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(guó)家能源消耗的一個(gè)主要組成部分，其能源消耗約占全國(guó)總能源消耗的30%。隨著國(guó)家逐漸關(guān)注建筑節(jié)能和推動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用，全國(guó)的建筑能源消耗逐步下降，同時(shí)，新技術(shù)和新材料的運(yùn)用，使房屋的舒適性得到了改善。

目前，國(guó)外研究學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了許多關(guān)于節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)分析，例如，Makrygiannis 等[1]針對(duì)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(duì)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(huì)對(duì)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(jì)時(shí)，應(yīng)考慮磚的形狀和熱系數(shù)等因素。我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的研究起步20 世紀(jì)80 年代，目前針對(duì)主體結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)、建筑外觀設(shè)計(jì)、暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)、節(jié)水設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。姚秀敏[2]基于建筑電氣節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)其在節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)中的創(chuàng)新使用方案。孫清梅[3]結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，研究了建筑材料對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)的影響，并提出了合理的應(yīng)用措施。通過(guò)三維模型和方案對(duì)比分析等方法，馮楊晴等[4]分析了建筑外結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)象，首先闡述了節(jié)能設(shè)計(jì)相關(guān)原則，并從建筑外觀和內(nèi)部設(shè)計(jì)、熱工設(shè)計(jì)、暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)及給排水設(shè)計(jì)四個(gè)方面分析了節(jié)能設(shè)計(jì)具體要求，以為類似項(xiàng)目提供參考。

1 節(jié)能設(shè)計(jì)原則

1.1 節(jié)約優(yōu)先原則

在建筑勘探、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)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(shí)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(jì)時(shí)需要對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)施項(xiàng)目施工過(guò)程中，要把以人為本的觀念融入施工項(xiàng)目的策劃和設(shè)計(jì)中。綜合考慮當(dāng)前人民對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)需要，決定下一步的施工方向與動(dòng)作，并且做好對(duì)能量的統(tǒng)籌、設(shè)計(jì)和分配。同時(shí)，也要堅(jiān)持“因地制宜”的方針。也就是說(shuō)，在對(duì)建設(shè)工程進(jìn)行管理的過(guò)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(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行持續(xù)的完善和優(yōu)化，注重對(duì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)的技術(shù)手段的研發(fā)和運(yùn)用。

1.3 與環(huán)境協(xié)調(diào)原則

在項(xiàng)目施工過(guò)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(xiàng)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(shí)到大型、復(fù)雜的項(xiàng)目施工過(guò)程對(duì)能源的特殊要求，基于節(jié)能和推動(dòng)長(zhǎng)期發(fā)展的理念，設(shè)計(jì)和施工單位需建立更為完備的設(shè)計(jì)和施工方案，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)節(jié)能思想的研究，可以得到更加創(chuàng)新實(shí)用的技術(shù)方法，使之能夠在建設(shè)工程中靈活地運(yùn)用，從而有效地解決能耗問(wèn)題，從而使建設(shè)項(xiàng)目的整體施工環(huán)境得到最大程度地改善，推動(dòng)建設(shè)項(xiàng)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(jì)案例分析

本文以某辦公樓為研究對(duì)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(xiàng)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(shí)例研究方法，開(kāi)展代表性寫字樓的實(shí)地測(cè)量，采用相關(guān)靈敏度分析方法，對(duì)會(huì)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(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，為今后的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作提供參考，從而提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)單位按照面積和使用功能計(jì)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(xiàng)設(shè)計(jì)

為了提升整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的節(jié)能程度，設(shè)計(jì)單位在不能對(duì)辦公設(shè)施進(jìn)行有效控制的前提下，把設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)集中到了建筑物外觀和內(nèi)部設(shè)計(jì)、熱工設(shè)計(jì)和暖通系統(tǒng)、給排水設(shè)計(jì)等，在這幾個(gè)方面設(shè)計(jì)節(jié)能措施[6]。

2.2.1 建筑外觀和內(nèi)部設(shè)計(jì)

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(jì)工作中，需要對(duì)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用。通過(guò)對(duì)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(duì)建筑物的朝向做出合理的設(shè)計(jì)，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(xiàng)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(chǎng)圖

因?yàn)楸卷?xiàng)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(duì)內(nèi)部環(huán)境的沖擊，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿足實(shí)際情況和業(yè)主相關(guān)要求的同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注建筑的天然通風(fēng)和遮陽(yáng)效果；所以，基于相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，建立了一個(gè)建筑外觀模型，該模型外立面設(shè)計(jì)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(shí)，減少室外環(huán)境對(duì)室內(nèi)舒適性的不良效果。

