宋影芳

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100043）

0 引言

建筑產(chǎn)業(yè)是國家能源消耗的一個主要組成部分，其能源消耗約占全國總能源消耗的30%。隨著國家逐漸關(guān)注建筑節(jié)能和推動節(jié)能設(shè)計技術(shù)應(yīng)用，全國的建筑能源消耗逐步下降，同時，新技術(shù)和新材料的運用，使房屋的舒適性得到了改善。

目前，國外研究學(xué)者已經(jīng)開展了許多關(guān)于節(jié)能設(shè)計的相關(guān)分析，例如，Makrygiannis 等[1]針對隔墻所用磚的形狀和類型分析了建筑墻體的保溫隔熱性能對建筑整體節(jié)能和舒適性的影響，研究結(jié)果表明：磚的類型會對建筑墻體的隔熱性能產(chǎn)生顯著的影響，在進(jìn)行建筑設(shè)計時，應(yīng)考慮磚的形狀和熱系數(shù)等因素。我國對建筑節(jié)能的研究起步20 世紀(jì)80 年代，目前針對主體結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計、建筑外觀設(shè)計、暖通系統(tǒng)設(shè)計、節(jié)水設(shè)計和電氣系統(tǒng)設(shè)計等多個方面。姚秀敏[2]基于建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)，對其在節(jié)能設(shè)計中的原則進(jìn)行了研究，并給出了該技術(shù)在節(jié)能設(shè)計中的創(chuàng)新使用方案。孫清梅[3]結(jié)合實際項目，研究了建筑材料對于節(jié)能設(shè)計的影響，并提出了合理的應(yīng)用措施。通過三維模型和方案對比分析等方法，馮楊晴等[4]分析了建筑外結(jié)構(gòu)對于能源消耗的作用效果，并給出了外結(jié)構(gòu)節(jié)能施工方案。

本文以某辦公樓為研究對象，首先闡述了節(jié)能設(shè)計相關(guān)原則，并從建筑外觀和內(nèi)部設(shè)計、熱工設(shè)計、暖通系統(tǒng)設(shè)計及給排水設(shè)計四個方面分析了節(jié)能設(shè)計具體要求，以為類似項目提供參考。

1 節(jié)能設(shè)計原則

1.1 節(jié)約優(yōu)先原則

在建筑勘探、設(shè)計、施工和運用階段中，基于使用節(jié)能型材料、電氣設(shè)備、衛(wèi)生潔具和智能化系統(tǒng)，實施建筑節(jié)能規(guī)范，從而強(qiáng)化建筑中節(jié)能設(shè)備的管控；在設(shè)計時需要對建筑的熱工性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而增加供暖制冷、排風(fēng)排水和管路照明等的使用效果；同時還應(yīng)該充分使用新能源，在確保建筑功能性和室內(nèi)環(huán)境舒適度滿足要求的情況下，減少建筑能耗，實現(xiàn)資源充分高效的使用[5]。

1.2 按照科學(xué)發(fā)展原則

在實施項目施工過程中，要把以人為本的觀念融入施工項目的策劃和設(shè)計中。綜合考慮當(dāng)前人民對于建設(shè)項目的現(xiàn)實需要，決定下一步的施工方向與動作，并且做好對能量的統(tǒng)籌、設(shè)計和分配。同時，也要堅持“因地制宜”的方針。也就是說，在對建設(shè)工程進(jìn)行管理的過程中，要根據(jù)地方的氣候特征和建筑行業(yè)的發(fā)展需求，對設(shè)計方案進(jìn)行持續(xù)的完善和優(yōu)化，注重對節(jié)能、環(huán)境保護(hù)的技術(shù)手段的研發(fā)和運用。

1.3 與環(huán)境協(xié)調(diào)原則

在項目施工過程中，必須貫徹“人與自然”相結(jié)合的原則。應(yīng)注意處理好建設(shè)項目與生態(tài)環(huán)境的相互影響，使人與自然和諧發(fā)展。此外，需充分認(rèn)識到大型、復(fù)雜的項目施工過程對能源的特殊要求，基于節(jié)能和推動長期發(fā)展的理念，設(shè)計和施工單位需建立更為完備的設(shè)計和施工方案，在此基礎(chǔ)上，通過對節(jié)能思想的研究，可以得到更加創(chuàng)新實用的技術(shù)方法，使之能夠在建設(shè)工程中靈活地運用，從而有效地解決能耗問題，從而使建設(shè)項目的整體施工環(huán)境得到最大程度地改善，推動建設(shè)項目的平穩(wěn)進(jìn)行，并提升總體施工質(zhì)量。

