建筑工程节能设计问题探讨

【摘要】近年来，建筑行业节能意识有所提高，建筑从业人员对建筑节能设计理念、目标和方法也应有完整的认识。本文对次做简要阐述。
　　【关键词】建筑设计,节能环保,遮阳通风,技术改进
　　一、我国情况介绍
　　随着我国经济持续增长和建筑技术的发展，城市建设不断扩展，工程建设规模越来越大，建筑材料消耗量持续增多，建筑节能问题就成为一个迫在眉睫的大问题。新建建筑将严格执行节能强制性标准，四个直辖市执行65%的节能标准，到“十二五”全国范围内执行65%的节能标准。同时，发展节能省地环保型建筑和绿色建筑；建立符合中国特点的节约型住宅建设和消费模式。
　　我国建筑节能工作的关键：控制建筑规模，控制建筑标准；提倡生态文明，反对奢侈浪费；建立建筑能耗统计平台和大型公建能耗监测系统，通过用能数据引导建筑节能工作；因地制宜，不同地区、不同类型的建筑措施不同；决不能无论东南西北，千篇一律、强求一致。
　　二、常用的建筑节能设计技术
　　任何一种技术都有适用性的问题。没有一种包医百病的“先进”技术。在西方国家是节能的技术，在中国可能就是不节能的。以用电为例：欧洲大部分电力来自水电与核电，因此采暖的能源利用效率：热泵>电加热采暖>燃气采暖。中国主要燃煤发电，电并非清洁能源，直接电热采暖是清洁和节能的？盲目复制发达国家的所谓“先进技术”，导致消耗更多的能量！在热带地区应该推广高保温性能外墙和双层皮幕墙吗？在热带地区高层建筑上大面积用光伏板合适吗？
　　（一）、建筑围护结构的保温。
　　1、关于住宅建筑围护结构的保温。
　　对住宅建筑围护结构的保温效能分析：太阳西晒可使西墙表面温度升高到50℃；屋顶由于太阳照射，可使温度升到50℃。保温式是最好的方式吗？举个例子：夏天在太阳下面，是应该穿棉袄还是打阳伞？显然，屋顶和外墙的遮阳，有效的通风和散热是可行的。当外温处在18～25℃间：由于太阳透过窗子的辐射，室内照明，设备，人员发热，，如果自然通风不良，热量只能通过围护结构散出，保温越好，热量不易散出，导致室温升高，甚至需要开空调，过渡季节保温差的围护结构更可以帮助散热，反倒能减少空调使用。
　　2、关于建筑围护结构保温的结论
　　对应于不同的环境目标，建筑的形式也应不同，每个建筑所采用的节能技术措施均是建筑自身的特点、环境和当地气候条件三者综合平衡的结果，经多方综合分析，提出设计目标。是加大可开启外窗面积，还是尽可能密闭。窗墙比的设计值得推敲。南方地区窗户设计中对自然通风在过渡季节的重要性认识佷要紧，外窗开启扇不宜过小。
　　南方地区外墙保温不是建筑节能的重点，某些情况下，盲目的增加保温会增加建筑能耗，南方住宅建筑节能的关键是遮阳，自然通风。通过自然通风降温而满足人体的舒适度要求是建筑中最自然而古老的技术，尤其是世界各地的传统乡土民居建筑中都有普遍的应用。“大树底下好乘凉”是对自然界中遮阳与通风结合的最佳写照。采用自然通风方式的最终目的是部分或者全部取代目前传统的空调制冷系统。自然通风可以在不消耗可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮热气体，达到人体热舒适；同时利于减少能耗，降低污染，并提供清洁新鲜的自然新风，有利于人的生理和心理健康。
　　（二）、关于双层皮玻璃幕墙。
　　建筑为斛决采光的需求采用了玻璃窗；为解决光与热的矛盾采用了双层窗，中空玻璃窗；为解决遮阳与美学的矛盾采用了双层玻璃幕墙，且夹层内设置水平遮阳百叶，性能可调节。
　　双层皮幕墙种类按通风形式划分：外循环、内循环、自然通风、机械通风。
　　高保温性能双层皮幕墙发源于北欧，目的是冬季获得更多的阳光，并阻止热量散发出去。热带地区气候特征，只需要供冷，不需要供热，室内外温差小，冬季和过渡季可利用自然通风。大型公共建筑一般具有大内区，冬季依然需要降温，全年大部分小时数室外温度低于25℃，应该促进室内向室外的排热。
　　已有研究证实：在广州、深圳地区，高保温性能的双层皮幕墙不比双玻加内遮阳的幕墙节能。高保温性能的双层皮幕墙可以降低5－10％峰值负荷，但不能有效降低空调设备装机容量。高保温性能的双层皮幕墙导致全年冷冻机开启小时数增加，全年能耗比双玻加内遮阳的幕墙增加10％，如果幕墙上不能设置通风口，全年能耗将更高，高保温性能的双层皮幕墙造价远远高于双玻加内遮阳的幕墙，占地面积也有所增加。
