何文， 方振華

（中建新疆建工土木工程有限公司）

1 引言

我國建筑行業(yè)的能耗已經(jīng)占據(jù)了全國能耗的30%左右，所以建筑節(jié)能理念和可持續(xù)發(fā)展之間存在著非常密切的關(guān)聯(lián)。特別是從整個社會的能耗狀況來看，近年來的各類新建筑能耗不斷提升，改善建筑行業(yè)內(nèi)部能源利用率過低的現(xiàn)狀對于社會經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。

2 現(xiàn)代建筑的設(shè)計與能耗特征

2.1 建筑特征

從目前的商業(yè)建筑或是民用建筑運作模式來看，建筑規(guī)模越來越大，滿足了更多人的生活需求。以常見的商業(yè)建筑為例，商業(yè)建筑已經(jīng)從單純的購物休閑建筑轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ軓?fù)雜多樣的一體型建筑，所以建筑能耗構(gòu)成相對復(fù)雜且能耗較高，但也正因如此，整棟建筑具有良好的節(jié)能潛力。對于現(xiàn)代建筑而言，能耗最高的部分無疑是電能消耗，照明系統(tǒng)又占其中之最。盡管現(xiàn)代建筑的平面布局變得更加緊湊，但從節(jié)能的角度來看，導(dǎo)致建筑能耗過高的原因，是因為對可再生能源的使用缺乏重視。從短期效應(yīng)來看，舍棄可再生能源的應(yīng)用是為了節(jié)省短期成本，但長期來看，由于不能從建筑層面提供能源減耗配置，在運行管理方面必然存在不同程度的缺陷。

2.2 綠色建筑開始成為發(fā)展趨勢

綠色建筑并不簡單指的是普通綠化，而是指建筑對環(huán)境的影響被控制在最小水平，并充分利用現(xiàn)階段的自然資源，在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下為人們提供基本的空間需求。目前的綠色建筑始終遵循可持續(xù)發(fā)展原則和平衡理念，在傳統(tǒng)的建筑優(yōu)勢基礎(chǔ)上，結(jié)合能源利用和智能化控制為一體，充分展現(xiàn)出環(huán)境保護和技術(shù)創(chuàng)新層面的和諧統(tǒng)一[1]。

3 建筑節(jié)能環(huán)保設(shè)計當中的新技術(shù)和新材料應(yīng)用

3.1 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計中必須要考慮的關(guān)鍵。在某些氣候炎熱的區(qū)域，自然通風(fēng)房間和空調(diào)房間都要考慮建筑隔熱，否則會導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高或空調(diào)系統(tǒng)負荷過大。與此同時，室內(nèi)生產(chǎn)或生活產(chǎn)生的熱量要通過通風(fēng)的方式排放，用于改善室內(nèi)的微氣候。從當前的建筑類型來看，建筑標準層面積相對較大，無論是商用建筑還是民用建筑的屋頂，都采用平屋頂形式，從屋面?zhèn)魅虢ㄖ覂?nèi)的太陽輻射相對較高。鋼筋混凝土樓板與防水層結(jié)構(gòu)的配置，使得大部分建筑都沒有設(shè)立專門的保溫層。按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》的相關(guān)要求。外部圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備一定的蓄熱特性，屋面吸收太陽輻射后并不直接傳入室內(nèi)，而是經(jīng)過屋頂材料吸收再轉(zhuǎn)變?yōu)槟芡ㄟ^材料傳輸?shù)臒崃?。除此以外，考慮到熱量的對流輻射形式，并不是馬上體現(xiàn)在室內(nèi)空氣環(huán)境當中，所以除屋頂構(gòu)造之外，還要考慮墻體構(gòu)造。

以常見的鋼混結(jié)構(gòu)為例，仍然要按照公共建筑節(jié)能設(shè)計標準的技術(shù)要求控制墻體傳熱系數(shù)。過高的墻體傳熱系數(shù)會直接導(dǎo)致墻體的保溫隔熱性能下降，導(dǎo)致夏季區(qū)域內(nèi)部空氣過熱，室內(nèi)熱物理環(huán)境惡劣。對此需根據(jù)不同的墻體材料確定對應(yīng)的太陽輻射和傳入室內(nèi)的空氣溫度[2]。

