暖通节能设计在某建筑工程设计中的运用分析

2024-05-21宋影芳

中国建筑金属结构 2024年4期

宋影芳

（中铁建设集团有限公司，北京 100043）

0 引言

建筑产业是国家能源消耗的一个主要组成部分，其能源消耗约占全国总能源消耗的30%。随着国家逐渐关注建筑节能和推动节能设计技术应用，全国的建筑能源消耗逐步下降，同时，新技术和新材料的运用，使房屋的舒适性得到了改善。

目前，国外研究学者已经开展了许多关于节能设计的相关分析，例如，Makrygiannis 等[1]针对隔墙所用砖的形状和类型分析了建筑墙体的保温隔热性能对建筑整体节能和舒适性的影响，研究结果表明：砖的类型会对建筑墙体的隔热性能产生显著的影响，在进行建筑设计时，应考虑砖的形状和热系数等因素。我国对建筑节能的研究起步20 世纪80 年代，目前针对主体结构的节能设计、建筑外观设计、暖通系统设计、节水设计和电气系统设计等多个方面。姚秀敏[2]基于建筑电气节能创新技术，对其在节能设计中的原则进行了研究，并给出了该技术在节能设计中的创新使用方案。孙清梅[3]结合实际项目，研究了建筑材料对于节能设计的影响，并提出了合理的应用措施。通过三维模型和方案对比分析等方法，冯杨晴等[4]分析了建筑外结构对于能源消耗的作用效果，并给出了外结构节能施工方案。

本文以某办公楼为研究对象，首先阐述了节能设计相关原则，并从建筑外观和内部设计、热工设计、暖通系统设计及给排水设计四个方面分析了节能设计具体要求，以为类似项目提供参考。

1 节能设计原则

1.1 节约优先原则

在建筑勘探、设计、施工和运用阶段中，基于使用节能型材料、电气设备、卫生洁具和智能化系统，实施建筑节能规范，从而强化建筑中节能设备的管控；在设计时需要对建筑的热工性能进行详细的分析，从而增加供暖制冷、排风排水和管路照明等的使用效果；同时还应该充分使用新能源，在确保建筑功能性和室内环境舒适度满足要求的情况下，减少建筑能耗，实现资源充分高效的使用[5]。

1.2 按照科学发展原则

在实施项目施工过程中，要把以人为本的观念融入施工项目的策划和设计中。综合考虑当前人民对于建设项目的现实需要，决定下一步的施工方向与动作，并且做好对能量的统筹、设计和分配。同时，也要坚持“因地制宜”的方针。也就是说，在对建设工程进行管理的过程中，要根据地方的气候特征和建筑行业的发展需求，对设计方案进行持续的完善和优化，注重对节能、环境保护的技术手段的研发和运用。

1.3 与环境协调原则

在项目施工过程中，必须贯彻“人与自然”相结合的原则。应注意处理好建设项目与生态环境的相互影响，使人与自然和谐发展。此外，需充分认识到大型、复杂的项目施工过程对能源的特殊要求，基于节能和推动长期发展的理念，设计和施工单位需建立更为完备的设计和施工方案，在此基础上，通过对节能思想的研究，可以得到更加创新实用的技术方法，使之能够在建设工程中灵活地运用，从而有效地解决能耗问题，从而使建设项目的整体施工环境得到最大程度地改善，推动建设项目的平稳进行，并提升总体施工质量。

2 节能设计案例分析

本文以某办公楼为研究对象，分析了如何在确保建筑内部舒适性的前提下，减少其采暖与空调的能量消耗，达到节能的目的。本项目拟采用文献调研方法，采集并解析办公楼的形式特性；并采用实例研究方法，开展代表性写字楼的实地测量，采用相关灵敏度分析方法，对会导致节能效果降低的主要因素的灵敏度进行分析，以得到相关的设计指标数据，为今后的建筑节能设计工作提供参考，从而提高建筑节能设计水平和减少建筑能效。

2.1 工程概述

本办公楼总占地面积达到了8 523.67m2，建筑面积达到了82 657.05m2，容积率设计为7.25；建筑层数为35 层，地上和地下分别为33 层和2 层，总建筑高度达到了150m。图1 表示为设计单位按照面积和使用功能计算得到了能源消耗分析占比图。

图1 能源消耗分析占比图

2.2 专项设计

为了提升整个建设项目的节能程度，设计单位在不能对办公设施进行有效控制的前提下，把设计关键点集中到了建筑物外观和内部设计、热工设计和暖通系统、给排水设计等，在这几个方面设计节能措施[6]。

2.2.1 建筑外观和内部设计

本工程地处夏季炎热、冬季温暖的区域，在建筑外观和内部的设计工作中，需要对被动式节能技术进行适当的运用。通过对建筑物所在区域的光照、采光、通风等参数的确定，可以对建筑物的朝向做出合理的设计，从而改善建筑物的内部采光，减少照明能源的损耗，降低建筑内外温差较大而产生的不良作用，从而促进建筑的节能，图2 为项目设置的相关参数采集站。

图2 参数采集站现场图

因为本项目处于夏热冬暖的区域，为提高室内舒适性和减少室外气温对内部环境的冲击，在设计过程中需要满足实际情况和业主相关要求的同时，重点关注建筑的天然通风和遮阳效果；所以，基于相关设计规范，建立了一个建筑外观模型，该模型外立面设计为透明状，这样可以在改善建筑物的总体美感和采光通风效果的同时，减少室外环境对室内舒适性的不良效果。

