暖通節能設計在某建筑工程設計中的運用分析

宋影芳

（中鐵建設集團有限公司，北京 100043）

0 引言

建筑產業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%。隨著國家逐漸關注建筑節能和推動節能設計技術應用，全國的建筑能源消耗逐步下降，同時，新技術和新材料的運用，使房屋的舒適性得到了改善。

目前，國外研究學者已經開展了許多關于節能設計的相關分析，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能和舒適性的影響，研究結果表明：磚的類型會對建筑墻體的隔熱性能產生顯著的影響，在進行建筑設計時，應考慮磚的形狀和熱系數等因素。我國對建筑節能的研究起步20 世紀80 年代，目前針對主體結構的節能設計、建筑外觀設計、暖通系統設計、節水設計和電氣系統設計等多個方面。姚秀敏[2]基于建筑電氣節能創新技術，對其在節能設計中的原則進行了研究，并給出了該技術在節能設計中的創新使用方案。孫清梅[3]結合實際項目，研究了建筑材料對于節能設計的影響，并提出了合理的應用措施。通過三維模型和方案對比分析等方法，馮楊晴等[4]分析了建筑外結構對于能源消耗的作用效果，并給出了外結構節能施工方案。

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

1 節能設計原則

1.1 節約優先原則

在建筑勘探、設計、施工和運用階段中，基于使用節能型材料、電氣設備、衛生潔具和智能化系統，實施建筑節能規范，從而強化建筑中節能設備的管控；在設計時需要對建筑的熱工性能進行詳細的分析，從而增加供暖制冷、排風排水和管路照明等的使用效果；同時還應該充分使用新能源，在確保建筑功能性和室內環境舒適度滿足要求的情況下，減少建筑能耗，實現資源充分高效的使用[5]。

1.2 按照科學發展原則

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計中。綜合考慮當前人民對于建設項目的現實需要，決定下一步的施工方向與動作，并且做好對能量的統籌、設計和分配。同時，也要堅持“因地制宜”的方針。也就是說，在對建設工程進行管理的過程中，要根據地方的氣候特征和建筑行業的發展需求，對設計方案進行持續的完善和優化，注重對節能、環境保護的技術手段的研發和運用。

1.3 與環境協調原則

在項目施工過程中，必須貫徹“人與自然”相結合的原則。應注意處理好建設項目與生態環境的相互影響，使人與自然和諧發展。此外，需充分認識到大型、復雜的項目施工過程對能源的特殊要求，基于節能和推動長期發展的理念，設計和施工單位需建立更為完備的設計和施工方案，在此基礎上，通過對節能思想的研究，可以得到更加創新實用的技術方法，使之能夠在建設工程中靈活地運用，從而有效地解決能耗問題，從而使建設項目的整體施工環境得到最大程度地改善，推動建設項目的平穩進行，并提升總體施工質量。

2 節能設計案例分析

本文以某辦公樓為研究對象，分析了如何在確保建筑內部舒適性的前提下，減少其采暖與空調的能量消耗，達到節能的目的。本項目擬采用文獻調研方法，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，采用相關靈敏度分析方法，對會導致節能效果降低的主要因素的靈敏度進行分析，以得到相關的設計指標數據，為今后的建筑節能設計工作提供參考，從而提高建筑節能設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到了8 523.67m2，建筑面積達到了82 657.05m2，容積率設計為7.25；建筑層數為35 層，地上和地下分別為33 層和2 層，總建筑高度達到了150m。圖1 表示為設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 專項設計

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

2.2.1 建筑外觀和內部設計

本工程地處夏季炎熱、冬季溫暖的區域，在建筑外觀和內部的設計工作中，需要對被動式節能技術進行適當的運用。通過對建筑物所在區域的光照、采光、通風等參數的確定，可以對建筑物的朝向做出合理的設計，從而改善建筑物的內部采光，減少照明能源的損耗，降低建筑內外溫差較大而產生的不良作用，從而促進建筑的節能，圖2 為項目設置的相關參數采集站。

圖2 參數采集站現場圖

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

2.2.2 建筑熱工設計

通過對外墻、窗戶等隔熱材料的選用，以達到提高圍護結構節能效果的目的。在本工程圍護結構中，外墻的設計從內至外分別為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，其鋪設厚度達到了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 暖通系統設計

由于建設單位的特殊要求和實際功能的影響，在進行冷熱源設備選擇和優化設計的時候，應在1、4、5 ～9、21、22 ～33 層安裝與中央空調區分開的獨立空調。表1 展示了設備系統的形式。

表1 設備系統形式列表

由表1 可以看出，各層的空調系統有明顯的區別。1 ～4層終端為動力型空調系統和新風設備相結合的設計方案；5 ～9層和21 ～33 層設計為風機盤管和新風系統；該設計方案是將新風設備布置在樓層中的新風機房中。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備，按照每戶進行計量，在終端布置一個總計量設備。

