節(jié)能設(shè)計在某建筑工程設(shè)計中的運(yùn)用分析

張濤

（貴陽建筑勘察設(shè)計有限公司，貴陽 550038）

1 引言

建筑業(yè)作為能耗占我國能耗30%的重要行業(yè)，是當(dāng)前節(jié)能減排工作中的重點。隨著我國對建筑節(jié)能工作的不斷重視及節(jié)能技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，我國建筑能耗逐漸降低，且隨著新技術(shù)、新建材的應(yīng)用，建筑使用舒適度也有所提高[1]。

2 國內(nèi)外節(jié)能建筑研究現(xiàn)狀和研究內(nèi)容

現(xiàn)階段，國外專家已對建筑節(jié)能進(jìn)行了大量參數(shù)化研究，Morsy 等[2]以埃及某一教育建筑為例，分析保溫材料類型與厚度對建筑能耗、舒適性的影響，得出在該建筑中應(yīng)用膨脹聚丙烯材料能使建筑達(dá)到最好的保溫節(jié)能效果，應(yīng)用水泥蛭石能使建筑室內(nèi)具有最舒適的環(huán)境。我國建筑節(jié)能研究始于20 世紀(jì)80 年代，與國外研究相似，在最初開展建筑節(jié)能研究時，研究重點主要集中于建筑本體節(jié)能設(shè)計方面，即通過改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、自然通風(fēng)等方式，營造良好的室內(nèi)環(huán)境，減少化石能源的應(yīng)用，從而提升建筑節(jié)能效果。本文針對建筑形體設(shè)計、暖通空調(diào)冷熱源配置方案、給排水節(jié)水措施、電氣節(jié)能措施等方面，探討某超高辦公建筑中的節(jié)能應(yīng)用情況，并對該建筑的全年能耗、自然通風(fēng)節(jié)能潛力進(jìn)行分析。

3 辦公建筑調(diào)研

我國地域遼闊，不同地區(qū)存在較大地形差異。現(xiàn)階段，為使節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于建筑工程并提高其質(zhì)量，可應(yīng)用Morris 敏感性分析方法，對各設(shè)計參數(shù)的建筑能耗影響進(jìn)行分析。通過分析可知，受地形、氣候等因素影響，不同城市或子氣候區(qū)間的設(shè)計參數(shù)對建筑能耗影響存在較大差異，且各參數(shù)對能耗的影響存在顯著的非線性特征。

4 節(jié)能設(shè)計在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用

本文以辦公建筑為例，探討在保證建筑室內(nèi)舒適度的同時，降低該建筑供暖空調(diào)能耗，實現(xiàn)建筑低能耗運(yùn)行的節(jié)能設(shè)計方法。本研究不僅應(yīng)用文獻(xiàn)調(diào)查法對辦公建筑的基本形態(tài)特征信息進(jìn)行收集與分析，還應(yīng)用案例分析法對典型辦公建筑進(jìn)行現(xiàn)場實測，同時應(yīng)用Morris 全局敏感性分析法，對影響建筑節(jié)能效果的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，獲得影響建筑節(jié)能效果的設(shè)計參數(shù)，在為后續(xù)建筑節(jié)能設(shè)計提供參照的同時，減少了參與建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的變量數(shù)量，為建筑節(jié)能效果的強(qiáng)化提供了有效支持。

4.1 項目概況

項目位于貴州某市，用地面積8 523.67 m2，總建筑面積為82 657.05 m2，容積率為7.25，建筑高152 m，共38 層，其中地下3 層，地上35 層。參照建筑設(shè)計單位面積能耗指標(biāo)，得到如圖1 所示的能耗占比分析圖。

圖1 設(shè)計建筑能耗占比分析圖

4.2 節(jié)能專項設(shè)計

在建筑工程設(shè)計階段，為提高工程項目整體節(jié)能水平，在無法有效管控辦公設(shè)備能耗的情況下，設(shè)計人員將節(jié)能設(shè)計重點放在建筑形體與室內(nèi)環(huán)境、節(jié)能熱工設(shè)計、暖通空調(diào)節(jié)能措施等方面。