2.2.2 建筑热工设计

通过对外墙、窗户等隔热材料的选用，以达到提高围护结构节能效果的目的。在本工程围护结构中，外墙的设计从内至外分别为200mm 厚加气块、双层40mm 厚砂浆垫层、50mm 厚墙面岩棉板、30mm 厚面层隔热砂浆；此外，为了提高屋面的保温性能，在屋面上采用了挤塑板，其铺设厚度达到了100mm；外窗玻璃厚度采用8mm 的双层Low-E 型低透光玻璃，层间隙为12mm，以此确保外窗透光率、气密性满足要求。

2.2.3 暖通系统设计

由于建设单位的特殊要求和实际功能的影响，在进行冷热源设备选择和优化设计的时候，应在1、4、5 ～9、21、22 ～33 层安装与中央空调区分开的独立空调。表1 展示了设备系统的形式。

表1 设备系统形式列表

由表1 可以看出，各层的空调系统有明显的区别。1 ～4层终端为动力型空调系统和新风设备相结合的设计方案；5 ～9层和21 ～33 层设计为风机盘管和新风系统；该设计方案是将新风设备布置在楼层中的新风机房中。另外，各个楼层所采用的计量措施也是不一致的，11 ～23 层均布置了入户计量设备，按照每户进行计量，在终端布置一个总计量设备。

为了更好地节省空调能源消耗，本工程的供水速度采用了经济流量，主要流量控制在1.8 ～2.4m/s 之间。通过合理布置水力阻挡装置，实现了对系统的水阻力的控制，减少了泵的能量消耗。通过采用该方案，可以在达到节能设计规范需求前提下，将能耗至少减少20%。此外，空调通风和新风设备消耗指标都符合国家节能规范要求，并且新风设备还采用了变频技术，从而更好地减少了后期运行时的能耗。

工程所采用的水泵和风机能源消耗指标能够符合涉及水泵和通风机组能效的国家标准要求并对其进行了优化设计。通过对有和没有自然通风两种工况的室内能源消耗进行仿真分析，并将结构和建筑能耗标准中的相同地区的限制值对比分析得到：设计的总体能源消耗值为规范限制值的88%。这个数据表明采用合理的自然通风方式可以有效地降低建筑物的能耗。

2.2.4 给排水设计

本工程以市政自来水为水源，项目所在地供水压力大约在0.25 MPa，在进行给水管网设计时，为降低供水消耗，对建筑物采取了分区给水措施。例如，地下室3 层～地上1 层设计为一分区，该分区是直接接受自来水公司的供水；而2 ～33 层分别设计了4 个分区，是基于生活泵房将水增压后将各个分区的水供应到位。

在上述基础上，针对供水压力大于0.20 MPa 的给水管设置减压阀门，从而提高各个楼层的节水效果；此外，该设计还能够提高用水设备的舒适性。在本工程中，还可以在水箱等中安装报警设备，当发现水箱有持续性溢出情况时，就会发出报警信号，方便作业人员对阀门的损坏的部位进行维修；这样既节省了水源，又减少了供水系统维护和管理的困难。另外，在设计时应每户都布置计量表，便于后期水费的核算和水资源使用分析。本工程中所用的器具都属于节水型，而室外绿化浇灌则微喷灌的方式进行，并独立设置计量设备。

由于10 ～20 层设计为写字楼为出租部分，该部分使用了中央供暖系统，其水热源主要基于空气源泵组和冷凝回收机组，同时根据季节和室外气温，选择合适的热源供应形式。该形式既需要能够解决本地区对于热能的需求，又能够提高建筑多余热量的使用率，从而提高建筑的能源使用效率，促进整个建筑的节能发展。

3 节能设计展望

3.1 转变设计思路

在目前的建设行业中，应将节能观念很好地应用到工程施工中去，并持续地改进施工技术，这就需要在设计思路上进行转变。为了更好地与新时代的社会发展状况相匹配，要充分了解信息技术在推动建筑行业全面实现深度变革中所具有的重大作用，并对目前较为智能的技术软件以及各种技术方法进行了充分的整合；此类信息化技术可以很好地在实际项目中得到运用，形成一种先进的节能施工技术管理系统。通过对设计图纸和施工方案进行优化以及基于对相关设计参数的详细分析，从而明确施工过程各个阶段的建设指标，确保施工设计方案与现场达到一致，减少后期设计变更带来的二次施工，从而很好地降低了能源的消耗。

3.2 现代化技术管控

基于信息化技术作为基础，可以对施工过程的成本进行全面的控制，实现建设成本测算与实际施工成本进行关联，使其能够在进行系统分析时有效地找出超支的部分，并在此基础上，编制一套更加切实可行的成本管理方案，将该方案与现代化技术相结合，从而对整个施工全周期进行全面的管控；此外，应构建完善且精细化的管控体系，对项目现场作业环境进行全方位的监控，以便有效检测到潜在的浪费风险，并督促专业技术人员对其重新设计及调配，以达到对能源消耗的管控。更重要的是，在节能理念的支撑下，要注意加强建筑企业内部有关人员的整体素质教育，增强他们的节能意识。

3.3 加强施工过程监督

在项目开始之前，应当对项目的总体状况进行全面的了解，对设计和施工等各环节容易出现能耗问题的地方进行详细的分析。基于国家的建设节能政策，制定出项目的节能设计目标，并注重工程建设全周期能耗的管控；此外，还应该加强工程各方建设主体的沟通，共同制定节能设计方案的编制，对建筑施工技术系统进行持续性的改进与优化，以节能理念为基础，推动建筑行业的高质量发展。