為了更好地節省空調能源消耗，本工程的供水速度采用了經濟流量，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，實現了對系統的水阻力的控制，減少了泵的能量消耗。通過采用該方案，可以在達到節能設計規范需求前提下，將能耗至少減少20%。此外，空調通風和新風設備消耗指標都符合國家節能規范要求，并且新風設備還采用了變頻技術，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機能源消耗指標能夠符合涉及水泵和通風機組能效的國家標準要求并對其進行了優化設計。通過對有和沒有自然通風兩種工況的室內能源消耗進行仿真分析，并將結構和建筑能耗標準中的相同地區的限制值對比分析得到：設計的總體能源消耗值為規范限制值的88%。這個數據表明采用合理的自然通風方式可以有效地降低建筑物的能耗。

2.2.4 給排水設計

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，在進行給水管網設計時，為降低供水消耗，對建筑物采取了分區給水措施。例如，地下室3 層～地上1 層設計為一分區，該分區是直接接受自來水公司的供水；而2 ～33 層分別設計了4 個分區，是基于生活泵房將水增壓后將各個分區的水供應到位。

在上述基礎上，針對供水壓力大于0.20 MPa 的給水管設置減壓閥門，從而提高各個樓層的節水效果；此外，該設計還能夠提高用水設備的舒適性。在本工程中，還可以在水箱等中安裝報警設備，當發現水箱有持續性溢出情況時，就會發出報警信號，方便作業人員對閥門的損壞的部位進行維修；這樣既節省了水源，又減少了供水系統維護和管理的困難。另外，在設計時應每戶都布置計量表，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水型，而室外綠化澆灌則微噴灌的方式進行，并獨立設置計量設備。

由于10 ～20 層設計為寫字樓為出租部分，該部分使用了中央供暖系統，其水熱源主要基于空氣源泵組和冷凝回收機組，同時根據季節和室外氣溫，選擇合適的熱源供應形式。該形式既需要能夠解決本地區對于熱能的需求，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，促進整個建筑的節能發展。

3 節能設計展望

3.1 轉變設計思路

在目前的建設行業中，應將節能觀念很好地應用到工程施工中去，并持續地改進施工技術，這就需要在設計思路上進行轉變。為了更好地與新時代的社會發展狀況相匹配，要充分了解信息技術在推動建筑行業全面實現深度變革中所具有的重大作用，并對目前較為智能的技術軟件以及各種技術方法進行了充分的整合；此類信息化技術可以很好地在實際項目中得到運用，形成一種先進的節能施工技術管理系統。通過對設計圖紙和施工方案進行優化以及基于對相關設計參數的詳細分析，從而明確施工過程各個階段的建設指標，確保施工設計方案與現場達到一致，減少后期設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 現代化技術管控

基于信息化技術作為基礎，可以對施工過程的成本進行全面的控制，實現建設成本測算與實際施工成本進行關聯，使其能夠在進行系統分析時有效地找出超支的部分，并在此基礎上，編制一套更加切實可行的成本管理方案，將該方案與現代化技術相結合，從而對整個施工全周期進行全面的管控；此外，應構建完善且精細化的管控體系，對項目現場作業環境進行全方位的監控，以便有效檢測到潛在的浪費風險，并督促專業技術人員對其重新設計及調配，以達到對能源消耗的管控。更重要的是，在節能理念的支撐下，要注意加強建筑企業內部有關人員的整體素質教育，增強他們的節能意識。

3.3 加強施工過程監督

在項目開始之前，應當對項目的總體狀況進行全面的了解，對設計和施工等各環節容易出現能耗問題的地方進行詳細的分析。基于國家的建設節能政策，制定出項目的節能設計目標，并注重工程建設全周期能耗的管控；此外，還應該加強工程各方建設主體的溝通，共同制定節能設計方案的編制，對建筑施工技術系統進行持續性的改進與優化，以節能理念為基礎，推動建筑行業的高質量發展。

4 結論

本文基于節能設計原則，結合實際案例從四個方面詳細分析了建筑節能設計方法，得出結論如下：

（1）在節能設計中，應針對工程地區實際的氣象和環境等因素，識別出建筑物的影響能源消耗因素，并通過對其進行優化，達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結構節能效果產生影響，因此，應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）在設計過程中，需合理運用建筑的自然通風；根據使用功能合理選擇空調系統，并合理布置水力阻擋裝置，控制供水速度，以達到最低能耗的目的。

（4）在給排水設計中，應針對建筑實際構造采取分區給水措施，并針對供水壓力較大的管道設置減壓閥門，此外，用水設備應選擇節水型。