节能设计在某建筑工程设计中的运用分析

张涛

（贵阳建筑勘察设计有限公司，贵阳 550038）

1 引言

建筑业作为能耗占我国能耗30%的重要行业，是当前节能减排工作中的重点。随着我国对建筑节能工作的不断重视及节能技术的持续推进，我国建筑能耗逐渐降低，且随着新技术、新建材的应用，建筑使用舒适度也有所提高[1]。

2 国内外节能建筑研究现状和研究内容

现阶段，国外专家已对建筑节能进行了大量参数化研究，Morsy 等[2]以埃及某一教育建筑为例，分析保温材料类型与厚度对建筑能耗、舒适性的影响，得出在该建筑中应用膨胀聚丙烯材料能使建筑达到最好的保温节能效果，应用水泥蛭石能使建筑室内具有最舒适的环境。我国建筑节能研究始于20 世纪80 年代，与国外研究相似，在最初开展建筑节能研究时，研究重点主要集中于建筑本体节能设计方面，即通过改善建筑围护结构热工性能、自然通风等方式，营造良好的室内环境，减少化石能源的应用，从而提升建筑节能效果。本文针对建筑形体设计、暖通空调冷热源配置方案、给排水节水措施、电气节能措施等方面，探讨某超高办公建筑中的节能应用情况，并对该建筑的全年能耗、自然通风节能潜力进行分析。

3 办公建筑调研

我国地域辽阔，不同地区存在较大地形差异。现阶段，为使节能技术应用于建筑工程并提高其质量，可应用Morris 敏感性分析方法，对各设计参数的建筑能耗影响进行分析。通过分析可知，受地形、气候等因素影响，不同城市或子气候区间的设计参数对建筑能耗影响存在较大差异，且各参数对能耗的影响存在显著的非线性特征。

4 节能设计在建筑工程设计中的应用

本文以办公建筑为例，探讨在保证建筑室内舒适度的同时，降低该建筑供暖空调能耗，实现建筑低能耗运行的节能设计方法。本研究不仅应用文献调查法对办公建筑的基本形态特征信息进行收集与分析，还应用案例分析法对典型办公建筑进行现场实测，同时应用Morris 全局敏感性分析法，对影响建筑节能效果的设计参数进行敏感性分析，获得影响建筑节能效果的设计参数，在为后续建筑节能设计提供参照的同时，减少了参与建筑结构优化设计的变量数量，为建筑节能效果的强化提供了有效支持。

4.1 项目概况

项目位于贵州某市，用地面积8 523.67 m2，总建筑面积为82 657.05 m2，容积率为7.25，建筑高152 m，共38 层，其中地下3 层，地上35 层。参照建筑设计单位面积能耗指标，得到如图1 所示的能耗占比分析图。

图1 设计建筑能耗占比分析图

4.2 节能专项设计

在建筑工程设计阶段，为提高工程项目整体节能水平，在无法有效管控办公设备能耗的情况下，设计人员将节能设计重点放在建筑形体与室内环境、节能热工设计、暖通空调节能措施等方面。

4.2.1 建筑形体与室内环境

项目位于夏热冬暖地区，故在建筑设计中应将被动节能技术合理应用于建筑形体与室内环境设计工作中。如图2 所示的小型气象站在明确建筑所处区域日照、采光、通风等基础上，对建筑朝向进行有效管控，提高了建筑室内采光效果，降低了灯光能耗消耗，减少了室外温度对室内温度的影响，有助于提升建筑节能效果[3]。

图2 小型气象站

我国建筑朝向大多为坐北朝南，由于该建筑所处区域为夏热冬暖地区，为提升室内环境舒适度，降低室外温度的影响，故设计人员在结合当地风貌及招标方对建筑风格要求的基础上，重视自然通风与建筑遮阳，以GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》为依据构建如图3 所示的参照模型，通过应用舒展通透明面的方式，既提高了建筑整体美观性及采光、通风效果，又降低了室外环境对建筑内部舒适度的影响。

图3 项目北侧面能耗模型

4.2.2 节能热工设计

在建筑节能热工设计中，选择墙材、外窗等保温材料以提升外围护结构节能效果。在外围护结构设计中，建筑外墙砌块墙结构为200 mm 加气混凝土+双面40 mm 砂浆与30 mm混凝土+50 mm 矿棉、岩棉、玻璃棉板+30 mm 保温砂浆。同时，为提升屋顶隔热效果，建筑屋顶铺设45 mm 挤塑聚苯保温板。为保证外窗透光率，提升外窗的气密性与水密性，故外窗设计为8 mm 较低透光Low-E+8 mm 透明，二者间隔12 mm，其中填充物为空气。

