建筑节能设计计算中常见问题分析与对策

建筑节能设计计算中常见问题分析与对策

袁德富

唐山市规划建筑设计研究院广州分院52000

摘要：建筑节能设计是一项繁琐、细致的工作，由一系列简单环节组成，任何一个简单环节出现问题，都会导致整个节能设计的错误。从假数据、围护结构部位缺项、图纸计算书备案表三者不一致、能耗指标、露点温度验算、设计参数取值、淘汰和限制使用的产品、构造不合理、设计变更、防火隔离带的设置与计算、节能经济性等十几个方面分析了建筑节能设计的常见问题，并提出了错误原因和解决方法。

关键词：建筑节能设计；经济性；建筑节能施工

0前言

建筑节能是国家节能减排工作中的重要环节。要做好建筑节能工作，需要规划、设计、材料、施工、监理、质量监督及建设单位业主等单位、部门的共同努力。设计是工程建设的龙头，做好建筑节能设计是建筑设计部门和设计人员的重要职责。经过2年多建筑节能宣传、推进与设计实践，广大设计人员基本理解了节能标准的内涵及要求，了解了节能材料、保温体系的构造和做法，为我省建筑节能的推进作出了一定的贡献。

由于各种主观、客观的原因，从省、市多次建筑节能设计检查情况来看，虽然新设计项目均做了节能设计，但在设计上存在着执行标准定位不准确、计算数据不确切、选用材料和体系不恰当等这样那样的问题，影响了节能标准的正确贯彻执行。下面，以高层建筑为例进行探讨。

1高层办公建筑能耗特点分析

1.1能耗组成及特点分析

相比同等面积的低层和多层办公建筑，高层办公建筑容纳人数众多，信息处理量大。为保持正常的运作，高层办公建筑在电梯、空调、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。主要的能源消耗形式包括电、煤、天然气以及集中供热的蒸汽和热水等。其中供暖空调系统、照明系统、动力系统和办公设备系统是建筑能耗的4个主要系统。供暖空调系统耗电量占到整个建筑能耗的50%以上；照明系统次之，大约为20%；动力系统约为10%；办公设备系统约为10%（见图1）。

与其它公共建筑类型（如商场、酒店等）相比，高层办公建筑的能耗特点如下：

1）高层办公建筑照明能耗偏高（12栋被调研的高层办公建筑照明能耗百分比平均值为13.92%，最高值为22.5%，最低值为7.2%），虽然比商场建筑低一些，但是比酒店建筑要高。为此，笔者分别调研了12栋商场建筑和酒店建筑作为对比，其中商场照明能耗百分比平均值为27.09%，最高值为48.9%，最低值为15.8%；酒店建筑照明能耗百分比平均值为13.64%，最高值为21%，最低值为5%（见图2）。

2）与酒店建筑（没有办公设备，人员密度低）相比，高层办公建筑的照明与办公设备比例较高，加之人员相对密集，导致内热源发热量较大。

3）由于办公时间固定且办公人员作息规律明显，办公建筑具有间歇使用的特点。即白天使用频率高、能耗高，夜间无人使用、能耗低。

1.2能耗与气候的关系

住宅建筑包括了人的起居、待客、餐饮、睡眠、卫生等活动内容，由于各部分功能空间对自然采光与通风的需求都不容忽视，导致建筑空间与外界接触紧密，受气候影响较大。因此，住宅建筑的能耗问题可以通过调节建筑与环境的关系得到缓解。与此不同的是，高层办公建筑基本空间由办公、交通联系（水平交通和垂直交通）、卫生服务（卫生间和开水间）以及设备系统等几部分构成，平面布局与空间组织相对固定。与住宅建筑相比，唯有办公空间对自然采光和通风的要求较高，其它功能空间在此方面的需求较为弱化。因此，高层办公建筑能耗对气候的依赖性较弱，若通过调节建筑与环境的关系来达到节约能耗的目的，效果甚微。高层办公建筑的节能问题应从建筑自身出发（如平面形式、进深大小、围护构件、设备系统等），进行节能措施的探讨。

2高层办公建筑物理环境设计常见问题

2.1自然采光利用率低

由于基地条件限制、结构原因以及建筑和办公空间新需要等，现代高层办公建筑多采用方形、圆形、矩形等形式，即标准层平面长度和宽度相差不多，办公空间围绕垂直核心筒布置。其进深（建筑外墙至核心筒体外壁距离）尺寸一般为8～12m，有的多达20m左右。照度随进深距离增加呈递减趋势，侧窗采光由于光线不足，很难满足大进深高层办公建筑的要求。

2.2人工控制室内通风

早期的多层和低层办公建筑，多为板型平面，以廊道联通各使用单元（见下图），为建筑的自然通风提供了可能。而现代高层办公建筑，一方面室内多为大进深办公空间，另一方面房间外墙可开启面积非常有限，室内空气气流组织基本依靠设备系统来实现。因此，即使在室外空气处于人体热舒适状态下，办公建筑仍然需要开启通风系统，甚至可能还需要开启制冷系统，空调能耗由此大幅增加。

