浅谈建筑设计中的节能设计

摘要：绿色、环保、低碳、节能，这些热门词汇，在近年来逐渐被大众所熟悉，成为热议话题，其出发点都是为了维护我们人类共同的家园―地球。为贯彻执行节约资源和保护环境的国家技术经济政策，推进建筑行业的可持续发展，规范绿色建筑的设计，我国制定相关绿色环保节能评价体系。本文结合工程实例对建筑节能设计进行研究。

关键词：建筑设计；节能；保温隔热

0、前言

建筑是用能大户，建筑节能是发展建筑业的需要。目前大部分的建筑节能措施主要是针对建筑的围护结构，而建筑选址、规划布局、建筑体型、自然通风和采光及新能源利用等一系列手段所产生的节能效应，及由此产生的指导原则和要求，长期以来却被人们忽视。围护结构的节能设计固然重要，但是建筑的节能不仅仅是围护结构的节能，单一的方式并不能够全面的解决节能问题。随着新材料、新技术的发展，现有的节能技术和方法已不能满足新的要求。故需要研究一套符合时代要求的理论来支持新时代的建筑节能设计。因此，重视和研究建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急。

1、工程概况

本工程总建筑面积：11950m2，地上单元式住宅（2~9层）建筑面积：9605m2，首层商业面积：850m2，地下设备层面积：1495m2，建筑物高度：27.30m，体形系数：0.22，采暖设计热负荷指标：30w/m2，住宅部分建筑物耗热量指标：12.20w/m2。住宅部分采用共用立管分户热计量系统，楼梯间为采暖楼梯间。

2、建筑节能指标的分解

建设部颁JGJ26-86、JGJ26-95两项《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中所下达的前两个阶段的节能目标30%、50%，体现了一个总的量化指标，其实质含义是指采暖耗煤量指标qc应该降低的比例。在该地区实施细则中，采暖耗煤量指标qc与建筑物耗热量指标qh的关系公式，可用下式表示：

qc=24×Z×qh/Hc×η1×η2

式中：qc-采暖耗煤量指标[kg/m2）]标准煤

qh-建筑物耗热量指标（W/m2）

Z-采暖天数，取125天。

η1-室外管网效率

η2-锅炉运行效率

Hc-标准煤热值，取8.14×103（Wh/kg）

以第二阶段的节能目标为例：第二步节能率50%标准中，以1980/1981年基础耗热量指标31.60 W/m2、基础采暖耗煤量指标25.1kg/m标准煤为基准，建筑物护结构耗热量qh指标降低35%，达到20.60W/m2，为确保采暖耗煤量指标qc降低50%达到12.4kg（/m2标准煤），需将供暖系统中的锅炉运行效率η2由55%提高至68%，热网输送效率η1由85%提高至90%。第三阶段如将节能率提高到65%，即：采暖耗煤量指标qc降低至65%，达到8.8kg/m2标准煤，建筑物护结构及供热系统如何分担节能目标，是问题探讨的关键。

1）由50%提高至65%的部分完全由护结构承担。按上述公式η1，η2保持第二阶段JGJ26-95“标准”中指标不变，则：qh=qc/0.602=14.59W/m2，即：建筑物耗热量指标要由基础指标31.60W/m2下降到14.59 W/m2，需降低约54%。

2）由50%提高至65%的部分由护结构及供暖系统共同承担。首先，热网输送效率已高达90%，再提高难度很大，几乎没有余地;热源目前处于燃煤、燃气锅炉并存阶段，如按燃气考虑，锅炉热效率远大于68%，如仍按燃煤考虑，实际锅炉热效率涉及许多人为因素及客观因素，在68%基础上再提高很难确定。因此，不易确定其热效率的再提高在节能中所占的比重。

3、qh指标确定之后，首要问题就是围护结构传热系数限值的分解确定

1）限值分解应选择在当前住宅设计中，体形系数在0.3左右，楼层数、窗墙比都比较适中的具有代表性的典型建筑物，根据建筑物耗热量指标为14.59 W/m2考虑确定。03版《居住建筑节能设计标准》，已将围护结构的传热系数限值进行了初步确定。见表1：