4.2.1 建筑形體與室內(nèi)環(huán)境

項目位于夏熱冬暖地區(qū)，故在建筑設(shè)計中應(yīng)將被動節(jié)能技術(shù)合理應(yīng)用于建筑形體與室內(nèi)環(huán)境設(shè)計工作中。如圖2 所示的小型氣象站在明確建筑所處區(qū)域日照、采光、通風(fēng)等基礎(chǔ)上，對建筑朝向進(jìn)行有效管控，提高了建筑室內(nèi)采光效果，降低了燈光能耗消耗，減少了室外溫度對室內(nèi)溫度的影響，有助于提升建筑節(jié)能效果[3]。

圖2 小型氣象站

我國建筑朝向大多為坐北朝南，由于該建筑所處區(qū)域為夏熱冬暖地區(qū)，為提升室內(nèi)環(huán)境舒適度，降低室外溫度的影響，故設(shè)計人員在結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)貌及招標(biāo)方對建筑風(fēng)格要求的基礎(chǔ)上，重視自然通風(fēng)與建筑遮陽，以GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)構(gòu)建如圖3 所示的參照模型，通過應(yīng)用舒展通透明面的方式，既提高了建筑整體美觀性及采光、通風(fēng)效果，又降低了室外環(huán)境對建筑內(nèi)部舒適度的影響。

圖3 項目北側(cè)面能耗模型

4.2.2 節(jié)能熱工設(shè)計

在建筑節(jié)能熱工設(shè)計中，選擇墻材、外窗等保溫材料以提升外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效果。在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑外墻砌塊墻結(jié)構(gòu)為200 mm 加氣混凝土+雙面40 mm 砂漿與30 mm混凝土+50 mm 礦棉、巖棉、玻璃棉板+30 mm 保溫砂漿。同時，為提升屋頂隔熱效果，建筑屋頂鋪設(shè)45 mm 擠塑聚苯保溫板。為保證外窗透光率，提升外窗的氣密性與水密性，故外窗設(shè)計為8 mm 較低透光Low-E+8 mm 透明，二者間隔12 mm，其中填充物為空氣。

4.2.3 暖通空調(diào)節(jié)能措施

受項目業(yè)主后期產(chǎn)權(quán)與使用功能的影響，在項目冷熱源機(jī)組選型與方案配置優(yōu)化過程中，需保證1 層、21 層、32 層及33 層具有獨立的空調(diào)系統(tǒng)。空調(diào)冷熱源系統(tǒng)劃分如表1 所示。

表1 空調(diào)系統(tǒng)冷熱源系統(tǒng)形式

該項目不同樓層的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)存在一定的差別。1～4 層末端采用調(diào)動式空調(diào)處理機(jī)組與新風(fēng)機(jī)組結(jié)合的空調(diào)設(shè)計方式；5～9 層與21～33 層采用風(fēng)機(jī)盤管與新風(fēng)機(jī)組結(jié)合的空調(diào)設(shè)計方式。這種空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方式使用的新風(fēng)機(jī)組被設(shè)置于9 層避難層的新風(fēng)機(jī)房內(nèi)。此外，該工程不同樓層的計量方式也存在差別，11～20 層，22～23 層按房間設(shè)置分戶遠(yuǎn)傳計量表，空調(diào)系統(tǒng)處設(shè)置總的計量裝置，冷卻水補(bǔ)水系統(tǒng)與冷凍水處設(shè)置了計量裝置。為有效節(jié)約項目空調(diào)系統(tǒng)能耗，水系統(tǒng)流速設(shè)計應(yīng)用經(jīng)濟(jì)流速，其主管流速范圍為1.8～2.4 m/s。設(shè)計采用水阻合理的閥門、設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)水阻的有效管控，降低了水泵能耗。上述方法使空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的耗電輸冷比在滿足GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》基礎(chǔ)上，較節(jié)能限制降低20%以上。該項目空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)單位風(fēng)量能耗滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，且新風(fēng)機(jī)組應(yīng)用變頻控制技術(shù)，進(jìn)一步降低空調(diào)系統(tǒng)在后續(xù)使用過程中的能耗。項目應(yīng)用的水泵、風(fēng)機(jī)能效滿足GB 19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》及GB 19761—2020《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級》要求。模擬建筑有自然通風(fēng)與無自然通風(fēng)情況下的能耗情況，將模擬結(jié)果與GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》中夏熱冬暖地區(qū)的約束值進(jìn)行比較，可知設(shè)計建筑總能耗約為參照建筑總能耗的88%。數(shù)據(jù)顯示，良好的自然通風(fēng)可提高建筑的節(jié)能效果。建筑暖通空調(diào)對各功能區(qū)的工作狀況均滿足《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》能耗指標(biāo)要求，且較建筑綜合能耗低標(biāo)低12%左右。項目供暖系統(tǒng)末端現(xiàn)場可獨立調(diào)節(jié)，為提升建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適度、安全性，設(shè)計人員在地下室設(shè)置與排風(fēng)機(jī)聯(lián)動的CO 濃度檢測裝置，進(jìn)一步提高建筑室內(nèi)人員的安全[4]。

