供生活熱水，特別適合用于住宅類建筑。

3）可再生能源的利用。系統(tǒng)利用了距離地表400米深度以內(nèi)的淺層地?zé)豳Y源，這種能源是一種清潔、無污染、可再生的能源，空調(diào)供暖系統(tǒng)以此作為冷熱源，并進行能量轉(zhuǎn)換，以滿足冬季采暖的效果。

4）節(jié)能效果好。與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)運行相比，地源熱泵系統(tǒng)運行效率要高40%，但是在節(jié)能、運行費用的節(jié)約上效果明顯，可以節(jié)約費用約40%。

5）運行、維護費用較低。地源熱泵系統(tǒng)的組成部件大都安裝在室內(nèi)，或者埋在地下，且進行機械運動的部件較少，減少了摩擦耗能，降低了對部件的磨耗，非常耐用，從而能夠降低后期設(shè)備運行和維護費用。

本項目在采暖過程中就采用了地源熱泵系統(tǒng)，用冷熱交換的辦法使室內(nèi)降溫，從而使科技館冬暖夏涼，不需要使用空調(diào)，整個建筑節(jié)能率達76.4%，同時使室內(nèi)空氣更清新透氣。

2.4 可再生能源利用

2.4.1 太陽能采暖系統(tǒng)優(yōu)缺點

太陽能采暖系統(tǒng)的優(yōu)點是能夠貯存房屋1—3天所需要的熱量，因而在一定程度上可以抵御風(fēng)雪或多云天氣的影響；缺點是造價高，設(shè)備復(fù)雜，占據(jù)空間大。

2.4.2 主動式太陽能采暖系統(tǒng)

太陽能的應(yīng)用包括兩個方面：一是太陽熱能系統(tǒng)，就是利用太陽輻射來供給建筑生活熱水、采暖和制冷；二是太陽能光電系統(tǒng)，就是將太陽能輻射轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供清潔能源。太陽能與建筑一體化，主要體現(xiàn)在主動式太陽能利用系統(tǒng)：太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，主動式太陽能供暖系統(tǒng)，主動式太陽能制冷系統(tǒng)。

2.4.3 可再生能源的運用

本項目在較大程度上利用了太陽能再生資源，在屋面上的建立了太陽能光伏電池板、真空管太陽能集熱器。利用兩個恒溫器來控制熱量的分配，一個恒溫器控制集熱器與儲熱器之間的熱量循環(huán)。當(dāng)集熱器溫度高于儲熱器時，熱量就通過管道源源不斷地流入水箱或卵石床貯存起來；另一個恒溫器控制儲熱器與房間之間的熱量循環(huán)。當(dāng)房間需要采暖時，恒溫器就打開另一套泵或風(fēng)扇，將熱量抽取上來。利用這種方式，熱量可以被送到指定的任何房間。

3 效益分析

綜合運用以上各項節(jié)能措施后，取得了較理想的節(jié)能效果，大大降低了能耗，總耗電量從占全年的48% ，下降為36% 。其中，良好的圍護結(jié)構(gòu)、保溫措施使系統(tǒng)電耗下降，約占總節(jié)能量的28%；節(jié)能燈具的使用，占總節(jié)能量的11%；地源熱泵系統(tǒng)的使用，約占總節(jié)能量的30%；全熱回收技術(shù)利用，約占總耗能的12%；利用自然通風(fēng)的技術(shù)，使采水泵、采暖、空調(diào)能耗都有所減少，占總節(jié)能量的10%；冷輻射吊頂技術(shù)的運用，約占總節(jié)能量的等節(jié)能9%，見圖2。

圖2 采用各節(jié)能措施后的能耗占比

4 結(jié)論

透過以江蘇某科技館工程綠色節(jié)能設(shè)計的剖析和研究，我們進一步認識了綠色節(jié)能建筑對可持續(xù)發(fā)展的重要作用，認識了綠色節(jié)能建筑對可持續(xù)發(fā)展的重要作用，不僅能節(jié)約資源、保護環(huán)境，而且可以為人們提供健康、適用和高效的使用空間，有利于實現(xiàn)人類持續(xù)、健康、生態(tài)、環(huán)保地發(fā)展。因此，在政府科學(xué)的宏觀調(diào)控、依法行政的技術(shù)保障下，以生態(tài)規(guī)劃作為指導(dǎo)，將城市發(fā)展與自然環(huán)境建立起穩(wěn)定、和諧的共生機制，同時，政府應(yīng)制定、出臺相應(yīng)的設(shè)計標準、驗收規(guī)范、獎勵措施，大力推進綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 張輝，李晨，侯暾.綠色建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2010，（S1）:47-49.

[2] 趙岐華.通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：3.

[3] 中國建筑科學(xué)研究院.綠色建筑在中國的實踐.評價.示例.技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007: 224.

[4]付祥釗，肖益明.建筑節(jié)能原理與技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出社,2008: 218.

[5] 冉茂宇，劉煜.生態(tài)建筑[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2008: 259-265，268-269.

Research on the Energy Saving Design of Green Ecological Building

ZHANG Hong-bo
(School of Urban and Environment Science, Huaiyin Normal University, Huai’an Jiangsu223300)

The green ecological building can save resources, and reduce pollutant emissions, and at the same time, can effectively use renewable energy and clean energy, which can protect the environment and also provide a comfortable and healthy building space for people. Taking a certain Science and Technology Museum as an example, this paper expounds the importance and necessity of energy saving design from air conditioning system, ground source heat pump system and renewable energy application.

green ecological building; building energy saving; sustainable development

TU201.5

A

1671-9654(2017)04-0088-03

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.04.022

2017-09-27

張洪波（1977- ），男，江蘇淮陰人，講師，注冊一級建造師、造價工程師，在讀博士研究生，研究方向為工程項目管理、工程造價。

［編校：楊 琴］