2.2.2 建筑熱工設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)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(jì)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(jì)

由于建設(shè)單位的特殊要求和實(shí)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(jì)的時(shí)候，應(yīng)在1、4、5 ～9、21、22 ～33 層安裝與中央空調(diào)區(qū)分開(kāi)的獨(dú)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(dòng)力型空調(diào)系統(tǒng)和新風(fēng)設(shè)備相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案；5 ～9層和21 ～33 層設(shè)計(jì)為風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)系統(tǒng)；該設(shè)計(jì)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(gè)樓層所采用的計(jì)量措施也是不一致的，11 ～23 層均布置了入戶計(jì)量設(shè)備，按照每戶進(jìn)行計(jì)量，在終端布置一個(gè)總計(jì)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(guò)合理布置水力阻擋裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的水阻力的控制，減少了泵的能量消耗。通過(guò)采用該方案，可以在達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)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(guó)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(yùn)行時(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)有和沒(méi)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(duì)比分析得到：設(shè)計(jì)的總體能源消耗值為規(guī)范限制值的88%。這個(gè)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(jì)

本工程以市政自來(lái)水為水源，項(xiàng)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(jì)時(shí)，為降低供水消耗，對(duì)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(jì)為一分區(qū)，該分區(qū)是直接接受自來(lái)水公司的供水；而2 ～33 層分別設(shè)計(jì)了4 個(gè)分區(qū)，是基于生活泵房將水增壓后將各個(gè)分區(qū)的水供應(yīng)到位。

在上述基礎(chǔ)上，針對(duì)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(gè)樓層的節(jié)水效果；此外，該設(shè)計(jì)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(bào)警設(shè)備，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水箱有持續(xù)性溢出情況時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，方便作業(yè)人員對(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)每戶都布置計(jì)量表，便于后期水費(fèi)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(dú)立設(shè)置計(jì)量設(shè)備。

由于10 ～20 層設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)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(gè)建筑的節(jié)能發(fā)展。

3 節(jié)能設(shè)計(jì)展望

3.1 轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)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(jì)思路上進(jìn)行轉(zhuǎn)變。為了更好地與新時(shí)代的社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r相匹配，要充分了解信息技術(shù)在推動(dòng)建筑行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)深度變革中所具有的重大作用，并對(duì)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(shí)際項(xiàng)目中得到運(yùn)用，形成一種先進(jìn)的節(jié)能施工技術(shù)管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和施工方案進(jìn)行優(yōu)化以及基于對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的詳細(xì)分析，從而明確施工過(guò)程各個(gè)階段的建設(shè)指標(biāo)，確保施工設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到一致，減少后期設(shè)計(jì)變更帶來(lái)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(duì)施工過(guò)程的成本進(jìn)行全面的控制，實(shí)現(xiàn)建設(shè)成本測(cè)算與實(shí)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(shí)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(shí)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(duì)整個(gè)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(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全方位的監(jiān)控，以便有效檢測(cè)到潛在的浪費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)，并督促專業(yè)技術(shù)人員對(duì)其重新設(shè)計(jì)及調(diào)配，以達(dá)到對(duì)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(shí)。

3.3 加強(qiáng)施工過(guò)程監(jiān)督

在項(xiàng)目開(kāi)始之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)項(xiàng)目的總體狀況進(jìn)行全面的了解，對(duì)設(shè)計(jì)和施工等各環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)能耗問(wèn)題的地方進(jìn)行詳細(xì)的分析?；趪?guó)家的建設(shè)節(jié)能政策，制定出項(xiàng)目的節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)方案的編制，對(duì)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(dòng)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(jì)原則，結(jié)合實(shí)際案例從四個(gè)方面詳細(xì)分析了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法，得出結(jié)論如下：

（1）在節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)工程地區(qū)實(shí)際的氣象和環(huán)境等因素，識(shí)別出建筑物的影響能源消耗因素，并通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到對(duì)工程能源的高效控制。

（2）建筑外墻和窗戶的選用會(huì)對(duì)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(jì)過(guò)程中，需合理運(yùn)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(jì)中，應(yīng)針對(duì)建筑實(shí)際構(gòu)造采取分區(qū)給水措施，并針對(duì)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。