2.3围护结构保温隔热能力差

建筑的外围护结构包括屋面、外墙、外窗以及地面等部位。对于高层办公建筑而言，由于其竖向表面面积远大于横向屋面面积，因此墙体与窗户的保温隔热能力成为了衡量其围护结构保温隔热能力的决定性因素。调研中发现，几乎没有高层办公建筑采取遮阳手段来降低供暖空调能耗，尤其是西向遮阳的问题，值得引起专业人员的重视。

2.4缺乏可再生能源的利用

调研发现建筑热源形式主要为市政蒸汽、市政蒸汽+分体空调和直燃型溴化锂吸收式机组；建筑冷源主要为螺杆式水冷机组、直燃型溴化锂吸收式机组、蒸汽型溴化锂吸收式机组和分体空调。这些系统的能源消耗形式均为常规能源，缺乏可再生能源的利用。

3设计对策

3.1采光设计

首先，减小进深。在基地允许的情况下，塔式标准层平面可趋向于板式、交叉式平面布置（见下图），增加自然采光通风的几率。但这一举措必然会导致由于建筑体形系数增大而带来的能耗增加，如果在权衡计算后发现该部分能耗小于人工采光能耗，则该举措值得一试。

亦可采取立面边庭的方式，即隔几层设置1个与室外相连通的通高边庭，在边庭里种植绿化，除可取得更好的采光条件外，还可改善空气质量，创造自然景观，美化办公环境。当然这种方式会导致建筑外表面积的增大，势必带来能耗的增加，因此在实际运用中应与其它节能措施综合考虑。

当自然采光实在不能满足需要，必须采用人工照明的时候，应该考虑照明的节能问题，如节能灯的使用。由于照明能耗在总能耗中所占比例较高，一般达到20%左右，因此增加自然采光或采用节能灯具可使高层办公建筑的整体节能效果显著。

3.2通风设计

利用室外空气，一方面能够有效通风降温，降低机械通风产生的能耗，另一方面引入的新鲜空气也非常有利于健康。关于自然通风的引入，一方面可以对建筑的空间形式进行组织，尽可能形成穿堂风，这一点在条形高层建筑中比较容易实现。对于点式高层，应尽可能组织两垂直墙面窗户之间的通风。自然通风的组织需要更大的窗墙面积比并形成风的通路。当建筑立面采用玻璃幕墙时，应控制可开启面积达到一定的水平。另一方面，办公建筑“间歇使用”的特点为采用间歇通风提供了条件。

3.3外围护结构设计

针对目前高层办公建筑外围护结构材料以实体围护结构和透明围护结构为主的现状，且基于高层办公建筑外围护结构并非承重结构，材料选取较为灵活的特点，对于实体围护结构，应尽量选用导热系数小的多孔/空心砌块或加气混凝土砌块等，配合外墙外保温和合理的窗墙面积比，控制由外围护结构保温隔热带来的能耗损失。

当实体围护结构达到保温隔热要求后，透明围护结构应遵循以下措施：

1）尽量减少使用玻璃幕墙；

2）控制合理的窗墙面积比，控制可开启面积以组织通风；

3）选用节能的玻璃和窗框材料，注意控制密封性能。除外围护结构材料的选择外，还可增加建筑遮阳，以减少供暖空调能耗。

建筑遮阳包括水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳等方式，可结合立面设计意图进行设计，尤其应注意西向遮阳对节约建筑能耗的作用。

3.4可再生能源的利用

在系统的能源使用方面，应尽量开发可再生能源的利用，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能等。利用风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电、太阳能热利用、地热利用和沼气发电等，来减少对煤和天然气等不可再生能源和电、蒸汽、热水等二次能源的依赖。例如，使用分体空调的建筑建议增设地源热泵，这样可大大降低空调系统能耗；使用螺杆式水冷机组的建筑建议增加蓄冷装置，冷却塔的废热应予以回收利用；热泵作为一种新型节能技术，也应该在办公建筑中考虑采用；关于太阳能的利用，可以在冬季利用太阳能供暖、夏季采用太阳能制冷系统，全年中都可以使用太阳能光电系统和热水系统。

4总结

建筑节能是一项复杂的系统工作，涉及方方面面的问题，上文所提及的十一方面问题只是其中的一部分。它们单独看来都很简单。但正是这一连串简单的环节，组合起来，构成了节能设计的全过程。任何一个简单环节出现问题，都会导致整个节能设计的错误。看似简单的一个数据错误，往往不被重视或被忽略，其实错不在其自身，而是内在的支撑条件错误造成的。而这个支撑条件往往涉及规范条款或者法律法规。所以，要做好节能设计，必须重视每一个看似简单的环节。建筑节能知识，是建筑师专业技术知识的重要组成部分，是“节能减排”和“绿色建筑”的技术条件之一，它将越来越重要。

参考文献：

[2]JGJ26—2010，严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[3]JGJ134—2010，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[4]GB50189—2005，公共建筑节能设计标准[S].

[5]GB50176—93，民用建筑热工设计规范[S].

[6]建筑设计资料集编委会.建筑设计资料集第二集[K].（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，1994.