我國北方辦公建筑能耗特點(diǎn)及節(jié)能設(shè)計(jì)措施

陳兆濤 管振忠

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，辦公建筑越建越多、檔次越來越高、規(guī)模越來越大、立面造型越來越新穎別致、舒適度越來越高，由此帶來了巨大的能耗問題。不合理的能源設(shè)計(jì)不但給業(yè)主帶來了巨大的能耗負(fù)擔(dān)，也給國家造成了巨大的浪費(fèi)。北京一些較新的寫字樓由于高能耗問題，市場對此非常反感，租金只能是原來預(yù)計(jì)的 50%左右，有的甚至還達(dá)不到。

因此，為減少辦公建筑的能耗，積極響應(yīng)國家“建設(shè)節(jié)約型社會”的號召，我們十分有必要對辦公建筑的能耗特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出適宜的解決方案，推進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

2 我國北方辦公建筑能耗特點(diǎn)

1)冷暖都要保證。為保證足夠的舒適度，我國北方地區(qū)辦公建筑冬季需要采暖，夏季需要制冷。辦公建筑尤其是高檔寫字樓對室內(nèi)環(huán)境控制要求較高，而且大量的辦公設(shè)備釋放了大量熱能，由此帶來了較大的冬季熱負(fù)荷和夏季冷負(fù)荷。2)使用時(shí)間主要在白天。辦公建筑自身的使用功能決定了其主要使用時(shí)間在白天，夜間僅有少量房間加班，主要使用峰電，很少使用谷電，對白天的峰值負(fù)荷造成了不利影響，應(yīng)考慮蓄能措施，同時(shí)考慮利用太陽能等新能源進(jìn)行采暖、空調(diào)和采光。3)設(shè)備、照明耗能量大。現(xiàn)代辦公建筑辦公自動化系統(tǒng)發(fā)展迅速，從電腦到復(fù)印機(jī)等一系列辦公設(shè)備一應(yīng)俱全，在給人們以巨大方便的同時(shí)帶來了相當(dāng)大的能耗。同時(shí)現(xiàn)在辦公建筑多設(shè)置幕墻，無法采光，室內(nèi)照明和裝飾照明消耗了大量電能。4)部分辦公建筑因內(nèi)部熱源分為內(nèi)外兩區(qū)。一些辦公建筑體量較大，內(nèi)部核心區(qū)域幾乎不向外界傳熱，而人體、設(shè)備散熱量大，造成了只有冷負(fù)荷全年需要制冷的內(nèi)區(qū);外區(qū)則冬季須采暖夏季須空調(diào)。內(nèi)區(qū)廢熱的回收利用也應(yīng)予以考慮。5)新風(fēng)負(fù)荷大。近年來，隨著生態(tài)辦公理念的深入人心，營造舒適高效的辦公環(huán)境成為開發(fā)商追求的目標(biāo)，較大的新風(fēng)量是生態(tài)建筑的基本標(biāo)準(zhǔn)之一，增大的新風(fēng)量帶來了較大的新風(fēng)負(fù)荷，利用自然資源減少新風(fēng)負(fù)荷已成為建筑能源設(shè)計(jì)的潮流。6)供能要可靠。現(xiàn)代辦公建筑對辦公自動化設(shè)備依賴程度日益增大，對供能的可靠性要求很高。而電力緊張?jiān)斐傻耐ｋ姾屠l限電常常會給公司造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此提高供能的可靠性，考慮BCHP等綜合供能系統(tǒng)的使用應(yīng)越來越多的體現(xiàn)在能源設(shè)計(jì)方案階段。

