大型商业建筑节能降耗研究

田芳，贾萍，陈国臣

（河北工程大学建筑学院,河北 邯郸 056038）

0 引言

大量商业建筑随着经济的发展和人们生活水平的提高不断涌现。目前我国建筑节能处于起步阶段，大部分商业建筑处于高能耗的状态。本文通过对商业的建筑设计和机械设备两方面进行研究，提出降低商业建筑能耗的措施，从而改善城市环境质量，减少环境污染和能源浪费。

1 现状分析

目前我国建筑能耗占全社会总能耗的30%左右，商业建筑面积占全国建筑面积的25.4%，而且这个比例还在不断增长。商业建筑能耗居高不下主要有两个原因：①大型商业建筑建筑面积大，客流量大，照明电器和机械设备密度高，多采用中央空调控制室内温度，能量传输距离长，能量转换设备多；②大型商业建筑每天运营的时间长而且全年几乎都在运行没有节假日。

商业建筑与其他建筑相比单位面积能耗高，节能潜力巨大，因此商业建筑节能改造成为一项越来越重要的课题。

2 建筑设计节能分析

在建筑设计行业，许多建筑师不太了解建筑物理和能量节约方面的知识，认为节约建筑能量是设备工程师考虑的问题，与他们无关。由于建筑节能节约意识的缺乏，建筑设计时造成了很大的能量损耗，单纯靠弥补机械设备难以从本质上提高建筑物的热工性能，这样会导致很大的能量浪费。建筑师必须一开始就知道节约能量的重要性，并且在设计阶段就从整体上降低建筑的能耗，这将具有事半功倍的成效。

2.1 建筑总平面

2.1.1 总平面设计

商业建筑的总平面布置，要适用冬季日照，减少夏季炎热和充分利用自然通风。因此要对商业建筑的总平面布置以及建筑平、立、剖面形式和太阳辐射、自然通风等气候因素对商业建筑能耗的影响进行分析，在冬季最大限度的获得太阳辐射热量和减少热损失，夏季最大限度的减少得热并利用自然能源来降温冷却，以达到节能的目的。

建筑总平面布置和大型商业建筑内部的平面设计，应合理确定冷、热源和通风、空调机房的位置，制冷和供热机房宜设置在空调负荷的中心。制冷和供热机房尽量靠近负荷中心，主要是为了避免环路长短不均，难以平衡，造成供冷热质量不良，增加投资和能耗。

2.1.2 节能平面调整

建筑在方案设计时，在满足功能布局、结构技术合理、形象美观的基础上，对节能概念的贯彻必须反应在方案设计阶段。如建筑的体型比例、平面空间布局、窗的面积和位置等都会影响建筑的得热和热损失。因此，在方案设计时，做好建筑的平面调整极其重要。

平面组合调整是与建筑功能组合相协调的节能意识的实施方法，通过各种节能设计手段，使建筑本身具有节能的功能。具体地，平面体型尽量方正，对受阳光干扰的立面设遮阳方式，并强化壁面的阻热性能。建筑平面以简单的几何体块为主，体型系数小，利于建筑节能；结合建筑的功能组合，将耗能较多的壁面部分形成“双壁体系”；不同立面采取相应的开窗方式，并处理好壁面装饰的材料、色彩等问题；通过玻璃幕墙的节能设计，利用“可控制双壁体系”有效的改善围护结构的热工性能，可达到冬季采暖、夏季致凉的作用；把大型商业建筑的一些辅助用房，如公厕、储藏室、配电空调机房等采取周边式布局；设计温度“阻尼区”，即在建筑室内与室外之间设置一个中间空间，这个区域就像一道热闸阻止冬季寒风进入室内、夏季太阳的直接辐射对室内的影响等。

2.2 建筑体型设计

在建筑的体型设计中，体型系数是一个十分重要的控制因素，它是指建筑的外表面积与建筑体积的比值。建筑的体型系数越小，建筑面积一定，建筑的外表面积也就是能量流失所通过的面积就越小。这样在使用同样材料的情况下，建筑通过外围护结构所损失的能量就会越少。建筑的体型系数主要和建筑的造型、平面的布局等有密切关系。一般情况下，建筑越中规中矩，建筑的体型系数就越小，这与建筑设计追求多样化、个性化的理念是不一致的。控制体型系数易使建筑体型呆板、平面布局单一。《公共建筑节能设计标准》中明确规定，在严寒和寒冷两地区的公共建筑，其体型系数应控制在0.40以内。

寒冷地区商业建筑设计中控制体型系数的途径主要有：加大建筑进深；增加建筑体量；规整建筑体型等。

2.3 绿化系统设计

绿化在商业建筑中的应用对商业建筑节能降耗有着积极的作用。通过在商业建筑的外部空间和内部空间有效的种植绿化，可使建筑能耗进一步降低。通过屋顶绿化和墙面绿化等特殊空间绿化，最大程度可降低屋顶面温度15℃，屋顶下方室内温度可降低2.0℃～2.4℃。使得夏季室内温度得以控制，节省空调能耗。

2.3.1 屋顶绿化

通过调查发现，当前商场的屋顶大多大面积暴露在环境中，尚未考虑通过种植等多种被动式节能改造以减少夏季的屋面得热，这部分屋顶的防热节能功能没有充分体现出来。实际上，建筑屋面采用种植屋顶（如图1所示），可利用植物的光合作用，将热能转化为生化能，既能有效改善室内外热环境，又能减少建筑夏季制冷能耗。在夏季时能隔热，冬季时不仅能保温，阻止热量外流,而且能吸收太阳辐射热传入室内（如图1所示）。