2 節(jié)能設(shè)計案例分析

本文以某辦公樓為研究對象，分析了如何在確保建筑內(nèi)部舒適性的前提下，減少其采暖與空調(diào)的能量消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。本項目擬采用文獻(xiàn)調(diào)研方法，采集并解析辦公樓的形式特性；并采用實例研究方法，開展代表性寫字樓的實地測量，采用相關(guān)靈敏度分析方法，對會導(dǎo)致節(jié)能效果降低的主要因素的靈敏度進(jìn)行分析，以得到相關(guān)的設(shè)計指標(biāo)數(shù)據(jù)，為今后的建筑節(jié)能設(shè)計工作提供參考，從而提高建筑節(jié)能設(shè)計水平和減少建筑能效。

2.1 工程概述

本辦公樓總占地面積達(dá)到了8 523.67m2，建筑面積達(dá)到了82 657.05m2，容積率設(shè)計為7.25；建筑層數(shù)為35 層，地上和地下分別為33 層和2 層，總建筑高度達(dá)到了150m。圖1 表示為設(shè)計單位按照面積和使用功能計算得到了能源消耗分析占比圖。

圖1 能源消耗分析占比圖

2.2 專項設(shè)計

為了提升整個建設(shè)項目的節(jié)能程度，設(shè)計單位在不能對辦公設(shè)施進(jìn)行有效控制的前提下，把設(shè)計關(guān)鍵點集中到了建筑物外觀和內(nèi)部設(shè)計、熱工設(shè)計和暖通系統(tǒng)、給排水設(shè)計等，在這幾個方面設(shè)計節(jié)能措施[6]。

2.2.1 建筑外觀和內(nèi)部設(shè)計

本工程地處夏季炎熱、冬季溫暖的區(qū)域，在建筑外觀和內(nèi)部的設(shè)計工作中，需要對被動式節(jié)能技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\用。通過對建筑物所在區(qū)域的光照、采光、通風(fēng)等參數(shù)的確定，可以對建筑物的朝向做出合理的設(shè)計，從而改善建筑物的內(nèi)部采光，減少照明能源的損耗，降低建筑內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生的不良作用，從而促進(jìn)建筑的節(jié)能，圖2 為項目設(shè)置的相關(guān)參數(shù)采集站。

圖2 參數(shù)采集站現(xiàn)場圖

因為本項目處于夏熱冬暖的區(qū)域，為提高室內(nèi)舒適性和減少室外氣溫對內(nèi)部環(huán)境的沖擊，在設(shè)計過程中需要滿足實際情況和業(yè)主相關(guān)要求的同時，重點關(guān)注建筑的天然通風(fēng)和遮陽效果；所以，基于相關(guān)設(shè)計規(guī)范，建立了一個建筑外觀模型，該模型外立面設(shè)計為透明狀，這樣可以在改善建筑物的總體美感和采光通風(fēng)效果的同時，減少室外環(huán)境對室內(nèi)舒適性的不良效果。

2.2.2 建筑熱工設(shè)計

通過對外墻、窗戶等隔熱材料的選用，以達(dá)到提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效果的目的。在本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外墻的設(shè)計從內(nèi)至外分別為200mm 厚加氣塊、雙層40mm 厚砂漿墊層、50mm 厚墻面巖棉板、30mm 厚面層隔熱砂漿；此外，為了提高屋面的保溫性能，在屋面上采用了擠塑板，其鋪設(shè)厚度達(dá)到了100mm；外窗玻璃厚度采用8mm 的雙層Low-E 型低透光玻璃，層間隙為12mm，以此確保外窗透光率、氣密性滿足要求。

