浅谈建筑的节能设计与控制方法

摘要：建设方应当充分认识到新建建筑及已有建筑改造中节能设计的重要性与技术复杂性、涉及面的广泛性。技术先进、经济合理、实用可靠是节能设计最为重要的基点，既可避免盲目，又可避免局限性。智能建筑最终的节能运行效果、管理水平、经济效益将与设计阶段的技术应用与综合计算手段直接相关。

建筑与设备专业的优化设计工作在智能建筑节能设计中扮演核心技术应用的角色，涉及到与建筑设计相关的各个专业。要求设计人员的专业技术素质应同时具备优化设计方案工程实施经验、精准设计文件编制与计算能力、工程造价文件编制经验，以期将丰富的专业经验融会提炼，最终以综合优化设计计算书及施工图纸交付建设方做为项目实施依据。

关键词：智能建筑 围护结构 方案优化 机电系统节能设计 运行管理

To discuss the ways of the design for architectural energy saving and control

By Ding Honglin

AbstractThe building owner should know enough that energy saving design for the new or old architectural is very important , complex . This will relate to many other aspects. We think that advanced technology, economical & logical, practicality reliable are the base in the process of the energy saving design, this will avoid eyeless and the lack of advisement. The result of energy saving, the effect of running and economic fluctuation in the Intellectualized building will related tightly with how we use technology and the method of calculating.

Optimizing the design is the core of the technology in architectural and Heating Ventilating & Air conditioning. This will come down to all of specialty related with architectural. Many kinds of the ability will be required in the process of optimizing the design, such as the ability in compiling the design, the ability in refined calculation, the experience in compiling the budget and so on. All of the experience will be used in offering the general calculating documents and drawings，and the results will come into being the direction for the project.

KeywordsIntellectualized buildingsurrounding structureoptimization designenergy saving in Mechanical & Electrical Worksrunning & management

Jianxue Architectural & Engineering Design Institute Co.,Ltd.Mechanical & Electrical Department

我国建筑用能已经超过全国能源消费总量的1/4，随着人民生活水平的提高

将逐步增加到1/3以上。建筑用能数量巨大，浪费严重。针对我们国家的能源形势，国家组织相关单位编制了节能设计规范及标准，以法律法规的形式指导实际设计工作。通过改善建筑的热工性能、提高暖通空调系统的能源利用效率，以期从根本上扭转建筑用能严重浪费情况。

建筑物节能设计工作包括建筑本身围护结构的节能控制和机电系统的设计，以及建筑物投入使用后机电系统运行管理设计（重点是暖通空调系统）。我们从这三个方面浅谈节能设计与节能控制方法：

一、 建筑物围护结构的节能设计方法与控制要素：

建筑节能设计法律法规的推出给建筑建材生产制造领域带来新课题，建材生

产制造行业产生大量新技术、新专利。新科技的应用将主要目标放在生产热工性能好，保温性能好的建筑材料。

国内有若干计算机软件生产单位根据节能规范编制出辅助节能计算的软件，进一步协助设计者进行精确计算并提高计算效率。对建筑围护结构的节能设计计算算法应用热工传热计算原理，可以对建筑的围护结构进行能耗分析计算，并与参照建筑围护结构进行能耗对比，用对比结果指导建筑设计专业进行设计调整。

若使围护结构的设计达标往往需要通过权衡计算，使其综合能耗指标小于参照建筑。

建筑热工计算应与地区气候相对应，国家节能设计标准根据全国建筑热工设计分区对各地区围护结构的传热系数提出限值，并对寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区外窗及玻璃幕墙的遮阳系数提出限值，对不同地区地面和地下室外墙的热阻提出限定值。各行政地区根据自身情况在国家标准的基础上制定出更为严格的地方标准。我们可以根据标准要求和具有相互嵌套关系的围护结构限值要求对建筑物进行综合能耗分析与权衡计算。

值得一提的是围护结构的传热系数是节能计算的主要控制指标，除窗以外的建筑护结构均是由多层建筑材料组成，其形成的结构体的传热系数要求先根据各自材料层的导热系数和设计厚度计算出其热阻值，并继而得出综合结构体的传热系数。因此，我们可以通过调整综合围护结构中不同材料层的品种、厚度、规格等物理参数继而对整体传热系数得出理想计算值，这是建筑设计者在既定经济指标约束下进行专业设计的主要指导方法。

