公共办公建筑节能设计研究

公共办公建筑节能设计研究

发表时间：2018-06-11T11:09:40.047Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第36期作者：任周勇[导读] 对于公共建筑能耗指标，根据建筑工程的不同状况，可提出不同的指标。

上海中森建筑与工程设计顾问有限公司上海普陀 200062

摘要：公共建筑是城市构成的重要组成部分，是城市建筑中的耗能主要部分，在公共建筑中相当大一部分为办公建筑。在办公建筑项目的整个设计环节中，对于各种先进技术和资源合理有效的整合，实现节约和环保的效果，通过合理的设计提升各项资源的使用率，最大程度上降低办公建筑对于生态环境造成的各种影响，构建可靠的节能建筑，为办公提供优质环境。基于此本文分析了公共办公建筑节能设计。

关键词：公共办公建筑；节能；设计

1、公共建筑能耗指标

对于公共建筑能耗指标，根据建筑工程的不同状况，可提出不同的指标。基于建筑工程参数概况，主要分为两大类指标，规定性指标、综合能耗指标。基于研究方法的指标，实测指标如用能强度指标（EUI），主要通过实测等途径获得，模拟指标如设计/标准建筑物的年耗电费用指标（DEC/SEC），是通过模拟的手段获得。其中，规定性指标主要在初步设计阶段；综合能耗指标在建筑的设计、运行使用阶段，通过能耗计量汇总分析各项指标，并具有一定的地区适应性，也可以通过模拟获得该指标，既可以在设计阶段也可以在项目节能改造阶段，对项目改造措施进行模拟预测分析，本节主要通过模拟的手段对规定性指标进行评价研究。

规定性指标是指在建筑设计中对建筑附属参数以及内部设备参数进行规定的指标，如《公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）》中规定的在不同气候区域不同体型系数下，对于建筑附属参数如建筑围护结构外墙、屋面、外门及楼板传热系数、窗墙比、太阳得热系数、屋顶透明部分的规定限值以及对采暖、空调、照明、设备、新风参数的规定值。

表1、2 为《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）与《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中规定围护结构相应的传热系数。对于夏热冬冷地区公共建筑围护结构的要求，《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）是根据近十年建筑材料变化更新做出的新要求，从图1 可以看出幕墙传热系数的变化，并第一次对太阳得热系数 SHGC 与窗墙比大于 0.7 的围护结构提出了要求，之前是强制要求围护结构窗墙比小于 0.7。对于其他围护结构，对屋面传热系数要求减少28.5-42.9%，外挑楼板传热系数要求减少30%，外墙传热系数要求减少20-40%，屋顶透明部分传热系数要求减少13%，并对屋顶透明部分面积作了要求。

2、节能设计的思路

国内公共建筑可持续性的发展和传统的建筑对比来看，技术类型更多，涉及范围更加广泛。可持续发展设计作为现代建筑设计的主导方向，办公建筑设计在整体规划和单项专业设计中需从节能、绿色、生态等角度出发，对其规划和实施进行有效控制，从使用材质和设计上创新使用更科技的环保技术，有效的提高办公建筑的科技性，还能提高使用企业部门的专业整体形象、减少办公耗材的投人、提高办公效率。在此设计过程中就需要坚持综合节能环保的原则，区别分析现代节能办公建筑和传统建筑的建筑特点，结合建筑的区间状况、功能、空间形态，设备系统等各个角度综合考虑，最终实现资源的优化配置。

图1 夏热冬冷地区窗体结构要求对比图（GB50189-2015与 GB50189-2005）

3、公共办公建筑节能设计

3.1、实体墙节能技术

外墙在建筑围护结构中占有最大比例的面积，在采暖负荷中也是主要的散热部位，也是夏季以空调降温建筑为主的建筑的主要集热部位，因此针对外墙的节能设计十分重要。严寒和寒冷地区的建筑物的主要耗热量来源于围护结构的传热量，比例甚至高达70%-80%。在计算建筑物的传热耗热量时，25%的来源于外墙部分，大约15%来源于楼梯间的隔墙左右，所以要想让建筑的节能效果显著提高，必须首先要改善墙体的传热性能。基于不同地区气候差异和房间功能的区别目前墙体的构造类型基本可分为：

a.保温与承重墙相结合：空心砖、多孔砖、空心砌块、轻质空心砌块等，既能承重又能保温。这就要求在实际制作时要选用具有比较小的传热系数且有一定机械强度的耐用材料。这是目前的一种简单构造，施工便捷的方式。

b.保温与填充墙相结合：外墙体自保温墙体自保温技术体系是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料及配套砂浆，使墙体的热工性能等物理性标准的建筑墙体保温隔热技术体系，其系统性能及组成材料的技术要求须符合相关技术标准的规定。该技术体系具有工序简单、施工方便、安全性能好、便于维修改造和可与建筑物同寿命等特点。工程实践证明，应用该技术体系不仅可降低建筑节能增量成本，而且对提高建筑节能工程质量具有十分重要的现实意义。墙体自保温系统是通过加气混凝土砌块等墙体材料本身提高隔热性能，其原理就像发面包一样，里面有一个个小孔，这些材料分量较轻，保温性能也比较好，适合应用在框架结构建筑中。值得一提的是，由于自保温材料强度比较弱，且对应用环节要求较高，可能会出现墙体开裂的现象。

c.单设保温层：这是如今最常用的办法，保温层同样选择具有很小的传热系数的材料，足够满足保温的效果，只是不再起到承重的功能，正因为如此，墙体的质量得以大幅降低，使抗震性能得到加强，同时结构断面的尺寸也因此缩小，而且比前一种方式灵活了许多。由于保温层不承重，可以大大减小墙体的质量，提高抗震性能，减小结构的断面尺寸。这种保温方式又可分为：外墙内保温、夹心保温和外墙外保温。