屋顶绿化是生态化的建筑节能措施，也是降低建筑能耗（s）的有效途径；屋顶绿化对提高建筑能效有明显的效果，对缓解地球的“温室效应”和城市“热岛效应”具有积极的作用，同时，能改善城市生态环境，为城市人群提供一个健康舒适的环境。

通过红外热像仪对绿化屋顶的拍摄照片（如图2所示），可以看出绿化屋顶作为夏季隔热有着显著效果，可以节省大量空调用电量。

2.3.2 墙面绿化

建筑物外墙传热面占整个建筑物外围护结构总面积的65%左右，通过外墙体传热所造成的能耗损失约占建筑的外围护结构总能耗损失的48%。

通过光合作用将太阳能转化为生物能，植物叶片本身温度不会显著升高，而遮阳构件在吸收太阳能后自身温度会上升，可见，植物是大自然提供的天然遮阳手段（如图3所示）。根据实测，建筑西墙种植爬墙虎，在植被遮蔽90%状况下，外表面温度降低8.2℃。

目前，生态墙（如图4所示）技术最常用的手段，即在墙旁土地上种植具有吸盘的藤本植物，如爬山虎、五叶地锦、常春藤、牵牛花、凌霄等藤本植物进行墙面绿化，不仅能形成绿色花纹图案，而且富有季相变化，使墙面披上绿色外衣，不仅美化墙面，还有防止风雨侵蚀、日光暴晒的作用。在墙体绿化节能改造中可以根据商场外墙面情况合理使用。

3 机械设备节能分析

3.1 低能耗的空调系统

商业建筑人流量大，对舒适度的要求比较高，温度的控制十分重要。温度过高或者过低都会造成能源的浪费。据统计，供暖时室内温度每降低1℃耗能量可减少10%～15%，供冷时，每提高1℃可节能10%左右。因此，优化空调系统,控制温度是节能的一种有效手段。低能耗的空调系统顾名思义就是利用相对少的能耗，却达到同样的效果。因此它是一种对能源利用的提高，也是一种非常值得提倡的节能手段。当今市场上主要有以下3种空调系统：柔和式空调系统、柔和辐射制冷或采暖水系统、综合系统。

商业建筑节能设计的最终目的是创造舒适、健康、怡人的室内购物环境。所以在被动式的节能系统不能完全满足建筑需要时，就应适当的结合主动式机械设备。由于机械设备造价往往很高，在设计机械设备初期，应计算其建设投入、使用能耗，从而选择最经济合理的节能建筑设计方案。

3.2 绿色照明

3.2.1 充分利用自然光照明

由于很多大型商业建筑在规划设计之初并没有考虑利用自然采光实现照明节能的措施，或者由于经营者过度装修而减少开窗，都造成了大型商业建筑室内天然采光不足。因此，只好过度依赖人工照明，增加照明的耗电量。

理想的商业照明规划设计，应该兼顾营业需求和节能理念，适度采用天然采光，以减少人工照明的需求，减少经营者能源消费的压力。增大商业建筑的窗墙比或利用采光井与玻璃幕墙的设计，均可以产生需要的天然光线照明效果。但是，较大面积的采光天井和采光天窗又是夏季隔热的薄弱环节，需要加强遮阳防晒措施。

3.2.2 合理照度设计

商业照明盲目追求过高的照度不但会产生眩光、炽热等问题，引起顾客烦躁和心理不适，破坏商店营造的舒适愉悦的气氛，而且还会导致照明和空调负荷增大，造成能源浪费。调查结果显示，有些商场照度严重超标，造成巨大的能源浪费。所以照明设计人员应该树立节能意识，纠正盲目追求高照度的不良倾向，根据照明设计标准和空间照度的需求，合理选择设计照度，以达到照明节能的目标。

3.2.3 照明控制管理

目前商业建筑普遍使用的开关需要人工操作，但是由于使用者缺乏节能观念，往往造成不必要的浪费。照明控制管理系统是利用自动化的方式控制照明设备，可以进一步提高照明系统的效率，并且达成许多人工控制不易达成的目的。

综上所述，商业照明节能可以从尽量减少线路上的损耗、提高系统的功率因素、根据国家照度标淮推荐值设计灯具的数量与布局、选用高效的新光源和镇流器、采用照明自动控制系统来控制灯光等方面着手。当然，目前推广绿色照明还有一定阻力和困难，主要是由于人们的认识和观念跟不上，某些新光源和镇流器的质量还存在一些问题，特别是节能灯更为明显，多数新型高效光源价格较高，增加了建设投资或使用者的费用。

4 总 结

大型商业建筑能耗大，据统计，其单位建筑面积能耗是住宅的10～15倍，有25%～30%的节能空间。由于成本的原因，大型商业建筑偏向于采用无成本或低成本的节能技术，节能潜力巨大。通过对商业建筑自身和机械设备的节能优化处理：可以营造动态舒适、健康的商业空间，吸引顾客；可以降低商场建筑的运营耗能，以节省建筑使用中的运营费用；可以营造更具人情味的工作环境，提高员工的工作效率以创造更多价值；可以减少商场建筑对周边城市环境的负面影响。

[1] GB 50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].

[2] 张纪文.大型商业建筑低成本节能改造技术分析[J].建筑节能,2008(2).

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[5] 刘力,陈莹,金国红.抓住基本体征的大型商业建筑快速设计[J].城市建筑.2005(8).