2.2.3 暖通系統(tǒng)設(shè)計

由于建設(shè)單位的特殊要求和實際功能的影響，在進(jìn)行冷熱源設(shè)備選擇和優(yōu)化設(shè)計的時候，應(yīng)在1、4、5 ～9、21、22 ～33 層安裝與中央空調(diào)區(qū)分開的獨立空調(diào)。表1 展示了設(shè)備系統(tǒng)的形式。

表1 設(shè)備系統(tǒng)形式列表

由表1 可以看出，各層的空調(diào)系統(tǒng)有明顯的區(qū)別。1 ～4層終端為動力型空調(diào)系統(tǒng)和新風(fēng)設(shè)備相結(jié)合的設(shè)計方案；5 ～9層和21 ～33 層設(shè)計為風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)系統(tǒng)；該設(shè)計方案是將新風(fēng)設(shè)備布置在樓層中的新風(fēng)機(jī)房中。另外，各個樓層所采用的計量措施也是不一致的，11 ～23 層均布置了入戶計量設(shè)備，按照每戶進(jìn)行計量，在終端布置一個總計量設(shè)備。

為了更好地節(jié)省空調(diào)能源消耗，本工程的供水速度采用了經(jīng)濟(jì)流量，主要流量控制在1.8 ～2.4m/s 之間。通過合理布置水力阻擋裝置，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的水阻力的控制，減少了泵的能量消耗。通過采用該方案，可以在達(dá)到節(jié)能設(shè)計規(guī)范需求前提下，將能耗至少減少20%。此外，空調(diào)通風(fēng)和新風(fēng)設(shè)備消耗指標(biāo)都符合國家節(jié)能規(guī)范要求，并且新風(fēng)設(shè)備還采用了變頻技術(shù)，從而更好地減少了后期運行時的能耗。

工程所采用的水泵和風(fēng)機(jī)能源消耗指標(biāo)能夠符合涉及水泵和通風(fēng)機(jī)組能效的國家標(biāo)準(zhǔn)要求并對其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。通過對有和沒有自然通風(fēng)兩種工況的室內(nèi)能源消耗進(jìn)行仿真分析，并將結(jié)構(gòu)和建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)中的相同地區(qū)的限制值對比分析得到：設(shè)計的總體能源消耗值為規(guī)范限制值的88%。這個數(shù)據(jù)表明采用合理的自然通風(fēng)方式可以有效地降低建筑物的能耗。

2.2.4 給排水設(shè)計

本工程以市政自來水為水源，項目所在地供水壓力大約在0.25 MPa，在進(jìn)行給水管網(wǎng)設(shè)計時，為降低供水消耗，對建筑物采取了分區(qū)給水措施。例如，地下室3 層～地上1 層設(shè)計為一分區(qū)，該分區(qū)是直接接受自來水公司的供水；而2 ～33 層分別設(shè)計了4 個分區(qū)，是基于生活泵房將水增壓后將各個分區(qū)的水供應(yīng)到位。

在上述基礎(chǔ)上，針對供水壓力大于0.20 MPa 的給水管設(shè)置減壓閥門，從而提高各個樓層的節(jié)水效果；此外，該設(shè)計還能夠提高用水設(shè)備的舒適性。在本工程中，還可以在水箱等中安裝報警設(shè)備，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水箱有持續(xù)性溢出情況時，就會發(fā)出報警信號，方便作業(yè)人員對閥門的損壞的部位進(jìn)行維修；這樣既節(jié)省了水源，又減少了供水系統(tǒng)維護(hù)和管理的困難。另外，在設(shè)計時應(yīng)每戶都布置計量表，便于后期水費的核算和水資源使用分析。本工程中所用的器具都屬于節(jié)水型，而室外綠化澆灌則微噴灌的方式進(jìn)行，并獨立設(shè)置計量設(shè)備。

由于10 ～20 層設(shè)計為寫字樓為出租部分，該部分使用了中央供暖系統(tǒng)，其水熱源主要基于空氣源泵組和冷凝回收機(jī)組，同時根據(jù)季節(jié)和室外氣溫，選擇合適的熱源供應(yīng)形式。該形式既需要能夠解決本地區(qū)對于熱能的需求，又能夠提高建筑多余熱量的使用率，從而提高建筑的能源使用效率，促進(jìn)整個建筑的節(jié)能發(fā)展。

