我国北方办公建筑能耗特点及节能设计措施

陈兆涛 管振忠

1 概述

随着我国经济的快速发展，办公建筑越建越多、档次越来越高、规模越来越大、立面造型越来越新颖别致、舒适度越来越高，由此带来了巨大的能耗问题。不合理的能源设计不但给业主带来了巨大的能耗负担，也给国家造成了巨大的浪费。北京一些较新的写字楼由于高能耗问题，市场对此非常反感，租金只能是原来预计的 50%左右，有的甚至还达不到。

因此，为减少办公建筑的能耗，积极响应国家“建设节约型社会”的号召，我们十分有必要对办公建筑的能耗特点进行分析，找出适宜的解决方案，推进社会的可持续发展。

2 我国北方办公建筑能耗特点

1)冷暖都要保证。为保证足够的舒适度，我国北方地区办公建筑冬季需要采暖，夏季需要制冷。办公建筑尤其是高档写字楼对室内环境控制要求较高，而且大量的办公设备释放了大量热能，由此带来了较大的冬季热负荷和夏季冷负荷。2)使用时间主要在白天。办公建筑自身的使用功能决定了其主要使用时间在白天，夜间仅有少量房间加班，主要使用峰电，很少使用谷电，对白天的峰值负荷造成了不利影响，应考虑蓄能措施，同时考虑利用太阳能等新能源进行采暖、空调和采光。3)设备、照明耗能量大。现代办公建筑办公自动化系统发展迅速，从电脑到复印机等一系列办公设备一应俱全，在给人们以巨大方便的同时带来了相当大的能耗。同时现在办公建筑多设置幕墙，无法采光，室内照明和装饰照明消耗了大量电能。4)部分办公建筑因内部热源分为内外两区。一些办公建筑体量较大，内部核心区域几乎不向外界传热，而人体、设备散热量大，造成了只有冷负荷全年需要制冷的内区;外区则冬季须采暖夏季须空调。内区废热的回收利用也应予以考虑。5)新风负荷大。近年来，随着生态办公理念的深入人心，营造舒适高效的办公环境成为开发商追求的目标，较大的新风量是生态建筑的基本标准之一，增大的新风量带来了较大的新风负荷，利用自然资源减少新风负荷已成为建筑能源设计的潮流。6)供能要可靠。现代办公建筑对办公自动化设备依赖程度日益增大，对供能的可靠性要求很高。而电力紧张造成的停电和拉闸限电常常会给公司造成巨大的经济损失。因此提高供能的可靠性，考虑BCHP等综合供能系统的使用应越来越多的体现在能源设计方案阶段。

3 目前我国北方办公建筑节能方面存在的主要问题

1)建筑设计中考虑节能较少。目前在建筑设计中，考虑较多的仍然是建筑造型和立面效果，对节能考虑较少。从一开始设计就没有就形体系数、窗墙比、光照遮挡等问题对建筑节能的影响进行细致讨论，往往建设出的大楼出现形体系数较大、北向开大窗等现象而又未采取相应的措施，造成能耗较大，也为以后的节能改造和新能源系统的使用造成了不便。2)围护结构保温性能过于薄弱。当前许多高档写字楼为了片面追求气派的立面效果，大量使用普通玻璃幕墙，甚至全部使用玻璃幕墙做外围护结构;这种玻璃盒子的做法在冬季大量散热，夏季又引入了大量辐射热量，大大增加了冬季热负荷和夏季冷负荷，并在靠近外围护结构的区域造成了较为恶劣的办公热环境。3)缺乏整体能源设计和全寿命经济分析。目前的建筑设计往往缺乏一个整体合理的能源设计方案即能源规划或在一开始并没有过多考虑能源问题并制定一个大楼全寿命的经济技术分析。使得建筑无法在一开始就按照最佳的能源配置方案用能，造成了能源利用效率较低。4)业主过于看中初投资而不考虑使用成本。目前大部分业主由于资金所限等诸多原因，只片面强调低造价，而不考虑今后运行时的高昂使用成本，这样就造成了一些建筑原本可以在增加很少投资的情况下建设成为非常节能的建筑，却建设成为非常不节能的建筑，而且难以进行节能改造，成倍增加了运行成本。许多业主认为建好房子就行了，交电费是租户的事，但随着节能理念的深入人心和能源价格的不断上涨，租户将越来越多的考虑使用成本，最终不节能建筑的租金将远低于节能建筑的租金，业主将遭受更大损失。

