绿色生态建筑的节能设计研究

张洪波

绿色生态建筑的节能设计研究

张洪波

（淮阴师范学院城市与环境学院，江苏 淮安 223300）

以某科技馆为例，分别从空气调节系统、地源热泵系统和可再生能源应用，阐述节能设计的重要性和必要性。

绿色生态建筑；建筑节能；可持续发展

我国是一个建筑大国，也是一个资源匮乏的国家，建筑能源的利用率只有大约11%，远低于发达国家的水平40%[1]。绿色生态建筑从规划设计、施工运营、拆除等全寿命期内，可以节约资源、减少污染物排放，同时有效利用可再生能源、清洁能源，从而能保护环境，为人们提供舒适、健康的建筑空间，实现人与自然的和谐共存、可持续发展。节能建筑是建设节能型社会的重要措施,同时，推行科学的建筑节能理念,也有助于建筑业经济的增长，从而实现可持续发展。

1 项目概况

江苏某科技馆建筑高18.5m，占地面积为1348m2，总建筑面积为4678m2，建筑表面积7568.32m2，体形系数0.36，其中地上4层，地下一层，主体为网架结构，总投资为6000万元，采用绿色生态节能设计，见图1。

2 建筑节能的整体设计

本工程设计时采取整体向东南倾斜16度，冬季太阳高度角较低，有利于热量进入室内，利用吸收太阳光照采暖；夏季太阳高度角较高，朝南围护结构可阻挡较多太阳辐射，有利于减少吸收太阳光照致凉；北向可引入更多的自然光[2]。形成建筑自遮阳的保温隔热系统，同时能降低太阳辐射的不利影响，改善室内的舒适环境。

2.1 围护结构的节能设计

建筑物的体形系数确定后，围护结构的表面积也随之确定，要降低室内能耗量，必须减小外墙材料的导热系数。因此，选用热阻大、热比小的复合型保温材料对节能是非常有利的。金属门窗材料的导热系数大，应采用断桥隔热处理，采用节能玻璃；同时，在满足采光、通风的条件下，合理缩小窗的面积，采取双级密封处理。屋面直接受到太阳辐射，是能耗较大的外围护结构，对顶层热环境影响比较严重[3]。采取种植屋面的隔热形式，既可以有明显的降温效果，同时可以美化空中环境。

2.2 空气调节系统的应用

本工程在屋顶和地面处都设置通风和空气调节的系统，在屋顶处设置自然排风烟囱，通风采光井和智能化外遮阳通风百叶的节能措施，通风进气口设计成百叶式，既可以满足通风要求，同时可以达到较美观的建筑形象，在双层百叶风口处设计有通风控制阀，控制阀安装在墙上或者风道末端，并采取加固措施，以保证可以调节风道出口的气流速度，调节送风方向。同时，局部送风系统设置空气分布器。

2.3 地源热泵系统的应用

2.3.1 系统所运用的技术

土壤就像一个天然的、恒温的蓄能池，具有巨大的蓄冷、蓄热能力，地源热泵正是利用地表浅层能源，进行制冷、供热的新型能源利用技术[4]。冬季，把热量从土壤中转移出来，输送到建筑室内空间进行利用；夏季，把土壤中的冷量利用地下水转移出来，再输送到建筑物内，每一年实现一次冷热循环的过程。

2.3.2 系统的组成

本系统进行冷热能量的转换的方式主要是传导和对流，分别以空气、地下水作为介质。当地源热泵与地能进行热量交换时，主要以水为介质；当与建筑物空调进行换热时，以是水或空气作为介质，以上两种方式均需通过室内空调、热泵机组和室外换热系统等组成。

图1 绿色节能技术图

2.3.3 地源热泵技术的优点

1）对环境保护的效果明显。当采用地源热泵系统时，仅有设备运行时会产生能耗，不会产生其他能耗，几乎不排放污染物，对环境的保护效果明显[5]。污染物排放量比采用空气源热泵减少40%以上，比采用电供暖方式污染物排放量减少70%以上。

2）地源热泵可一机多用，可供暖、致冷，还可提供生活热水，特别适合用于住宅类建筑。

3）可再生能源的利用。系统利用了距离地表400米深度以内的浅层地热资源，这种能源是一种清洁、无污染、可再生的能源，空调供暖系统以此作为冷热源，并进行能量转换，以满足冬季采暖的效果。