4.2.3 暖通空调节能措施

受项目业主后期产权与使用功能的影响，在项目冷热源机组选型与方案配置优化过程中，需保证1 层、21 层、32 层及33 层具有独立的空调系统。空调冷热源系统划分如表1 所示。

表1 空调系统冷热源系统形式

该项目不同楼层的空调通风系统存在一定的差别。1～4 层末端采用调动式空调处理机组与新风机组结合的空调设计方式；5～9 层与21～33 层采用风机盘管与新风机组结合的空调设计方式。这种空调系统设计方式使用的新风机组被设置于9 层避难层的新风机房内。此外，该工程不同楼层的计量方式也存在差别，11～20 层，22～23 层按房间设置分户远传计量表，空调系统处设置总的计量装置，冷却水补水系统与冷冻水处设置了计量装置。为有效节约项目空调系统能耗，水系统流速设计应用经济流速，其主管流速范围为1.8～2.4 m/s。设计采用水阻合理的阀门、设备，实现系统水阻的有效管控，降低了水泵能耗。上述方法使空调冷却水系统的耗电输冷比在满足GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》基础上，较节能限制降低20%以上。该项目空调通风系统及风机单位风量能耗满足节能标准要求，且新风机组应用变频控制技术，进一步降低空调系统在后续使用过程中的能耗。项目应用的水泵、风机能效满足GB 19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》及GB 19761—2020《通风机能效限定值及能效等级》要求。模拟建筑有自然通风与无自然通风情况下的能耗情况，将模拟结果与GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》中夏热冬暖地区的约束值进行比较，可知设计建筑总能耗约为参照建筑总能耗的88%。数据显示，良好的自然通风可提高建筑的节能效果。建筑暖通空调对各功能区的工作状况均满足《民用建筑能耗标准》能耗指标要求，且较建筑综合能耗低标低12%左右。项目供暖系统末端现场可独立调节，为提升建筑内部环境的舒适度、安全性，设计人员在地下室设置与排风机联动的CO 浓度检测装置，进一步提高建筑室内人员的安全[4]。

4.2.4 给排水节能措施

项目积水水源为城市自来水，当地自来水的供水压力为0.25 MPa，为了减少供水耗能，在开展给排水系统设计时，项目对建筑进行了分区供水处理。具体来说，该项目的地下3 层到地上2 层为供水一区，直接应用城市自来水供水系统进行供水操作。3 层到顶层又划分成了5 个供水区，由安置在地下室的生活变频机组进行加压或者加压后减压供水服务。同时，为了实现建筑内各层的节约用水，在设计过程中，为供水压力超过0.20 MPa 的给水支管安装了减压阀，通过这种设计方式，不仅实现了城市自来水供水压力的充分利用，还可以有效控制各层的用水器具，在减少水资源以及供水能源消耗量的同时，提升了用水器具的使用舒适度。同时，为了降低因网管破损造成的水资源浪费现象，在设计过程中，可以为该项目的水池、水箱安置报警装置，在发现水池、水箱出现长时间溢流现象时，及时发出警报信息，便于工作人员对进水阀故障进行检修，在节约水资源的同时，降低供水系统运维管理工作的难度。同时，为了方便计算水费，在设计过程中，可以为每户用户均设置水表，为后续水资源使用情况的分析提供有效的支持。

此项目使用的用水器具均为节水器具，同时，该项目使用的绿化用水采用微灌的形式，并单独计量绿化用水。此外，该项目的10～20 层为出租办公区域，该区域采用集中热水系统，生活用水的热源由空气源热泵与冷凝回收机组提供，并且以季节以及室外温度为参照，更换热源供热方式。这种供热方式的应用不仅可以满足该区域对热力资源的需要，还有效提升了建筑余热的利用率，为建筑能源利用率的提升提供有效的支持，推动建筑整体朝着节能环保的方向发展。

5 结语

为保证建筑舒适度并降低建筑能耗，设计人员应用相应软件对项目所处区域气候环境进行分析，明确了建筑能耗影响因素，并在设计中优化管理，以实现项目能耗的有效管控。对本项目实际能耗情况进行模拟分析可发现，其自然通风调节能力、暖通系统工作情况均满足GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》指标要求，但在热工、机组能耗、可再生能源应用等方面与GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》存在差异，因此，该建筑仍有优化潜力。