崔雨銅（甘肅中科宇創(chuàng)建筑科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)建筑的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)受到了人們的重視，其中建筑節(jié)能成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，建筑節(jié)能是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要方向，而高效節(jié)能建筑的推廣和應(yīng)用則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑[1]。隨著我國(guó)建筑節(jié)能從業(yè)人員的不斷深入研究與推廣，技術(shù)人員在建筑節(jié)能方面積累了豐富而又寶貴的經(jīng)驗(yàn)并取得了不錯(cuò)的成果，對(duì)于各種方法和技術(shù)的綜合應(yīng)用有了更深入的了解[2]。本文以某高層辦公建筑為例，從節(jié)能的角度出發(fā)，展開(kāi)設(shè)計(jì)研究。

1 某高層辦公建筑實(shí)例

該建筑為辦公樓建筑，高度50m，地上5層、地下1層（局部2層）。設(shè)計(jì)采暖采用室外供熱制冷系統(tǒng)及室內(nèi)地暖采暖。建筑面積為6382m2，其中辦公面積3842m2。本項(xiàng)目為《中國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中“辦公建筑應(yīng)執(zhí)行集中供熱和末端節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”條款要求建設(shè)的新建、改建、擴(kuò)建辦公建筑。

本建設(shè)項(xiàng)目所在地的平均溫度為25.3℃，夏季最高溫度39.4℃，冬季最低溫度-6.2℃。近兩年采暖期平均溫度18.3℃（全年平均溫度25.6℃）；冬季最高溫度30.8℃（全年平均溫度26.7m2）。

綜合考慮本項(xiàng)目的節(jié)能改造需求，參照《中國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》中的建筑能耗指標(biāo)，設(shè)計(jì)該建筑的節(jié)能參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 建筑節(jié)能參數(shù)設(shè)計(jì)

《中國(guó)可持續(xù)發(fā)展報(bào)告》指出，在未來(lái)10年，我國(guó)將進(jìn)一步推動(dòng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能工作新突破。

目前，該建筑的面積能耗水平較高，造成能源浪費(fèi)較大。從近幾年我國(guó)建筑節(jié)能工作的進(jìn)展來(lái)看，可利用的節(jié)能技術(shù)有很多[3]。其中，應(yīng)用較為廣泛的是建筑熱泵等其他新型供熱、制冷節(jié)能技術(shù)。這些技術(shù)包括太陽(yáng)能加熱、空氣源熱泵等多種應(yīng)用節(jié)能技術(shù)。

2 某高層辦公建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

2.1 照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

為提高該高層辦公建筑的節(jié)能效果，首先從照明系統(tǒng)角度出發(fā)，在控制建筑其他參數(shù)不改變的情況下，在原有基礎(chǔ)上改變照明功率密度，以此達(dá)到降低能耗的效果。在保證辦公建筑內(nèi)部光照強(qiáng)度的前提下，根據(jù)照明功率密度和照度來(lái)決定最小的亮度。其中，照明功率密度與照度之間存在下述關(guān)系：

式中LPD達(dá)標(biāo)照明系統(tǒng)的功率密度；Eav代表照明系統(tǒng)的照度；ηs代表光源處產(chǎn)生的光效；U代表照明系統(tǒng)的利用系數(shù)；K代表高層辦公建筑中對(duì)照明系統(tǒng)的維護(hù)系數(shù)。

