節能設計在某建筑工程設計中的運用分析

張濤

（貴陽建筑勘察設計有限公司，貴陽 550038）

1 引言

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

2 國內外節能建筑研究現狀和研究內容

現階段，國外專家已對建筑節能進行了大量參數化研究，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，得出在該建筑中應用膨脹聚丙烯材料能使建筑達到最好的保溫節能效果，應用水泥蛭石能使建筑室內具有最舒適的環境。我國建筑節能研究始于20 世紀80 年代，與國外研究相似，在最初開展建筑節能研究時，研究重點主要集中于建筑本體節能設計方面，即通過改善建筑圍護結構熱工性能、自然通風等方式，營造良好的室內環境，減少化石能源的應用，從而提升建筑節能效果。本文針對建筑形體設計、暖通空調冷熱源配置方案、給排水節水措施、電氣節能措施等方面，探討某超高辦公建筑中的節能應用情況，并對該建筑的全年能耗、自然通風節能潛力進行分析。

3 辦公建筑調研

我國地域遼闊，不同地區存在較大地形差異?，F階段，為使節能技術應用于建筑工程并提高其質量，可應用Morris 敏感性分析方法，對各設計參數的建筑能耗影響進行分析。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間的設計參數對建筑能耗影響存在較大差異，且各參數對能耗的影響存在顯著的非線性特征。

4 節能設計在建筑工程設計中的應用

本文以辦公建筑為例，探討在保證建筑室內舒適度的同時，降低該建筑供暖空調能耗，實現建筑低能耗運行的節能設計方法。本研究不僅應用文獻調查法對辦公建筑的基本形態特征信息進行收集與分析，還應用案例分析法對典型辦公建筑進行現場實測，同時應用Morris 全局敏感性分析法，對影響建筑節能效果的設計參數進行敏感性分析，獲得影響建筑節能效果的設計參數，在為后續建筑節能設計提供參照的同時，減少了參與建筑結構優化設計的變量數量，為建筑節能效果的強化提供了有效支持。

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。參照建筑設計單位面積能耗指標，得到如圖1 所示的能耗占比分析圖。

圖1 設計建筑能耗占比分析圖

4.2 節能專項設計

在建筑工程設計階段，為提高工程項目整體節能水平，在無法有效管控辦公設備能耗的情況下，設計人員將節能設計重點放在建筑形體與室內環境、節能熱工設計、暖通空調節能措施等方面。

4.2.1 建筑形體與室內環境

項目位于夏熱冬暖地區，故在建筑設計中應將被動節能技術合理應用于建筑形體與室內環境設計工作中。如圖2 所示的小型氣象站在明確建筑所處區域日照、采光、通風等基礎上，對建筑朝向進行有效管控，提高了建筑室內采光效果，降低了燈光能耗消耗，減少了室外溫度對室內溫度的影響，有助于提升建筑節能效果[3]。

圖2 小型氣象站

我國建筑朝向大多為坐北朝南，由于該建筑所處區域為夏熱冬暖地區，為提升室內環境舒適度，降低室外溫度的影響，故設計人員在結合當地風貌及招標方對建筑風格要求的基礎上，重視自然通風與建筑遮陽，以GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》為依據構建如圖3 所示的參照模型，通過應用舒展通透明面的方式，既提高了建筑整體美觀性及采光、通風效果，又降低了室外環境對建筑內部舒適度的影響。

圖3 項目北側面能耗模型

4.2.2 節能熱工設計

在建筑節能熱工設計中，選擇墻材、外窗等保溫材料以提升外圍護結構節能效果。在外圍護結構設計中，建筑外墻砌塊墻結構為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 暖通空調節能措施

受項目業主后期產權與使用功能的影響，在項目冷熱源機組選型與方案配置優化過程中，需保證1 層、21 層、32 層及33 層具有獨立的空調系統?？照{冷熱源系統劃分如表1 所示。

表1 空調系統冷熱源系統形式

該項目不同樓層的空調通風系統存在一定的差別。1～4 層末端采用調動式空調處理機組與新風機組結合的空調設計方式；5～9 層與21～33 層采用風機盤管與新風機組結合的空調設計方式。這種空調系統設計方式使用的新風機組被設置于9 層避難層的新風機房內。此外，該工程不同樓層的計量方式也存在差別，11～20 層，22～23 層按房間設置分戶遠傳計量表，空調系統處設置總的計量裝置，冷卻水補水系統與冷凍水處設置了計量裝置。為有效節約項目空調系統能耗，水系統流速設計應用經濟流速，其主管流速范圍為1.8～2.4 m/s。設計采用水阻合理的閥門、設備，實現系統水阻的有效管控，降低了水泵能耗。上述方法使空調冷卻水系統的耗電輸冷比在滿足GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》基礎上，較節能限制降低20%以上。該項目空調通風系統及風機單位風量能耗滿足節能標準要求，且新風機組應用變頻控制技術，進一步降低空調系統在后續使用過程中的能耗。項目應用的水泵、風機能效滿足GB 19762—2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》及GB 19761—2020《通風機能效限定值及能效等級》要求。模擬建筑有自然通風與無自然通風情況下的能耗情況，將模擬結果與GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標準》中夏熱冬暖地區的約束值進行比較，可知設計建筑總能耗約為參照建筑總能耗的88%。數據顯示，良好的自然通風可提高建筑的節能效果。建筑暖通空調對各功能區的工作狀況均滿足《民用建筑能耗標準》能耗指標要求，且較建筑綜合能耗低標低12%左右。項目供暖系統末端現場可獨立調節，為提升建筑內部環境的舒適度、安全性，設計人員在地下室設置與排風機聯動的CO 濃度檢測裝置，進一步提高建筑室內人員的安全[4]。

4.2.4 給排水節能措施

項目積水水源為城市自來水，當地自來水的供水壓力為0.25 MPa，為了減少供水耗能，在開展給排水系統設計時，項目對建筑進行了分區供水處理。具體來說，該項目的地下3 層到地上2 層為供水一區，直接應用城市自來水供水系統進行供水操作。3 層到頂層又劃分成了5 個供水區，由安置在地下室的生活變頻機組進行加壓或者加壓后減壓供水服務。同時，為了實現建筑內各層的節約用水，在設計過程中，為供水壓力超過0.20 MPa 的給水支管安裝了減壓閥，通過這種設計方式，不僅實現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，為了降低因網管破損造成的水資源浪費現象，在設計過程中，可以為該項目的水池、水箱安置報警裝置，在發現水池、水箱出現長時間溢流現象時，及時發出警報信息，便于工作人員對進水閥故障進行檢修，在節約水資源的同時，降低供水系統運維管理工作的難度。同時，為了方便計算水費，在設計過程中，可以為每戶用戶均設置水表，為后續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 層為出租辦公區域，該區域采用集中熱水系統，生活用水的熱源由空氣源熱泵與冷凝回收機組提供，并且以季節以及室外溫度為參照，更換熱源供熱方式。這種供熱方式的應用不僅可以滿足該區域對熱力資源的需要，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能環保的方向發展。

5 結語

為保證建筑舒適度并降低建筑能耗，設計人員應用相應軟件對項目所處區域氣候環境進行分析，明確了建筑能耗影響因素，并在設計中優化管理，以實現項目能耗的有效管控。對本項目實際能耗情況進行模擬分析可發現，其自然通風調節能力、暖通系統工作情況均滿足GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標準》指標要求，但在熱工、機組能耗、可再生能源應用等方面與GB 55015—2021《建筑節能與可再生能源利用通用規范》存在差異，因此，該建筑仍有優化潛力。