建筑方案設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)思想的運(yùn)用

王祥

（武漢中合元創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)股份有限公司）

1 引言

建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合技術(shù)運(yùn)用的系統(tǒng)工程，既包括房屋建筑的本體技術(shù)，又涉及到建筑材料以及建筑電氣設(shè)備的選擇。從本文設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對節(jié)能設(shè)計(jì)思想在設(shè)計(jì)過程中的貫徹進(jìn)行探討，并對給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說明，對中水技術(shù)的節(jié)能效率進(jìn)行實(shí)例分析。

2 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的四個(gè)理念和三個(gè)基本原則

2.1 四個(gè)理念

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)至少要體現(xiàn)四個(gè)方面的理念：

1）節(jié)約土地資源

在智慧城市建設(shè)的理念下，城市建筑的空間設(shè)計(jì)要由原來的“粗放型”轉(zhuǎn)向“集約型、密集型”發(fā)展，建設(shè)過程中要減少有害物質(zhì)以及建筑垃圾的排放，盡量做到材料的循環(huán)利用，最大限度的減少對土地資源的污染和占用。

2）節(jié)材

體現(xiàn)綠色建筑理念，在建筑材料設(shè)計(jì)上，要考慮資源優(yōu)化配置和最大化利用的基本原則，擴(kuò)大可再生材料以及可重復(fù)使用材料的應(yīng)用。

3）節(jié)約水資源

建筑節(jié)約用水，主要體現(xiàn)在生活用水、綠化用水、中水合理利用等方面。

4）節(jié)能，主要指電能和燃?xì)饽?/p>

建筑設(shè)計(jì)要充分利用太陽能、地?zé)崮艿刃履茉吹睦茫瑴p少對傳統(tǒng)能源的依賴，選擇節(jié)能的采暖及空調(diào)等電器設(shè)備，合理選擇建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)系數(shù)以及節(jié)能環(huán)保材料，盡量減少采暖及空調(diào)設(shè)備的使用。

2.2 三個(gè)原則

2.2.1 “因地制宜”原則。

建筑節(jié)能運(yùn)行是諸多綜合因素共同作用的結(jié)果，和建筑所在地區(qū)的氣候、建筑周邊微環(huán)境、建筑自身設(shè)計(jì)都有密切的關(guān)系。就拿建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)來講，圍護(hù)結(jié)構(gòu)系數(shù)的合理設(shè)計(jì)，可以將建筑能耗降低30%-50%,實(shí)現(xiàn)超低能耗。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)中外墻、外窗的傳熱系數(shù)以及太陽的熱系數(shù)的選擇，和地區(qū)環(huán)境氣候有直接的關(guān)系。比如嚴(yán)寒地區(qū)（如黑龍江）、冬冷夏熱地區(qū)（如武漢）、冬暖夏熱地區(qū)（如海南），因?yàn)榄h(huán)境氣候上存在大的差異，所以必須選擇不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)系數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的最大化。

以武漢地區(qū)的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)為例，武漢是一個(gè)典型的冬冷夏熱地區(qū)，夏季表現(xiàn)悶熱，而冬季顯得比較濕冷，所以設(shè)計(jì)武漢地區(qū)的節(jié)能建筑，必須要以適應(yīng)武漢的氣候特征為前提，這是節(jié)能設(shè)計(jì)要首先考慮的第一要素。具體來講，要掌握以下幾大要點(diǎn)：

①建筑物朝向盡量“坐北朝南”設(shè)計(jì)，要保持建筑物室內(nèi)，以及建筑群之間在夏季具有較好的自然通風(fēng)效果，建筑群的整體布局要避免采用“周邊式”。在建筑群布局設(shè)計(jì)上，低層建筑要放在南面（夏季迎風(fēng)面），中間是多層建筑，最北面設(shè)計(jì)高層建筑。如果不能這樣優(yōu)化布局就會影響到建筑的自然通風(fēng)效果，一般要考慮在高層建筑底層做局部架空設(shè)計(jì)來提升自然通風(fēng)的效率。