　　结论：不考虑气候特征和建筑类型，盲目采用单一类型“不节能”的双层皮幕墙形式。南方，办公建筑，玻璃幕墙，内循环，热量全部带入，消耗了风机电耗。住宅也采用“双层皮”。分不清外呼吸、内呼吸幕墙系统对内、外层玻璃的不同性能要求，一律“外单、内中空”。内循环外层玻璃应用双层中空；通风不畅，甚至无法通风，增加公共建筑空调负荷。夹层不设置水平遮阳百叶，性能无法调节。这先都是现阶段节能建筑迫切需要解决的常见问题。
　　（三）、太阳能利用
　　太阳能热水器解决生活热水供应，是目前最成功，最普遍的应用方式。随着生活水平提高，居民生活热水用量会持续增加，太阳能热水器应该是最好的解决方案。至于是集中设置还是分散设置？集中的方式由于系统结构问题，往往需要依靠水泵的主动循环方式。设计不当时，水泵电耗可能会成为很大的能源消耗。
　　（四）、关于太阳能光伏板
　　高层建筑安装太阳能光伏板，多数只能安装在垂直的立面上，而且以南立面为主。热带地区利用太阳能资源的局限性，太阳高度角高，垂直光伏板获得的日照量小，日照时间短。大部分地区大气透明度低，等级为5，仅好于重庆(等级6)。例：某在广东的高层建筑在南立面和东西立面都安装了太阳能光伏板，投资数千万，全年获得的电量不超过该建筑年用电量的0.6%。
　　目前在全世界，太阳能光伏板都是无法回收投资的。北京10m2最大输出功率1kW，能瞬时带动1.5匹空调，价格约8-10万元。适宜条件：日照充足、无电网地区。太阳能光伏发电应应用于需要高品位、特别是直流电能的场合。室内照明、路灯、电脑、电视机、绿地浇灌泵不适宜。同样投资，边远农村，西北沙漠等地的发电量高的多。如果需要低品位能源，应该直接利用太阳能。生活热水：太阳能热水器。采暖：直接利用太阳热（日照、太阳房等）。采光：直接天然采光的效率>>光电转换效率。采用利用围护结构本身的太阳能采暖的应用：TrombeWall，在一些地区推广。主动式太阳能采暖，制冷。由于可利用的时间短，初投资高，导致经济性很差，必须承担巨大的初期投资。
　　（五）、关于地源热泵和地下水源热泵
　　地源热泵：在地下埋管，冬季从地下取热/向地下蓄冷；夏季从地下取冷/向地下蓄热。基本条件：冬季蓄存的冷量～夏季取出的冷量。冬季负荷>夏季负荷：地下温度逐年下降；冬季负荷<夏季负荷：地下温度逐年上升。华南地区，夏季负荷>>冬季负荷，不适宜推广地源热泵！特例：位于流量充足的地下河之上。
　　地下水水源热泵：抽取地下水，冬季提取热量，使水温降低后，回灌到地下。夏季提取冷量，使水温升高后，回灌到地下。如果冬季夏季热量和冷量不平衡，同样回导致地下温度逐年下降或逐年上升。只有存在流量充足的地下河，才可以不考虑热量平衡。
　　三、因地制宜实现我国建筑节能
　　北方城市建筑：降低采暖能耗，围护结构保温，实行供热改革，提高热源效率，改善末端调节。
　　长江流域建筑：发展多种热泵，“部分时间，部分空间”的采暖空调，加强自然通风。
　　南方建筑：坚决反对“集中供冷”，自然通风，外遮阳。
　　农村建筑：加强保温，发展以生物质能源为主，辅之以其它可再生能源和部分商品能源的新农村能源方式。
　　四、结语
　　发达国家实现的是建立在高资源消耗基础上的现代化道路，我国很难借鉴。坚持科学发展观，实现中国特色的建筑节能。依靠“机械方式”营造人居环境难以实现可持续发展，必须探讨”与自然和谐“的新途径。坚持因地制宜，根据不同地区的特点，不同功能建筑的需求，采取不同的建筑节能解决方案，力争在建筑总量不断增长的同时，使建筑能耗总量的增长低于建筑面积总量的增长，真正实现建筑节能。
　　参考文献：
　　【1】、建筑节能与设计方法中国计划出版社胡吉士方子晋
　　【2】、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
　　【3】、杨仕超等，居住建筑外窗遮阳系数的确定，夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准专题报告，2003
　　【4】、陈和平.我国中长期节能目标及行动方案探讨[J].中国能源1999（8）