結(jié)合公式可以明確，隨著照明功率密度的不斷降低，照明所產(chǎn)生的能耗將隨之降低。在明確這一關(guān)系后，優(yōu)化照明系統(tǒng)的控制方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。在建筑物內(nèi)部進(jìn)行積極的節(jié)能行為，可以有效地減少建筑物的能源消耗，例如在日照充足的情況下，應(yīng)適當(dāng)關(guān)掉一些照明設(shè)備[4]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，照明所消耗的電力約為12%。但是，造成這種現(xiàn)象的原因很多，主要是由于節(jié)能燈普及率不高，社會(huì)對(duì)能源節(jié)約的認(rèn)識(shí)不夠[5]。針對(duì)這一問(wèn)題，可以采取的措施除了對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)之外，還可以對(duì)照明的控制進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)室內(nèi)人數(shù)、室外光線是否充足、室內(nèi)人員的要求來(lái)調(diào)整照明系統(tǒng)的照度、開(kāi)度等，從而減少了不必要的浪費(fèi)。由于軟件的局限性，本文通過(guò)對(duì)建筑各時(shí)段的光照利用率進(jìn)行優(yōu)化。為進(jìn)一步提高照明系統(tǒng)的節(jié)能效果，還可通過(guò)圖1所示的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能控制。

圖1 照明系統(tǒng)智能控制結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)辦公建筑實(shí)際的照度需要，通過(guò)電子技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各個(gè)燈具有機(jī)連接，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)其智能管理和控制，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)其遠(yuǎn)程控制，進(jìn)一步降低能源損耗的可能性。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)高層辦公建筑的空調(diào)能量消耗有很大的影響，其中最重要的是其熱工性能。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能良好，則可有效地減少室內(nèi)與室外之間的熱能量交換，降低部分的能耗均來(lái)自空調(diào)的能耗，對(duì)照明、電氣設(shè)備的消耗不會(huì)產(chǎn)生任何影響[6]。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括外墻、屋頂、外窗和遮陽(yáng)。建筑外墻保溫厚度對(duì)空調(diào)能耗的影響比較顯著，其能耗與外墻換熱系數(shù)的變化趨勢(shì)大致相同，而不采用保溫外墻建筑物的空調(diào)能耗要高于采用外墻保溫的建筑物[7]。針對(duì)不同材料在不同保溫層厚度下的SIR（經(jīng)濟(jì)投資效益比）值進(jìn)行對(duì)比分析，得到如圖2所示的曲線圖。

圖2 不同材料在不同保溫層厚度下的SIR值曲線對(duì)比

隨著保溫材料厚度的增大，其總體變化趨勢(shì)呈逐步下降的趨勢(shì)。從橫向比較可以看出，玻璃棉板材SIR最大，是一種更好的隔熱材料。按照上述相同思路，從經(jīng)濟(jì)性角度分析，厚度為50mm的XPS保溫板為高層辦公建筑最佳的屋頂保溫方案。對(duì)于建筑外遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)置需要結(jié)合高層辦公建筑周圍具體情況進(jìn)行具體分析，以上述建筑項(xiàng)目為例，高層辦公建筑周圍存在與其高度相仿的建筑，則太陽(yáng)輻射對(duì)建筑能耗的影響有限，在綜合考慮遮陽(yáng)成本的情況下不適宜采用建筑外遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

已知上述高層辦公建筑內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以鄰近的一家高層賓館為基礎(chǔ)，與其相鄰的一家高層賓館共用一套冷熱源，并共用一間機(jī)房。由于賓館和本樓都有供冷、供熱、生活用水的需要，所以冷熱源必須能滿足以上兩方面的需要，因此在冷熱源方案中，可選用與賓館同類型的直燃機(jī)[8]。針對(duì)冷熱源的節(jié)能設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加兩臺(tái)直燃機(jī)機(jī)組，并將其與原有機(jī)組共同作為酒店與高層辦公建筑的冷熱源系統(tǒng)。本項(xiàng)目使用的直燃機(jī)是以天然氣為燃料的，天然氣是一種價(jià)格合理、燃燒無(wú)污染的清潔能源，具備節(jié)能條件。在選擇冷熱源方案時(shí)，要根據(jù)精確的負(fù)荷選擇合適的冷熱源。為了避免系統(tǒng)達(dá)到惡劣的運(yùn)行狀態(tài)，通常都要用一個(gè)安全系數(shù)來(lái)確定，以確?？照{(diào)器的容量（制熱冷卻）能夠滿足建筑物的負(fù)載要求?？照{(diào)器的負(fù)載隨著季節(jié)的不同而發(fā)生改變，當(dāng)滿載運(yùn)行的時(shí)間很短時(shí)，熱源消耗降低，熱系數(shù)增大，對(duì)應(yīng)的制冷系數(shù)也隨之增加。在制熱條件下，僅采用高壓發(fā)電機(jī)和蒸發(fā)器（或熱水器）參與工作，在制熱量低時(shí)，高壓發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的蒸氣量會(huì)降低，消耗的燃油也會(huì)降低，熱效率會(huì)有所改善。在選擇冷熱源時(shí)，將其乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，使其在適當(dāng)?shù)木植控?fù)載下工作，從而增加其熱系數(shù)，減少整個(gè)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的能量消耗。