②在條件允許的情況下，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要盡量加大樓間距，建筑群之間要減少硬化地面設(shè)計(jì)，提高地面綠化率和常綠灌木、落葉喬木的種植，通過立體綠化體系的建立來阻擋、吸收太陽的直射輻射（良好的綠蔭體系能夠阻擋50%-90%太陽光輻射熱量），降低地面給建筑物的輻射反射，減輕區(qū)域范圍內(nèi)的熱島現(xiàn)象，降低環(huán)境溫度。

③建筑體型系數(shù)要控制在節(jié)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在外墻設(shè)計(jì)上，要減少凹凸面與架空樓板設(shè)計(jì)，避免外墻洞口沒有窗戶的飄窗設(shè)計(jì)，降低坡屋頂坡度，或添加結(jié)構(gòu)平頂鵬，樓梯間要設(shè)計(jì)成封閉式的。

④避免大開窗設(shè)計(jì)，滿足采光要求即可。門窗玻璃的選擇以普通透明玻璃和淺色的低輻射鍍膜的中空玻璃為主。門窗型材以斷熱鋁合金、塑鋼、斷熱彩鋼為宜，不能使用非斷熱材質(zhì)的。外門外窗的氣密性、水密性指標(biāo)要良好，隔音性能不低于30，抗風(fēng)壓性能在2.5kPa以上。

⑤屋頂、外墻不僅要有很好的保溫隔熱性能，還要避免保溫層出現(xiàn)滲水以及內(nèi)部結(jié)露、發(fā)霉。所以不能只采用空心砌塊和單一輕質(zhì)保溫材料，要使用輕質(zhì)與厚實(shí)材料的組合構(gòu)造設(shè)計(jì)。屋頂以及外墻表面裝飾層的顏色宜以淺色為主，如果有深色飾面設(shè)計(jì)要求，就要相應(yīng)加大保溫隔熱層厚度，夏季內(nèi)表面的計(jì)算溫度以低于35℃為宜。

⑥圍護(hù)結(jié)構(gòu)系數(shù)選擇。盡量降低外墻、外窗的隔熱系數(shù)和太陽的熱系數(shù)。如果建筑體型系數(shù)等指標(biāo)方面略微超出節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，要通過維護(hù)結(jié)構(gòu)系數(shù)的適當(dāng)調(diào)整來提高其熱工性能。除此之外，建筑設(shè)計(jì)還要綜合考慮本地區(qū)的人文關(guān)懷。我國地大物博，各地區(qū)的環(huán)境氣候、人文地理以及水文地質(zhì)條件都有很大的區(qū)別，所以，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)不能“依葫蘆畫瓢”，照搬照抄，必須結(jié)合建設(shè)區(qū)域的實(shí)際情況，制定有針對性的節(jié)能方案。

2.2.2 提高新技術(shù)引入，做好技術(shù)運(yùn)用的綜合分析與相互關(guān)聯(lián)

在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，要注重節(jié)能技術(shù)的使用，尤其是新技術(shù)的引入，加大建筑科技含量，提高智能化水平，加強(qiáng)技術(shù)關(guān)聯(lián)。目前，應(yīng)用于建筑節(jié)能的新技術(shù)有很多，包括太陽能、地?zé)崮艿刃履茉吹氖褂?，還有磁懸浮技術(shù)、水水源熱泵技術(shù)、冰蓄冷技術(shù)、在照明系統(tǒng)中使用太陽光持續(xù)追蹤技術(shù)和人員感應(yīng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)中的中水回用技術(shù)（在本文“3”中有較為詳細(xì)的闡述）、新型保溫材料及隔熱外墻技術(shù)等等。建筑設(shè)計(jì)在滿足節(jié)能降耗要求的基礎(chǔ)上，要進(jìn)一步提高建筑使用的舒適度和智能化水平，在控制管理上形成統(tǒng)一的有機(jī)整體。

2.2.3 保持責(zé)任心原則

作為建筑設(shè)計(jì)者，一定要保持極強(qiáng)的社會責(zé)任感，并在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中得到完美體現(xiàn)。節(jié)能降耗是關(guān)乎人類社會可持續(xù)發(fā)展的一件大事，每一個(gè)人都有一份責(zé)任，尤其是設(shè)計(jì)者，責(zé)任更加重大，應(yīng)不辱使命。