門窗也是圍護結(jié)構(gòu)的重要組成部分，一般情況下，現(xiàn)代建筑的門窗整體節(jié)能性能都比較良好，也是外圍護結(jié)構(gòu)當中質(zhì)量相對穩(wěn)定的部分。因為門窗的傳熱過程比較簡單，僅僅涉及構(gòu)件導(dǎo)熱。以外窗為例，外窗的傳熱系數(shù)一般都小于相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定閾值，因此可考慮使用存在節(jié)能功能的外窗保障窗戶構(gòu)造的熱工性能，使室外的太陽輻射能夠在一定阻擋之后再進入室內(nèi)，防止室內(nèi)空氣加熱速度過快，提高空調(diào)能耗。

3.2 能源系統(tǒng)

能源系統(tǒng)是當前節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的整合組成部分，目前的建筑大多采用溫濕獨立控制系統(tǒng)，通過獨立調(diào)節(jié)熱濕比等參數(shù)，滿足不同區(qū)域的溫度和濕度，克服傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中難以同時滿足溫度和濕度要求的情況。特別是對商用建筑而言，還會涉及智能控制系統(tǒng)的使用，按照智能節(jié)能技術(shù)和材料的集成優(yōu)化思路，可以設(shè)置專門的能源設(shè)備系統(tǒng)、水資源利用系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)等。在部分建筑當中還會配置相應(yīng)的備用能源，實現(xiàn)光對電或風(fēng)對電等多種形式的綜合利用，即便在室外溫度較高或較低時，也可以持續(xù)對室內(nèi)環(huán)境進行綜合調(diào)整，以滿足建筑能耗要求[3]。智能控制系統(tǒng)主要針對大型商用建筑，相關(guān)人員可以直接通過系統(tǒng)分析動態(tài)能耗，改變設(shè)備管理模式。

3.3 被動通風(fēng)系統(tǒng)

被動通風(fēng)系統(tǒng)本質(zhì)上是被動自然通風(fēng)系統(tǒng)，是在綜合分析我國部分特殊區(qū)域的氣候條件基礎(chǔ)上。充分利用室外空氣帶走室內(nèi)余熱或余濕，減少空調(diào)的使用時間，降低能耗，但本身不影響室內(nèi)環(huán)境的舒適度。從被動通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計原則來看，假設(shè)在溫度比較炎熱的夏季，則室外空氣溫度遠遠高于人體的舒適溫度，單純靠室內(nèi)的墻體制冷量已經(jīng)無法滿足溫度要求，對此需采用主動空調(diào)形式，而不是完全依靠被動通風(fēng)系統(tǒng)。但是，在外部氣候相對溫和的時間段，則室外空氣溫度較低，那么就可以大量引入外部冷空氣帶走建筑物內(nèi)的熱空氣。在夜間溫度非常低時，外部空氣溫度遠遠低于室內(nèi)溫度，引入外部空氣可以直接冷卻室內(nèi)的墻體，樓板等多重圍護結(jié)構(gòu)，讓墻體溫度大幅下降，減少室內(nèi)光照而導(dǎo)致的溫度過高。設(shè)計階段，會根據(jù)實際自然通風(fēng)狀態(tài)下的人體熱舒適水平和熱舒適時間段評估自然通風(fēng)的時效性和總時長配置。

需要注意的是，在商用建筑和民用建筑的通風(fēng)配置方面會存在比較明顯的差異，因為商用建筑和民用建筑的使用時間段有區(qū)別。商用建筑的高頻率使用時間是日間上班時間，而民用建筑的高頻率使用時間則是夜間。但無論處于哪一時間段，都需要考慮通過排風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)外溫度[4]。

3.4 可再生能源系統(tǒng)

這里所指的能源系統(tǒng)指的是可再生能源系統(tǒng)，包括太陽能光電系統(tǒng)、風(fēng)能系統(tǒng)和日光照明系統(tǒng)三個部分。