4.2.4 給排水節(jié)能措施

項目積水水源為城市自來水，當(dāng)?shù)刈詠硭墓┧畨毫?.25 MPa，為了減少供水耗能，在開展給排水系統(tǒng)設(shè)計時，項目對建筑進(jìn)行了分區(qū)供水處理。具體來說，該項目的地下3 層到地上2 層為供水一區(qū)，直接應(yīng)用城市自來水供水系統(tǒng)進(jìn)行供水操作。3 層到頂層又劃分成了5 個供水區(qū)，由安置在地下室的生活變頻機(jī)組進(jìn)行加壓或者加壓后減壓供水服務(wù)。同時，為了實現(xiàn)建筑內(nèi)各層的節(jié)約用水，在設(shè)計過程中，為供水壓力超過0.20 MPa 的給水支管安裝了減壓閥，通過這種設(shè)計方式，不僅實現(xiàn)了城市自來水供水壓力的充分利用，還可以有效控制各層的用水器具，在減少水資源以及供水能源消耗量的同時，提升了用水器具的使用舒適度。同時，為了降低因網(wǎng)管破損造成的水資源浪費現(xiàn)象，在設(shè)計過程中，可以為該項目的水池、水箱安置報警裝置，在發(fā)現(xiàn)水池、水箱出現(xiàn)長時間溢流現(xiàn)象時，及時發(fā)出警報信息，便于工作人員對進(jìn)水閥故障進(jìn)行檢修，在節(jié)約水資源的同時，降低供水系統(tǒng)運(yùn)維管理工作的難度。同時，為了方便計算水費，在設(shè)計過程中，可以為每戶用戶均設(shè)置水表，為后續(xù)水資源使用情況的分析提供有效的支持。

此項目使用的用水器具均為節(jié)水器具，同時，該項目使用的綠化用水采用微灌的形式，并單獨計量綠化用水。此外，該項目的10～20 層為出租辦公區(qū)域，該區(qū)域采用集中熱水系統(tǒng)，生活用水的熱源由空氣源熱泵與冷凝回收機(jī)組提供，并且以季節(jié)以及室外溫度為參照，更換熱源供熱方式。這種供熱方式的應(yīng)用不僅可以滿足該區(qū)域?qū)崃Y源的需要，還有效提升了建筑余熱的利用率，為建筑能源利用率的提升提供有效的支持，推動建筑整體朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。

5 結(jié)語

為保證建筑舒適度并降低建筑能耗，設(shè)計人員應(yīng)用相應(yīng)軟件對項目所處區(qū)域氣候環(huán)境進(jìn)行分析，明確了建筑能耗影響因素，并在設(shè)計中優(yōu)化管理，以實現(xiàn)項目能耗的有效管控。對本項目實際能耗情況進(jìn)行模擬分析可發(fā)現(xiàn)，其自然通風(fēng)調(diào)節(jié)能力、暖通系統(tǒng)工作情況均滿足GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》指標(biāo)要求，但在熱工、機(jī)組能耗、可再生能源應(yīng)用等方面與GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》存在差異，因此，該建筑仍有優(yōu)化潛力。