4）节能效果好。与传统的空调系统运行相比，地源热泵系统运行效率要高40%，但是在节能、运行费用的节约上效果明显，可以节约费用约40%。

5）运行、维护费用较低。地源热泵系统的组成部件大都安装在室内，或者埋在地下，且进行机械运动的部件较少，减少了摩擦耗能，降低了对部件的磨耗，非常耐用，从而能够降低后期设备运行和维护费用。

本项目在采暖过程中就采用了地源热泵系统，用冷热交换的办法使室内降温，从而使科技馆冬暖夏凉，不需要使用空调，整个建筑节能率达76.4%，同时使室内空气更清新透气。

2.4 可再生能源利用

2.4.1 太阳能采暖系统优缺点

太阳能采暖系统的优点是能够贮存房屋1—3天所需要的热量，因而在一定程度上可以抵御风雪或多云天气的影响；缺点是造价高，设备复杂，占据空间大。

2.4.2 主动式太阳能采暖系统

太阳能的应用包括两个方面：一是太阳热能系统，就是利用太阳辐射来供给建筑生活热水、采暖和制冷；二是太阳能光电系统，就是将太阳能辐射转化为电能，为建筑提供清洁能源。太阳能与建筑一体化，主要体现在主动式太阳能利用系统：太阳能热水系统，太阳能光伏发电系统，主动式太阳能供暖系统，主动式太阳能制冷系统。

2.4.3 可再生能源的运用

本项目在较大程度上利用了太阳能再生资源，在屋面上的建立了太阳能光伏电池板、真空管太阳能集热器。利用两个恒温器来控制热量的分配，一个恒温器控制集热器与储热器之间的热量循环。当集热器温度高于储热器时，热量就通过管道源源不断地流入水箱或卵石床贮存起来；另一个恒温器控制储热器与房间之间的热量循环。当房间需要采暖时，恒温器就打开另一套泵或风扇，将热量抽取上来。利用这种方式，热量可以被送到指定的任何房间。

3 效益分析

综合运用以上各项节能措施后，取得了较理想的节能效果，大大降低了能耗，总耗电量从占全年的48% ，下降为36% 。其中，良好的围护结构、保温措施使系统电耗下降，约占总节能量的28%；节能灯具的使用，占总节能量的11%；地源热泵系统的使用，约占总节能量的30%；全热回收技术利用，约占总耗能的12%；利用自然通风的技术，使采水泵、采暖、空调能耗都有所减少，占总节能量的10%；冷辐射吊顶技术的运用，约占总节能量的等节能9%，见图2。

图2 采用各节能措施后的能耗占比

4 结论

透过以江苏某科技馆工程绿色节能设计的剖析和研究，我们进一步认识了绿色节能建筑对可持续发展的重要作用，认识了绿色节能建筑对可持续发展的重要作用，不仅能节约资源、保护环境，而且可以为人们提供健康、适用和高效的使用空间，有利于实现人类持续、健康、生态、环保地发展。因此，在政府科学的宏观调控、依法行政的技术保障下，以生态规划作为指导，将城市发展与自然环境建立起稳定、和谐的共生机制，同时，政府应制定、出台相应的设计标准、验收规范、奖励措施，大力推进绿色建筑的可持续发展。

[1] 张辉，李晨，侯暾.绿色建筑生态节能设计策略[J].武汉大学学报（工学版），2010，（S1）:47-49.

[2] 赵岐华.通风与空气调节工程[M].北京：机械工业出版社，2005：3.

[3] 中国建筑科学研究院.绿色建筑在中国的实践.评价.示例.技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2007: 224.

[4]付祥钊，肖益明.建筑节能原理与技术[M].重庆：重庆大学出社,2008: 218.

[5] 冉茂宇，刘煜.生态建筑[M].武汉：华中科技大学出版社,2008: 259-265，268-269.

Research on the Energy Saving Design of Green Ecological Building

ZHANG Hong-bo
(School of Urban and Environment Science, Huaiyin Normal University, Huai’an Jiangsu223300)

The green ecological building can save resources, and reduce pollutant emissions, and at the same time, can effectively use renewable energy and clean energy, which can protect the environment and also provide a comfortable and healthy building space for people. Taking a certain Science and Technology Museum as an example, this paper expounds the importance and necessity of energy saving design from air conditioning system, ground source heat pump system and renewable energy application.

green ecological building; building energy saving; sustainable development

TU201.5

A

1671-9654(2017)04-0088-03

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.04.022

2017-09-27

张洪波（1977- ），男，江苏淮阴人，讲师，注册一级建造师、造价工程师，在读博士研究生，研究方向为工程项目管理、工程造价。

［编校：杨 琴］