3 建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用舉例-給排水系統(tǒng)

建筑物需要大量的淡水資源消耗，做好建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，提高水資源的綜合利用率，也是節(jié)能理念在建筑節(jié)能體系中的重要表現(xiàn)，本節(jié)介紹了在建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中用到的幾大關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)，并通過實(shí)例重點(diǎn)說明了中水回收技術(shù)的節(jié)能效益。

3.1 建筑給排水系統(tǒng)中常用的節(jié)能設(shè)計(jì)

①給水節(jié)能?，F(xiàn)在高層建筑居多，在給水節(jié)能設(shè)計(jì)上，一般采用變頻調(diào)速水泵控制給水環(huán)節(jié)，調(diào)整供水范圍與速度，控制水泵水壓變化，與普通水泵能耗相比，可以節(jié)約電能25%左右。

②熱水供應(yīng)節(jié)能。熱水供應(yīng)是建筑供水的重要內(nèi)容，電加熱方式電能消耗大，節(jié)能的主要措施就是改造、更換加熱設(shè)備，積極使用綠色的可再生能源替代傳統(tǒng)的電能加熱，可以大大節(jié)省電能的耗用。太陽能熱水系統(tǒng)是熱水供應(yīng)節(jié)能的典型代表，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。以本地區(qū)一座建筑面積為20萬m2的建筑為例，使用太陽能熱水系統(tǒng)，熱水量可達(dá)5000m3,熱水量供應(yīng)比達(dá)到90%，節(jié)約了大量的傳統(tǒng)能源。

③做好用水裝置的自動化控制。

④輸水管道盡量使用PVC-U管或者是不銹鋼管，避免銹蝕導(dǎo)致用水浪費(fèi)，用水器具采用節(jié)能性器具。

⑤雨水回收系統(tǒng)，中水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水資源回收利用。

3.2 中水回用技術(shù)及節(jié)能效益分析

圖1 某大廈逐月用水量統(tǒng)計(jì)對比量

節(jié)水是綠色建筑和節(jié)能的重要指標(biāo)，建筑中的中水回用系統(tǒng)對建筑雜排水以及雨水回收處理后用于綠化灌溉、沖廁所等雜用水，節(jié)約了大量的水資源。以某建筑面積為10萬m2的辦公大廈為例。該大廈設(shè)有0.8萬m2的商業(yè)建筑面積，7.2萬m2的辦公面積，其余2萬m2為地下室面積。項(xiàng)目年用水量設(shè)計(jì)為10萬m3/a。該大廈設(shè)計(jì)了中水回收系統(tǒng)，并采用MBR（膜生物反應(yīng)處理工藝）對建筑雜排水和雨水進(jìn)行處理后回用。選取2018年1月到2019年6月這段區(qū)間，對該建筑的用水總量和中水用水量做統(tǒng)計(jì)分析，表明中水系統(tǒng)的節(jié)能效果（見圖 1）。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，2018全年的總用水量是約7萬m3，比設(shè)計(jì)用水量節(jié)約了3萬m3，建筑節(jié)水達(dá)到30%，這都?xì)w結(jié)于節(jié)水器具、自動化控制、減壓限流、分級計(jì)量等節(jié)水措施的成果。從統(tǒng)計(jì)中還可以看到2018年全年中水用水量合計(jì)1.1萬m3，占到建筑總用水量15.7%，這不僅大大減少了自來水的供給，同時(shí)也減少了廢水排放。

4 結(jié)語

建筑能耗主要包括運(yùn)行使用能耗和建造能耗兩個(gè)大的部分。建造能耗系指建筑施工中占用的建設(shè)用地、使用的建筑材料、配件、設(shè)備以及安裝能耗；而使用能耗系指在建筑物使用過程中發(fā)生的照明、炊事、空調(diào)、采暖、家用電氣、通風(fēng)、用水等水、電、燃料能耗。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)必須要緊緊圍繞這些方向展開，秉承節(jié)能理念、把握“因地制宜”等原則、從總體布局入手，做好建筑體型分析，合理利用各項(xiàng)節(jié)能材料、節(jié)能技術(shù)和智能化管理手段，使建筑物的節(jié)能性能得到全面提升。