在太陽能光電系統(tǒng)的配置過程當中，會選擇對應(yīng)的太陽能電池組件，設(shè)置好開路電壓、短路電流、工作電壓和系統(tǒng)電壓等多個方面的參數(shù)。

風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)在當前的商用建筑或民用建筑當中應(yīng)用頻率較低，但是在一些大型公共建筑方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。

日光照明系統(tǒng)則要考慮到具體的房間光照要求，讓照明系統(tǒng)在絕大多數(shù)氣象條件下都能保持穩(wěn)定的工作模式，尤其是給室內(nèi)提供足夠的日間或夜間照明[5]。

在部分情況下，能源設(shè)備系統(tǒng)還要考慮整個建筑的暖通空調(diào)以及節(jié)能配置要求。若新風(fēng)設(shè)計不能滿足具體的技術(shù)標準，那么就會導(dǎo)致新風(fēng)盲區(qū)的出現(xiàn)，影響人員舒適度或造成空調(diào)結(jié)露。因此在后期的建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，可以考慮在新風(fēng)管路上安裝對應(yīng)的定風(fēng)量閥，定風(fēng)量決定新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計。對于一些使用頻率很高的室內(nèi)環(huán)境，那么則需要調(diào)整電動風(fēng)閥以增加新風(fēng)送風(fēng)量，同時也能預(yù)防結(jié)露現(xiàn)象（部分高標準建筑可以安裝冷吊頂單元或吊頂式誘導(dǎo)器）（見圖1）。

圖1 首都國際機場T3航站樓應(yīng)用新型康平吊頂輻射板

4 建筑節(jié)能環(huán)保設(shè)計發(fā)展策略

4.1 綠色施工體系建設(shè)

綠色施工體系建設(shè)是今后建筑節(jié)能環(huán)保設(shè)計發(fā)展階段的最主要策略，涉及多個專業(yè)和多學(xué)科知識的深度融合。從具體的環(huán)境方面看，需要做好環(huán)境保護和污染預(yù)防，減少資源消耗和廢棄物的產(chǎn)生，重點監(jiān)督環(huán)境行為，并宣傳環(huán)境保護方針策略。與此同時，企業(yè)所采取的各項建筑節(jié)能措施都需要以節(jié)能環(huán)保方面的法律法規(guī)作為參考依據(jù)，控制污水排放、控制光污染、控制固體廢棄物排放、控制現(xiàn)場揚塵等[6]。最后則要根據(jù)不同的施工階段，從人員配置等方面做好詳細安排，尤其是要針對各類環(huán)境事故突發(fā)事件做好應(yīng)急處理措施和檢查糾正措施。

4.2 節(jié)能建筑管理模式

節(jié)能建筑管理模式可以借助信息化平臺提升管理水平和服務(wù)質(zhì)量，在各類設(shè)備的使用過程中監(jiān)督系統(tǒng)運行參數(shù)，實現(xiàn)節(jié)約能源，改善自然環(huán)境和生活環(huán)境的最終目的。如水資源配置，按照合理利用水資源的具體要求，制定相應(yīng)的節(jié)水方案和用水方案，完善建筑內(nèi)部的節(jié)水運行機制。對于一些綠化要求較高的建筑來說，還可以考慮使用自然植物提升空氣質(zhì)量、增加濕度、凈化空氣等。

4.3 新能源技術(shù)的綜合應(yīng)用

新能源技術(shù)主要包括前文提到的風(fēng)能、地?zé)崮芎吞柲艿?，而當前?yīng)用比較廣泛的就是太陽能，例如太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱水器等。在未來的光電設(shè)計領(lǐng)域，可以考慮將太陽能光電技術(shù)和建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計等項目進行融合，將建筑物從單純的耗能型轉(zhuǎn)換為功能型。

5 結(jié)語

節(jié)能環(huán)保設(shè)計中的新技術(shù)和新材料應(yīng)用將直接關(guān)系到今后建筑行業(yè)的發(fā)展過程。實際上現(xiàn)有的節(jié)能環(huán)保設(shè)計是為了讓建筑理念更加合理，在簡潔的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和低能耗，在控制成本和控制能耗的過程中尋找平衡。