浅谈建筑设计与节能技术

浅谈建筑设计与节能技术
【摘要】节能、低碳是世界经济发展的主旋律，建筑节能是建筑行业发展的新方向。

建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾；有利于加快发展循环经济，经济社会的可持续发展；有利于长远的保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。

建筑设计是中一个很重要的环节，本文主要对建筑设计中节能技术等方面进行了阐述。

【关键词】建筑设计；建筑节能；设计
在世界建筑发展的大潮流中，人们可以明显看出，建筑节能是其中的一个极为重要的热点，是建筑技术进步的一个重大标志，也是建筑界实施可持续发展战略的一个关键环节，更是当前国内外节能领域的一个热点研究课题。

西方发达国家，建筑能耗占社会总能耗的30％-45％。

我国建筑能耗已占社会总能耗的20％-25％，正逐步上升到30％。

因此建筑节能是目前节能领域的当务之急。

作为建筑设计工作者，有责任也有义务在设计中做好建筑节能设计。

1 节能建筑规划设计
根据建筑功能要求和当地的气候参数，在总体规划和单体设计中，科学合理地确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距、层高、选用节能型建筑材料、保证建筑外维护结构的保温隔热等热工特性及对建筑周围环境进行绿化设计，设计要有利于施工和维护，全面应用节能技术措施，最大限度减少建筑物能耗量，获
得理想的节能效果。

1.1 建筑朝向和平面形状
同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷小，因此建筑物应尽量采用南北向。

如对一个长宽比为4：1的建筑物，经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加70％。

在建筑物内布置空调房间时，尽量避免布置在东西朝向的房间及东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。

因此，选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施。

空调建筑的平面形状，应在体积一定的情况下，采用外维护结构表面积小的建筑。

因为外表面积越小，冷负荷越小，能耗越小。

1.2 合理规划空间布局及控制体型系数
如果是依靠自然通风降温的建筑，空间布局应比较开敞，开较大的窗口以利用自然通风。

而设有空调系统的建筑，其空间布局应十分紧凑，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。

体形系数的定义是建筑物外表面积f与其所包围的体积v之比值。

对于相同体积的建筑物，其体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越高，研究表明，体形系数每增大0.01，能耗指标约增加2.5％。

因此，出于节能的考虑，在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。

但如果出于造型和美观的要求需要采用较大的体形系数时，应尽量增加围护结构的热阻。

1.3 绿化对节能建筑的影响
绿化对居住区气候条件起着十分重要的作用，它能调节改善气温，调节碳氧平衡，减弱温室效应，减轻城市的大气污染，减低噪声，遮阳隔热，是改善居住区微小气候，改善建筑室内环境，节约建筑能耗的有效措施。

2 增强建筑维护结构的保温隔热性能
改善建筑的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。

据有关资料介绍，围护结构的传热系数每增大1w／m·2k。

在其他工况不变条件下，空调系统设计计算负荷增加近30％。

所以改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的首要节能措施，我国《采暖通风和空气调节设计规范》（gbj42）对空调建筑外维护的传热系数作了规定，对舒适性空调的最大传热系数规定为0.9～1.3，可采用玻璃棉、聚苯乙烯板、加气混凝土等保温材料，也可采用双玻璃、顶层架空隔热层等空气间层起隔热作用。

2.1 外墙的节能措施
2.1.1 使用环保、节能型建筑材料
使用环保、节能型建筑材料，可有效减少通过围护结构的传热，从而减少各主要设备的容量，达到显著的节能效果。

采用新型墙体材料与复合墙体围护结构。

在进行经济性、可行性分析的前提下，在墙体内外侧敷设保温隔热的新材料。

2.1.2 隔离太阳辐射热
对垂直墙面可采用外廓、阳台、挑檐阳等遮阳设施和浅色墙面、反射幕墙、植物覆盖绿化等。

2.2 门窗的节能技术措施
2.2.1 尽量减少门窗的面积
门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，面积约占建筑外维护结构面积的30％，其能耗约占建筑总能耗的2／3，其中传热损失为1
／3。

所以门窗是外维护结构节能的重点。

所以在保证日照、采光、通风、观景条件下，尽量减少外门窗洞口的面积。

2.2.2 设置遮阳设施
设置遮阳设施，考虑空调设备的位置。

减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内，可采用外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射窗帘等遮阳措施。

门窗的遮阳设施可选用特种玻璃、双层玻璃、窗帘或遮阳板等。

2.2.3 提高门窗的气密性
有资料表明，房间换气次数由0.8h-1降到0.5h-1。

建筑物的耗冷可降低8％左右，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。

通过改进门窗产品结构（如加装密封条），提高门窗气密性。

防止空气对流传热。

加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。

2.2.4 尽量使用新型保温节能门窗
采用热阻大、能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗（塑钢门窗）可大大提高热工性能。

同时还要特别注意玻璃的选材。

玻璃窗的主要用途是采光，但由于玻璃窗的耗冷量占制冷机最大负荷的20-30％，冬季单层玻璃窗的耗热量占锅炉负荷的10-20％，因而控制窗墙比在30-50％范围内时，窗玻璃尽量选特性玻璃，如吸
热玻璃，反射玻璃，隔热遮光薄膜。