2）本工程内护结构传热系数的实际计算值见表2[W（/m2・k）]：（体形系数：0.22）

表 2 单位：W/（m2・k）

3）建议建筑物节能设计的判定采用参照建筑法：无需像50%节能那样，强调最终建筑物耗热量指标的数值验算，而是依据典型建筑的围护结构传热系数限值规定来进行核定，如果该建筑的体型系数、窗墙比、围护结构传热系数均符合限值标准可不进行计算。如不符合，可将限值标准代入该建筑围护结构计算出热指标作为参照值再用实际取值验算，结果如≤参照值，即可认为节能达标。

4、加强内围护结构的保温隔热性能

1）调整分户隔墙构造：两侧各100mm加气混凝土，中间加50mm厚聚苯板，使传热系数达到K=0.72 W（/m2・k）（目前该地区规定限值为：K=2.79W（/m2・k）。适当降低传热系数的优点在于：

①顺应了钢结构梁宽的要求；

②有效降低了户间传热，减少了散热设备数量；

③有效降低了噪声分贝，减少了户间干扰。

2）调整室内楼板构造：150mm钢筋混凝土楼板，上铺20厚自熄型聚苯板，上铺40~50mm厚c20细石混凝土垫层，上做20~30mm面层，使传热系数达到K=1.40W（/m2・k）（目前该地区规定限值为：K=2.83W（/m2・k）。它的优点在于：

①降低了户间传热，减少了散热设备数量;

②管道敷设于垫层内，原本就需要60~70mm厚的垫层厚度，对层高无影响;

③可降低户间噪声干扰及楼板荷载；

④造价上基本无增加。

5、改善公共区域热环境

1）从热工计算表中不难看出，板式住宅不采暖楼梯间隔墙面积较大，其K值的大小，对建筑物qh指标的影响，仅次于外窗、外墙。因此，适当降低不采暖楼梯间隔墙的K值，有利于降低qh指标，改善公共区域热环境，有效分担护结构的节能压力。本工程经粗略计算发现，如将楼梯间隔墙的K值由1.83 W（/m2・k）降至1.00 W（/m2・k），相比之下住宅部分的qh指标可降低13%。

2）近几年来，随着小区物业管理水平的日益提高，首层单元外门一般为设置呼叫系统的保温安防门，由于有条件保持门窗的完好及外门的随时关闭，使楼梯间采暖成为可能，从而楼梯间隔墙可作为内墙考虑，大大降低了热负荷，改善了公共区域热环境。本工程经粗略计算发现，综合考虑温差修正系数n=0.5，i=0.6后的楼梯间隔墙K值取0.50W（/m2・k），相比之下考虑楼梯间采暖的qh指标仍可再降低10%，达到12.20W/m2左右，采暖热负荷可降至30.0 W/m2左右。

6、夏季护结构的隔热

1）近几年夏季气候偏高，从空调节能考虑，宜在满足冬季采暖节能要求的基础上，适当满足围护结构热惰性指标。此外，最好在东西向外窗做外遮阳处理。

2）本工程外墙材料采用了加气混凝土和聚苯板，均为轻质材料，保温性能好，但热稳定性稍差，根据《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-93）4.2.2的要求，采用了内外侧做水泥砂浆抹面的做法，有效提高了外墙的热稳定性。

7、结束语

1）实现第三阶段节能65%的目标，第二阶段节能50%以上的提高部分，完全由建筑围护结构承担；在外网输送效率及锅炉热效率仍保持第二阶段指标不变的前提下，一般建筑物耗热量指标qh应达到14.59W/m2以下。

2）通过本工程计算验证发现，建筑物的体型系数、围护结构的传热系数、窗墙比只要符合典型建筑的相关限值规定，即能满足该建筑物达到65%的节能目标对建筑物耗热量指标qh的要求，且该建筑物体型系数越小，所能达到的qh指标越低于典型建筑的规定值，可判定为节能建筑。

3）适当提高建筑内围护结构的保温隔热性能，有条件时加设楼梯间采暖系统，对于降低户间热传递、节省能源、充分改善户内及公共区域热环境，对于合理分户计量、收取热费是有利的。

4）通过本工程计算验证，综合兼顾夏季护结构的隔热性能，护结构的材料宜采用热阻值高同时热稳定性也较好的轻、重质材料相结合的复合结构，以达到采暖、空调均节能的目的。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。