3 節(jié)能設(shè)計展望

3.1 轉(zhuǎn)變設(shè)計思路

在目前的建設(shè)行業(yè)中，應(yīng)將節(jié)能觀念很好地應(yīng)用到工程施工中去，并持續(xù)地改進(jìn)施工技術(shù)，這就需要在設(shè)計思路上進(jìn)行轉(zhuǎn)變。為了更好地與新時代的社會發(fā)展?fàn)顩r相匹配，要充分了解信息技術(shù)在推動建筑行業(yè)全面實現(xiàn)深度變革中所具有的重大作用，并對目前較為智能的技術(shù)軟件以及各種技術(shù)方法進(jìn)行了充分的整合；此類信息化技術(shù)可以很好地在實際項目中得到運用，形成一種先進(jìn)的節(jié)能施工技術(shù)管理系統(tǒng)。通過對設(shè)計圖紙和施工方案進(jìn)行優(yōu)化以及基于對相關(guān)設(shè)計參數(shù)的詳細(xì)分析，從而明確施工過程各個階段的建設(shè)指標(biāo)，確保施工設(shè)計方案與現(xiàn)場達(dá)到一致，減少后期設(shè)計變更帶來的二次施工，從而很好地降低了能源的消耗。

3.2 現(xiàn)代化技術(shù)管控

基于信息化技術(shù)作為基礎(chǔ)，可以對施工過程的成本進(jìn)行全面的控制，實現(xiàn)建設(shè)成本測算與實際施工成本進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使其能夠在進(jìn)行系統(tǒng)分析時有效地找出超支的部分，并在此基礎(chǔ)上，編制一套更加切實可行的成本管理方案，將該方案與現(xiàn)代化技術(shù)相結(jié)合，從而對整個施工全周期進(jìn)行全面的管控；此外，應(yīng)構(gòu)建完善且精細(xì)化的管控體系，對項目現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全方位的監(jiān)控，以便有效檢測到潛在的浪費風(fēng)險，并督促專業(yè)技術(shù)人員對其重新設(shè)計及調(diào)配，以達(dá)到對能源消耗的管控。更重要的是，在節(jié)能理念的支撐下，要注意加強(qiáng)建筑企業(yè)內(nèi)部有關(guān)人員的整體素質(zhì)教育，增強(qiáng)他們的節(jié)能意識。

3.3 加強(qiáng)施工過程監(jiān)督

在項目開始之前，應(yīng)當(dāng)對項目的總體狀況進(jìn)行全面的了解，對設(shè)計和施工等各環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)能耗問題的地方進(jìn)行詳細(xì)的分析。基于國家的建設(shè)節(jié)能政策，制定出項目的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，并注重工程建設(shè)全周期能耗的管控；此外，還應(yīng)該加強(qiáng)工程各方建設(shè)主體的溝通，共同制定節(jié)能設(shè)計方案的編制，對建筑施工技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)性的改進(jìn)與優(yōu)化，以節(jié)能理念為基礎(chǔ)，推動建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)論

本文基于節(jié)能設(shè)計原則，結(jié)合實際案例從四個方面詳細(xì)分析了建筑節(jié)能設(shè)計方法，得出結(jié)論如下：

（1）在節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)針對工程地區(qū)實際的氣象和環(huán)境等因素，識別出建筑物的影響能源消耗因素，并通過對其進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到對工程能源的高效控制。

（2）建筑外墻和窗戶的選用會對圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效果產(chǎn)生影響，因此，應(yīng)選用巖棉板及擠塑板等保溫材料，并采用合理的玻璃以滿足功能需求。

（3）在設(shè)計過程中，需合理運用建筑的自然通風(fēng)；根據(jù)使用功能合理選擇空調(diào)系統(tǒng)，并合理布置水力阻擋裝置，控制供水速度，以達(dá)到最低能耗的目的。

（4）在給排水設(shè)計中，應(yīng)針對建筑實際構(gòu)造采取分區(qū)給水措施，并針對供水壓力較大的管道設(shè)置減壓閥門，此外，用水設(shè)備應(yīng)選擇節(jié)水型。