I、外墙内保温系统：就是在建筑物的内侧设置设置保温材料，一般采用挤塑聚苯板（XPS）、聚氨酯板（PU）、聚合物保温砂浆、石膏等，目前这是相对比较成熟的一种技术之一。它具有传热系数低、施工简单、易于操作、受气候影响小的特点。但是其存在不足，外墙内保温的保温层构造位置使得建筑物外墙与内墙分别处于两个不同的温度环境，导致室内面层容易产生裂缝，也无法解决外墙的冷热桥的问题，而且房间内的使用空间也被保温侵占了一部分，因此单纯的外墙内保温不利于节能，也对建筑的使用期限有一定的负面影响。

II、外墙外保温：是把保温层敷设在外墙的外表面上。这种可以使外墙保温性能得到显著提升的方式不但可以用于新建工程的外墙施工上，还可以用于老旧建筑的升级改造上。但是由于施工的局限性，就要求保温材料在水密性、抗风压等方面要可靠，要在温度变化的情况下，不能产生裂缝，同时对可能发生的外界碰撞有一定的承受能力，遇到门窗洞口或是管道穿越墙体的部位要做好恰当的处理，另外，保温材料对外墙装饰面也有相应的要求，涂料、面砖或是幕墙体系都要选择与之相匹配的保温材料。。

3.2、针对玻璃幕墙的节能技术

除了实体墙之外，幕墙在现代办公建筑中应用范围较广，尤其是玻璃幕墙，其在现代办公建筑中的应用已经远远超过了实体墙的应用。玻璃幕墙比实体墙要薄，夏季透过玻璃幕墙的太阳直接辐射得热要较实体墙大很多，同时在冬季冷风透过玻璃幕墙向室内渗透，室内的热量也向室外渗透。这些加大了夏季空调及冬季室内采暖的能耗。玻璃幕墙的保温节能技术主要在于玻璃型材、玻璃的热工性能上。在幕墙的设计过程中要选择导热系数小的玻璃型材和选择低辐射中空玻璃，增加玻璃层数、增加玻璃内空气间层的厚度或者在空气层间加入惰性气体都可以提高玻璃幕墙的保温隔热性能。双层玻璃幕墙作为一种近年来较为流行的建筑手法，也是一种强化自然通风的手段。由于有一定的空间隔离在两层玻璃之间，常被称为“会呼吸的皮肤”。在冬季，因为两层玻璃之间的温室效果，建筑围护结构表面温度得到提高；在夏季，由于烟囱效应的结果，两层之间可以通风。计算流体动力学的模拟结果表明，这种双层结构在保证高效自然通风的情况下，可以让夏天的冷负荷明显降低。

3.3、门窗节能技术

窗户是建筑围护结构中的主要构成，一栋建筑的采暖和空调能耗的高低很大程度上要取决于外窗的性能情况。因此建筑节能的重点之一就是要优化外窗的绝热性能，其中玻璃的绝热性又是重中之重。目前提高门窗的气密性来尽量降低渗透的冷热风是提高门窗的基本手段，而且低传热系数的新型门窗外框也越来越重要，主要塑料窗框、断热铝合金窗框等；在玻璃的选材上，尽量选择节能产品。目前市场上主要有热反射、低辐射Low-E、吸热和中空这几种节能型玻璃。

3.4、屋面节能设计

（1）对屋面做保温处理。屋面的传热系数通常情况下会影响建筑的夏季隔热和冬季保暖。在屋面的保温隔热处理中，首先要选择传热系数小的屋面材料，例如硬泡聚氨酯（PU）、挤塑聚苯板（XPS）、泡沫玻璃棉等材料。其次要根据屋面的传热系数要求适当的加大保温材料的厚度，保温材料厚度的增加，加大了屋面的传热阻，从而减小了屋顶的传热系数，降低了屋面的建筑能耗。

（2）屋顶上做屋顶绿化种植：经常结合上人屋面来做，将屋面做成一个室外的种植绿化环境，将屋顶利用起来，可以给人们提供一个休闲娱乐的场所，增加了人们的室外活动空间。从节能降耗的层面上来说，屋顶绿化对建筑的屋顶起到了一个“防护”的作用，降低了太阳光对屋顶的直接辐射作用，从而起到夏季隔热的作用；同样在冬季室内温度高，由于种植屋面的存在，减少了室内热流向外的渗透，减少了室内空间的建筑能耗。种植屋面起到了很好的保温隔热的作用。