3 實(shí)證分析

針對(duì)本項(xiàng)目的節(jié)能設(shè)計(jì)研究，提出了適合本地區(qū)使用的節(jié)能方案。設(shè)計(jì)中，采用新型輻射供暖系統(tǒng)，通過(guò)增加空氣源熱泵制冷循環(huán)及蓄熱裝置，使建筑有效利用空間內(nèi)的熱量實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。蓄熱裝置主要包括電加熱器、蓄熱片及蓄熱單元三部分，通過(guò)電加熱器為電熱片通電并在電加熱器上蓄熱。根據(jù)空氣源熱泵設(shè)定溫度的不同，在蓄熱單元內(nèi)同時(shí)蓄熱，以達(dá)到更好的節(jié)能效果。通過(guò)對(duì)該區(qū)域使用的空氣源熱泵供暖及蓄熱單元的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與其他地區(qū)的對(duì)比可以看出，該方法對(duì)空氣源熱泵系統(tǒng)能明顯提高采暖的性能優(yōu)勢(shì)：①可顯著減少建筑物供熱能耗；②減少運(yùn)行費(fèi)用；③能提高建筑冬季供暖效果；④減少空調(diào)能耗；⑤提高經(jīng)濟(jì)效益（因此空氣源熱泵供暖可顯著提高該地區(qū)的運(yùn)行效率和節(jié)能水平）；⑤減少供暖能耗；⑥具有顯著社會(huì)效益。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表2。

表2 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

按照上述內(nèi)容，完成建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)比建筑現(xiàn)行照明功率密度限值與建筑目標(biāo)照明功率密度限值，其結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 建筑現(xiàn)行照明功率密度限值與建筑目標(biāo)照明功率密度限值對(duì)比

在此基礎(chǔ)上，對(duì)比建筑節(jié)能設(shè)計(jì)后的能耗情況，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)后的能耗情況/kWh/m2·a

4 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)建筑現(xiàn)行照明功率密度限值與建筑目標(biāo)照明功率密度限值對(duì)比結(jié)果，現(xiàn)行照明功率密度限值可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明設(shè)計(jì)的節(jié)能方案在應(yīng)用中可以滿足建筑照明使用需求。

（2）根據(jù)表3建筑節(jié)能設(shè)計(jì)后的能耗情況，建筑中不同耗能設(shè)備在使用中的能耗顯著低于期望能耗，說(shuō)明設(shè)計(jì)的技術(shù)在應(yīng)用中節(jié)能效果良好。

（3）基于以上研究成果結(jié)合本建筑的特點(diǎn)以及實(shí)際需要提出了以下改進(jìn)建議：①加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)和設(shè)備更新工作的落實(shí)；②加強(qiáng)對(duì)新風(fēng)機(jī)房和風(fēng)機(jī)盤管控制柜內(nèi)的維護(hù)管理；③加強(qiáng)對(duì)地暖管末端的安裝和質(zhì)量的監(jiān)督把關(guān)；④在進(jìn)行上述改造項(xiàng)目時(shí)，要認(rèn)真考慮空氣源熱泵供暖能耗，對(duì)冬季采暖期的影響，并及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，以保證改造工程能實(shí)現(xiàn)較高低溫條件下的取暖效果。