3 目前我國北方辦公建筑節(jié)能方面存在的主要問題

1)建筑設(shè)計(jì)中考慮節(jié)能較少。目前在建筑設(shè)計(jì)中，考慮較多的仍然是建筑造型和立面效果，對節(jié)能考慮較少。從一開始設(shè)計(jì)就沒有就形體系數(shù)、窗墻比、光照遮擋等問題對建筑節(jié)能的影響進(jìn)行細(xì)致討論，往往建設(shè)出的大樓出現(xiàn)形體系數(shù)較大、北向開大窗等現(xiàn)象而又未采取相應(yīng)的措施，造成能耗較大，也為以后的節(jié)能改造和新能源系統(tǒng)的使用造成了不便。2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能過于薄弱。當(dāng)前許多高檔寫字樓為了片面追求氣派的立面效果，大量使用普通玻璃幕墻，甚至全部使用玻璃幕墻做外圍護(hù)結(jié)構(gòu);這種玻璃盒子的做法在冬季大量散熱，夏季又引入了大量輻射熱量，大大增加了冬季熱負(fù)荷和夏季冷負(fù)荷，并在靠近外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的區(qū)域造成了較為惡劣的辦公熱環(huán)境。3)缺乏整體能源設(shè)計(jì)和全壽命經(jīng)濟(jì)分析。目前的建筑設(shè)計(jì)往往缺乏一個(gè)整體合理的能源設(shè)計(jì)方案即能源規(guī)劃或在一開始并沒有過多考慮能源問題并制定一個(gè)大樓全壽命的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。使得建筑無法在一開始就按照最佳的能源配置方案用能，造成了能源利用效率較低。4)業(yè)主過于看中初投資而不考慮使用成本。目前大部分業(yè)主由于資金所限等諸多原因，只片面強(qiáng)調(diào)低造價(jià)，而不考慮今后運(yùn)行時(shí)的高昂使用成本，這樣就造成了一些建筑原本可以在增加很少投資的情況下建設(shè)成為非常節(jié)能的建筑，卻建設(shè)成為非常不節(jié)能的建筑，而且難以進(jìn)行節(jié)能改造，成倍增加了運(yùn)行成本。許多業(yè)主認(rèn)為建好房子就行了，交電費(fèi)是租戶的事，但隨著節(jié)能理念的深入人心和能源價(jià)格的不斷上漲，租戶將越來越多的考慮使用成本，最終不節(jié)能建筑的租金將遠(yuǎn)低于節(jié)能建筑的租金，業(yè)主將遭受更大損失。

4 我國北方辦公建筑適用的建筑技術(shù)及設(shè)計(jì)手法

4.1 規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)方面

1)避開不利環(huán)境、爭取有利環(huán)境、朝向。從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該考慮避開一些對建筑熱環(huán)境不利的因素如北風(fēng)和其他建筑物的遮擋等。同時(shí)應(yīng)考慮合理配置建筑物的布局以保證主要建筑得到良好的光照，并可在過渡季節(jié)利用自然風(fēng)降溫。良好的規(guī)劃設(shè)計(jì)可以為節(jié)能設(shè)計(jì)和新能源的利用打下良好的基礎(chǔ)。2)控制體型系數(shù)和窗墻比。體型系數(shù)是目前常用的體型控制指標(biāo)，建筑物外表面積越大，散熱面就越大，其耗熱量隨體型系數(shù)的增長而增加。JGJ 26民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:“建筑物體型系數(shù)宜控制在 0.30以下”。因此，嚴(yán)格控制體型系數(shù)對節(jié)能建筑設(shè)計(jì)很重要。建筑體型系數(shù)與建筑單元聯(lián)列情況有關(guān)。適當(dāng)增加建筑物層數(shù)，也可降低體型系數(shù)，建筑物層數(shù)增加的過程中，外圍面積的遞增比不上所包圍的體積的增加，即體積略大于面積的增率。高層建筑的體型系數(shù)普遍偏低，一般在 0.10～0.15之間就是這個(gè)原因。當(dāng)單元平面(標(biāo)準(zhǔn)層)面積相同時(shí)，提高建筑物進(jìn)深(面寬減少)，體型系數(shù)會相應(yīng)減小，即相對直角而言，正方形的體型系數(shù)為最小。因此，在功能許可、技術(shù)條件允許時(shí)，建筑平面接近正方形對建筑節(jié)能是有利的。再就是選擇合適的平面形狀。圓和多邊形對節(jié)能有利，三角形對節(jié)能不利。因此，建筑物平面空間組合集中緊湊，減少凹量變化，可使體型系數(shù)減小。建議在建筑平面形狀上采取典型的平面(三角形、方形等)，在此基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)钠矫孀兓?，?chuàng)造一定的美學(xué)效果，盡量減少不必要的小尺度的凹量不齊。另外，適當(dāng)增大建筑物體量，可降低建筑物的體型系數(shù)。3)溫度“阻尼區(qū)”的設(shè)置。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次，這一中間層次像熱閘一樣阻止外冷風(fēng)的直接滲透，減少外墻、外窗的熱損失。4)發(fā)揮CFD軟件在規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)作用。CFD即計(jì)算流體力學(xué)是一種模擬仿真技術(shù)，在規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要在于模擬預(yù)測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其他工質(zhì)流體的流動情況。通過CFD模擬，我們可以方便準(zhǔn)確的預(yù)測組團(tuán)、建筑單體和室內(nèi)空間的風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適度等，從而有的放矢的調(diào)整設(shè)計(jì)方案，避免不利的風(fēng)環(huán)境，有目的的利用自然通風(fēng)降溫。5)使用能耗模擬軟件。為了在建筑建造以前就對建筑的能耗狀況做出分析和判斷，能耗模擬軟件越來越多的應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中，可在方案階段就找到圍護(hù)結(jié)構(gòu)或暖通空調(diào)系統(tǒng)存在的問題，及時(shí)予以調(diào)整。上述幾個(gè)軟件可能需要設(shè)備工程師來使用操作，建筑師則可以使用ECOTECT等軟件快速的得到一個(gè)建筑能耗分析的直觀結(jié)果，雖然不十分精確，但已足夠建筑師調(diào)整方案。能耗模擬對于建筑節(jié)能有著重大的意義，因?yàn)橐坏┙ㄖǔ?，進(jìn)行節(jié)能改造就非常麻煩，第一步做好是最重要的。