4 我国北方办公建筑适用的建筑技术及设计手法

4.1 规划、建筑设计方面

1)避开不利环境、争取有利环境、朝向。从规划设计阶段，就应该考虑避开一些对建筑热环境不利的因素如北风和其他建筑物的遮挡等。同时应考虑合理配置建筑物的布局以保证主要建筑得到良好的光照，并可在过渡季节利用自然风降温。良好的规划设计可以为节能设计和新能源的利用打下良好的基础。2)控制体型系数和窗墙比。体型系数是目前常用的体型控制指标，建筑物外表面积越大，散热面就越大，其耗热量随体型系数的增长而增加。JGJ 26民用建筑节能设计标准规定:“建筑物体型系数宜控制在 0.30以下”。因此，严格控制体型系数对节能建筑设计很重要。建筑体型系数与建筑单元联列情况有关。适当增加建筑物层数，也可降低体型系数，建筑物层数增加的过程中，外围面积的递增比不上所包围的体积的增加，即体积略大于面积的增率。高层建筑的体型系数普遍偏低，一般在 0.10～0.15之间就是这个原因。当单元平面(标准层)面积相同时，提高建筑物进深(面宽减少)，体型系数会相应减小，即相对直角而言，正方形的体型系数为最小。因此，在功能许可、技术条件允许时，建筑平面接近正方形对建筑节能是有利的。再就是选择合适的平面形状。圆和多边形对节能有利，三角形对节能不利。因此，建筑物平面空间组合集中紧凑，减少凹量变化，可使体型系数减小。建议在建筑平面形状上采取典型的平面(三角形、方形等)，在此基础上做适当的平面变化，创造一定的美学效果，尽量减少不必要的小尺度的凹量不齐。另外，适当增大建筑物体量，可降低建筑物的体型系数。3)温度“阻尼区”的设置。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次像热闸一样阻止外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热损失。4)发挥CFD软件在规划、建筑设计中的指导作用。CFD即计算流体力学是一种模拟仿真技术，在规划建筑设计中的应用主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。通过CFD模拟，我们可以方便准确的预测组团、建筑单体和室内空间的风环境、热环境、室内空气品质和舒适度等，从而有的放矢的调整设计方案，避免不利的风环境，有目的的利用自然通风降温。5)使用能耗模拟软件。为了在建筑建造以前就对建筑的能耗状况做出分析和判断，能耗模拟软件越来越多的应用到建筑设计中，可在方案阶段就找到围护结构或暖通空调系统存在的问题，及时予以调整。上述几个软件可能需要设备工程师来使用操作，建筑师则可以使用ECOTECT等软件快速的得到一个建筑能耗分析的直观结果，虽然不十分精确，但已足够建筑师调整方案。能耗模拟对于建筑节能有着重大的意义，因为一旦建筑建成，进行节能改造就非常麻烦，第一步做好是最重要的。

4.2 建筑技术方面

建筑技术层面的节能措施主要应从:围护结构保温隔热、暖通空调节能、建筑设备节能、太阳能的利用等方面着手，采取适宜业主情况的节能方案，达到节能与投资的最佳平衡。建筑节能技术门类众多，对应每种层次的办公建筑都有与之对应的节能技术，在此不做详细介绍。

4.3 能源合同管理

做好节能工作，除了技术措施以外，良好的节能运作机制也是不可缺少的，近年来兴起的合同能源管理就是一种有效的节能运行机制。

合同能源管理(简称EMC)是一种全新的节能服务机制。与传统的节能服务公司通过推销节能产品或节能技术来推动建筑节能的模式不同，EMC是一种集前期工种诊断设计，中期融资、采购、安装，后期节能测定跟踪服务为一体的全方位、系统化服务。其内容包括:为客户提供能源诊断、方案设计、技术选择、项目融资、设备采购、安装调试、运行维护、人员培训、节能量监测、节能量跟踪等。其实质是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的投资方式，这样一种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益用于工厂或建筑的设备升级，以及降低运行成本。合同结束后，高效能的设备和节能效益全部归客户所有。

合同能源管理机制的实质是:一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。这种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益为工厂和设备升级，以及降低目前的运行成本。节能服务合同在实施节能项目的企业(用户)与专门的节能服务公司之间签订，它有助于推动节能项目的开展。

为了提高我国在节约能源方面的迅速发展，1997年，我国政府(财政部和原国家经贸委)与世界银行和全球环境基金(GEF)共同实施了“世行/GEF中国节能促进项目”。该项目旨在引进“合同能源管理”模式，并进一步在我国推广。目前国内已经有 80家具有“合同能源管理”模式的企业，并且取得了巨大的业绩。

“合同能源管理”作为一种面向市场的节能新机制，有其广阔的应用发展前景。EMC作为专业化的节能服务公司，通过带资为企业实施节能改造项目，向企业提供优质高效的节能服务，从而提高企业的能源利用效率，降低企业成本，客户企业在没有先期资金投入的情况下，可获得稳定的节能收益和经济效益。因此，“合同能源管理”机制必将越来越多地被客户企业所关注和接受。

[1] 贾 磊.谈节能建筑的设计[J].山西建筑，2009，35(4): 259-260.