经验告诉我们尽可能选用导热系数小的建筑材料，比如保温材料，普通聚苯板和挤塑聚苯板是很多建筑外墙设计达标首选的组成材料层，因其导热系数值很低，调整其使用厚度将对综合结构体的传热系数产生显著影响。也有对主要结构层材料进行优选，比如选择导热系数小的砌体材料，选择适当的厚度，使综合结构体传热系数达标。

另外，建筑物的窗墙面积比也是影响节能计算结果的主要因素，建筑设计偏爱相对较高的窗墙面积比，现代建筑加大窗的面积会产生较好的外立面视觉效果。但是大的窗墙面积比往往与建筑节能设计是矛盾的，除寒冷地区外，其余地区的节能计算对窗或玻璃幕墙的要求不止是其传热系数值，并且限定了遮阳系数，遮阳系数与建筑外遮阳设计和窗玻璃本身的颜色、物理、化学性能有关，在满足遮阳限定值后，主要应保证其传热系数不超过限定值（或超标后进行整体权衡的难易程度）。窗的传热性能由窗玻璃和窗框的热工性能及断桥设计决定，目前窗整体的传热系数值往往与其生产造价紧密相关，传热系数小的窗生产造价很高，这也是影响建筑围护结构整体造价的主要因素。建筑设计者很多时间是在窗墙比的增减和窗的材料选择之间作取舍和权衡。

节能设计软件的使用帮助我们大幅度的提高建筑设计速度，并辅助指导建筑设计者甄选建筑材料、优化建筑设计，为业主提供满意的建筑设计作品。

二、 建筑物暖通空调系统的节能设计要素：

建筑节能设计要求带动了相关建筑材料生产的革命，更加对建筑设计院、所机电专业的设计技术水平提出严格要求。

暖通专业设计应在建筑专业护结构确定之后开始进行负荷计算，要求对建筑物进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。负荷计算录入的围护结构传热系数应与建筑节能设计计算结果所确定的围护结构类型、热工参数完全吻合。负荷计算要求对建筑物各使用功能房间进行精准计算，负荷计算直接影响到暖通设备的选择，直接影响建筑物初投资水平，并对建筑物投入使用后产生的运行费用形成长期影响。

负荷计算中我们值得一提的是夏季空调冷负荷的计算与建筑外窗的关系。这时我们又会提及建筑外窗的设计和选型，外窗的传热系数已经经过节能规范的限制，其传热形成的负荷对房间负荷计算结果的影响同墙体一样，不会太明显。但是窗的面积以及玻璃的物理、化学性能直接影响可见光的直射面积、照度等，将给冷负荷的计算结果带来较大的变化，是形成空调冷负荷的主要部分。设备选型和水力计算的基础依据是冷负荷计算结果。因此，外窗的选择以及其面积的确定是决定空调设备容量的主要因素。

我们强调应该认真进行暖通空调专业的水力计算工作。节能规范推出后，设计图纸审查机构已经要求设计单位提供准确的负荷计算书与水力计算书。水力计算的基础依据是现行设计规范，计算结果用于系统设备选型、媒介输送管道的尺寸、规格确定。其作用力很明显直接影响建筑初投资，但是良好的水力计算将有效的作用于暖通空调系统的良性和经济运行。

建筑围护结构设计计算完成后，应认真进行暖通空调方案的设计，包括冷热源的确定、系统空调方式的设计等，节能规范对空调与采暖系统的冷热源要求了性能系数，对设备的出力提出要求，以保证能源使用效率。

节能规范规定集中采暖系统应采用热水作为热媒，对于集中采暖系统，管路宜按南北分环的原则进行布置并分别设置室温调控装置：系统设计可以较好的依规范要求实现，室温调控装置应与建筑物供暖分户计量设计协同完成采暖系统的节能，分户计量在我国北方大部地区已经开展多年，但实施难度大，效果不明显。实行分户计量后才能真正实现按需供热，大幅节约能源消耗。

节能规范对采暖散热器的散热面积的确定、安装形式及表面涂层均作了要求，集中供暖的另一个能源消耗部分是热媒循环泵的电耗，节能规范对循环泵的电耗和输热比做了规定，必须严格满足计算公式要求。循环泵电耗与采暖水力计算的结果直接相关，要求我们精准的计算。另外一个主要控制技术是采暖系统根据负荷变化采取的质调节或量调节手段，由于集中供暖系统水力平衡困难，目前多数换热站采取质调节手段，根据负荷变化情况调节供水温度做为供热节能的主要措施。所以循环泵只有与备用泵组间歇切换运行，而没有实现变频运行，因此，严格选型、严格进行耗电输热比是节能设计的目标。