4.2 建筑技術(shù)方面

建筑技術(shù)層面的節(jié)能措施主要應(yīng)從:圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱、暖通空調(diào)節(jié)能、建筑設(shè)備節(jié)能、太陽能的利用等方面著手，采取適宜業(yè)主情況的節(jié)能方案，達(dá)到節(jié)能與投資的最佳平衡。建筑節(jié)能技術(shù)門類眾多，對應(yīng)每種層次的辦公建筑都有與之對應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，在此不做詳細(xì)介紹。

4.3 能源合同管理

做好節(jié)能工作，除了技術(shù)措施以外，良好的節(jié)能運(yùn)作機(jī)制也是不可缺少的，近年來興起的合同能源管理就是一種有效的節(jié)能運(yùn)行機(jī)制。

合同能源管理(簡稱EMC)是一種全新的節(jié)能服務(wù)機(jī)制。與傳統(tǒng)的節(jié)能服務(wù)公司通過推銷節(jié)能產(chǎn)品或節(jié)能技術(shù)來推動建筑節(jié)能的模式不同，EMC是一種集前期工種診斷設(shè)計(jì)，中期融資、采購、安裝，后期節(jié)能測定跟蹤服務(wù)為一體的全方位、系統(tǒng)化服務(wù)。其內(nèi)容包括:為客戶提供能源診斷、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)選擇、項(xiàng)目融資、設(shè)備采購、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、人員培訓(xùn)、節(jié)能量監(jiān)測、節(jié)能量跟蹤等。其實(shí)質(zhì)是以減少的能源費(fèi)用來支付節(jié)能項(xiàng)目全部成本的投資方式，這樣一種節(jié)能投資方式允許用戶使用未來的節(jié)能收益用于工廠或建筑的設(shè)備升級，以及降低運(yùn)行成本。合同結(jié)束后，高效能的設(shè)備和節(jié)能效益全部歸客戶所有。

合同能源管理機(jī)制的實(shí)質(zhì)是:一種以減少的能源費(fèi)用來支付節(jié)能項(xiàng)目全部成本的節(jié)能投資方式。這種節(jié)能投資方式允許用戶使用未來的節(jié)能收益為工廠和設(shè)備升級，以及降低目前的運(yùn)行成本。節(jié)能服務(wù)合同在實(shí)施節(jié)能項(xiàng)目的企業(yè)(用戶)與專門的節(jié)能服務(wù)公司之間簽訂，它有助于推動節(jié)能項(xiàng)目的開展。

為了提高我國在節(jié)約能源方面的迅速發(fā)展，1997年，我國政府(財(cái)政部和原國家經(jīng)貿(mào)委)與世界銀行和全球環(huán)境基金(GEF)共同實(shí)施了“世行/GEF中國節(jié)能促進(jìn)項(xiàng)目”。該項(xiàng)目旨在引進(jìn)“合同能源管理”模式，并進(jìn)一步在我國推廣。目前國內(nèi)已經(jīng)有 80家具有“合同能源管理”模式的企業(yè)，并且取得了巨大的業(yè)績。

“合同能源管理”作為一種面向市場的節(jié)能新機(jī)制，有其廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。EMC作為專業(yè)化的節(jié)能服務(wù)公司，通過帶資為企業(yè)實(shí)施節(jié)能改造項(xiàng)目，向企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能服務(wù)，從而提高企業(yè)的能源利用效率，降低企業(yè)成本，客戶企業(yè)在沒有先期資金投入的情況下，可獲得穩(wěn)定的節(jié)能收益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，“合同能源管理”機(jī)制必將越來越多地被客戶企業(yè)所關(guān)注和接受。

[1] 賈 磊.談節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2009，35(4): 259-260.