2.2.5 合理控制窗墙比
窗墙比是窗洞口与墙的面积比值，增大这两个比值不利于空调建筑节能，应尽量减少空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积。

控制窗墙比、对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求。

通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35～45％。

故在进行前期建筑设计时，在保证室内采光通风的前提下合理控制窗墙比是很重要的，一般北向不大于25％：南向不大于35％：东西向不大于30％。

3 屋顶的节能技术措施
3.1 隔离太阳辐射热
隔热太阳辐射热，减少阳光直射，对屋顶可采用架空屋面，浅色屋面，种植屋面等。

对屋面进行绿色覆盖，既可遮阳，又能隔热，而且通过光合作用，可消耗或转化部分能量，也起到美化环境作用。

因此植物覆盖法是空调节能的较好的方法。

还有设计通风屋面、蓄水屋面等节能措施。

3.2 “冷屋顶”节能
国外很多专家对“冷屋顶”（coolroofs）进行了大量的研究，发现其节能效果很显著。

所谓“冷屋顶”（coolroofs）是指日射反射率高的屋顶，它通过对普通屋顶涂上高反射率的涂料，提高屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷和空调节能的目的。

研究表明：采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少约10～50％。

4 空调系统节能技术措施
4.1 降低系统的设计负荷
目前我国的多数设计人员在设计空调系统时，往往采用负荷指标进行估算，并且出于安全的考虑，指标往往取得过大，造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实际需求，形成“大马拉小车”的现象。

即增加了投资，也不节能。

4.2 冷热源节能
空调系统消耗的大部分能量是在冷热源系统中消耗的。

所以合理选择冷热源系统对空调系统节能至关重要。

空调系统的常采用的冷热源方式是：①水冷冷水机组+锅炉；②热泵；③溴化锂吸收式+锅炉。

夏季用水冷冷水机组制冷，冬季用锅炉供热。

水冷冷水机组制冷消耗电能。

设计工况下的能效比（制冷量／耗电量）比较高，一般为3.7～5左右，一般空调制冷量在300rt（1rt=3.517kw）以上选用离心式压缩机，空调制冷量在150-300rt的制冷量范围内选用螺杆式压缩机比较合适，当空调制冷量小于150rt时选用活塞式压缩机较为合适。

在水源比较充足的地区使用水冷冷水机组比较合适。

热泵型机组的使用对节能是很有利的，其中风冷热泵冷热水机组在中央空调中使用的较多，这种机组一机两用，夏季制冷，冬季供热。

特别适用于缺水地区。

溴化锂机组的能效比（制冷量／消耗的热能）比较低，外燃式
为1.0～1.2左右，直燃式机组稍高。

溴化锂机组节电不节能。

外燃式溴化锂机组主要用于有废热、余热的地方，如热电厂、钢铁厂等，既利用了废热、余热，又达到了制冷的目的。

对于缺电而无废热或余热的地区可考虑使用直燃式机组。

4.3 减少输送系统的动力能耗
动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能。

采用科学合理方法使之降低，对整个空调系统的节能有十分重要的意义。

具体的技术措施有：
4.3.1 提高供回水温差
若系统中输送冷（热）量的载冷（热）介质的供回水温差采用较大值，则当它与原温差的比值为n时，从流量计算式可知，采用大温差时的流量为原来的流量1／n，而管路损耗即水泵或风机的功耗则减小为原来的1／n2，节能效果显著。

故应在满足空调精度、人体舒适度和工艺要求的前提下，尽可能加大温差，但供回水温差一般不宜大于8℃。

4.3.2 选用低流速流体
水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比，故采用低流速能取得较好的节能效果。

且有利于提高水力工程的稳定性。

4.3.3 提高输配系统的效率
设计时合理的选择水泵的扬程，如果扬程过高时，靠减小阀门开度来调节系统的水力平衡，使得系统的能耗过多的消耗在阀门和过滤器上。

适当采用二级泵系统。

在送风系统中设计时应尽量维持
风机工作在高效区。

4.3.4 采用变流量水系统
在设计空调水系统时，如采用定水温变流量或变水温变流量的调节方式，使供水量随空调负荷的变化而增减，不但可以减少处理过程的能耗还能节省输送能耗。

4.3.5 采用变风量系统
变风量空调（vav）系统可以通过改变送风量的办法来控制不同房间的温湿度。

同时，当各房间的负荷小于设计负荷时，变风量系统可以调节输送的风量。

从而减少系统的总输送风量。

这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。

而风量的减少又节约了处理空气所需要消耗的能量。

有资料显示，采用变风量系统可节省能源达到30％，并可同时提高环境的舒适性。

该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑。

尤其是办公楼，更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。

因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。

5 结论
总之，我国建筑能耗在能源总消耗量中占很大部分，为了实现我国可持续发展战略，建筑节能设计势在必行。

只要结合我国国情和实际情况，综合利用各种节能技术措施，趋利避害，选择经济合理的节能方案，必定可以获得显著的节能效果。