目前建筑空调用制冷技术主要有压缩式制冷和吸收式制冷两种方式，压缩式应用历史时间长，消耗电能驱动压缩机做功达到制冷目的，其单位电能输入所能生产的冷量随着现代机械制造技术和材料生产工艺的提高而得到提高。这里我们先不谈传统的水冷冷水机组，谈热泵技术的应用。在我国，热泵技术的开发应用渐趋成熟，机组可以同时解决制冷与供热。热泵应用范围很广，有空气源、水源、土壤源热泵，其中水源又分城市地下水源、江河湖海水源、市政污水源、工业坑道水源等。热泵空调机组广泛利用自然环境的天然能源，仅循环系统消耗少许电能。建筑物可以充分利用项目所在地的地理优势，针对性地选用热泵机组，从而大幅度减少能耗与运行费用。

吸收式制冷需要对高压发生器进行加热，使水蒸气从溴化锂溶液中分离出来，冷凝后去到蒸发器制冷。加热高发可以使用燃气、燃油、高温水、低压蒸汽等，能源应用范围广，有条件的地方可以使用工业废热。两种制冷方式在能源使用上是有的区别的，显然压缩式制冷消耗的电能是二次能源，目前我国仍以煤电生产为主，因此，在城市里使用电能驱动的空调制冷设备从能源角度上讲是不经济、不节能的。相反，吸收式制冷使用一次能源，提高设备性能可以在提高燃烧效率上下功夫，以提高其性能系数，建筑物空调方案应综合考虑项目所处地区的能源供给情况、当地的能源政策、能源价格、能源效率等因素。

节能规范对通风空调系统提出了针对性的节能设计。主要针对以下几方面给出具体措施：根据房间建筑形式、使用用途确定空调形式；根据需要采用变频技术调节风机送风的供给；合理设计新风供给；回收排风中的能量；设计合理的冷媒输送系统、允许的情况下提高冷水供回水温差，减少输送能耗；采取措施保证水冷系统中冷却水的良好换热；设计合理的通风半径，以约束通风机的耗功量；控制空调冷热水系统的输送能效比；

房间保持一定正压后，多余的风量都从门窗缝隙、门窗开启过程中无组织排走，设计有组织的排风后可以回收排风中的能量，进而减小冷水机组的装机容量系统运行能耗，节能标准要求热回收装置的回收效率不应低于60%。

三、 建筑物暖通空调系统的自动化控制设计与科学运行管理：

我们谈一下暖通空调系统中自动化控制设计和运行管理，主要讲建筑物暖通空调系统自动控制思想。

通风空调系统的自动控制是根据建筑物中各空调区域的实时负荷需求来进行冷热量供给的实时调节，提高能源的利用率和输配系统的效率，从而达到节能的目的。智能建筑的空调自动控制使整个空调系统各个环节处于动态平衡的调节下。

对水冷冷水机组：①、应对冷水机组供水进行质调节，根据建筑物实时负荷需求进行供水温度的调节，从而减少能源消耗。②、对末端供水系统进行量调节，对末端功能房间空调需求进行流量供给调节。③、对冷却水系统进行量调节，冷却水系统流量大，系统电耗巨大，必须根据冷却负荷调节冷却水流量。

对风冷冷水机组：因节省了冷却水系统，所以机组节能应在蒸发环节采取措施，比如选用模块机组、或者机组压缩机可以实现无极调节等。末端系统节能设计同水冷冷水机组

对空调送排风系统：根据室内CO2的监测浓度调节新风比，并使新风系统有效利用室外空气中的焓值；对全空气系统的送排风机进行变频调节。

建筑物的运行管理应制定针对自身实际情况的能源使用政策，杜绝浪费。运

行管理者首先应有节约意识，其专业知识面应有广度，比如，通风空调技术工作者应该具备基础的电气理论知识和一定的动手能力，在对系统进行维护时就可以进行综合全面的保养和维护。

管理者应根据暖通空调系统的特点制定针对性强的数据监测表格，监测各空调使用地点的空调参数、监测空调系统各类型设备运行工况、制定能源消耗记录表格等，从一系列运行监测记录中表格中找到暖通空调系统运行规律，分析能源消耗与变化的过程，以制定节能措施。

系统运行管理者的日常工作首先应该做到的是保持各类型设备的良好，减少电力消耗并提高设备使用寿命。在填写运行表格的同时发现并掌握系统运行的规律，开发节能降耗的技术措施。