我國北方辦公建筑能耗特點及節能設計措施

陳兆濤 管振忠

1 概述

隨著我國經濟的快速發展，辦公建筑越建越多、檔次越來越高、規模越來越大、立面造型越來越新穎別致、舒適度越來越高，由此帶來了巨大的能耗問題。不合理的能源設計不但給業主帶來了巨大的能耗負擔，也給國家造成了巨大的浪費。北京一些較新的寫字樓由于高能耗問題，市場對此非常反感，租金只能是原來預計的 50%左右，有的甚至還達不到。

因此，為減少辦公建筑的能耗，積極響應國家“建設節約型社會”的號召，我們十分有必要對辦公建筑的能耗特點進行分析，找出適宜的解決方案，推進社會的可持續發展。

2 我國北方辦公建筑能耗特點

1)冷暖都要保證。為保證足夠的舒適度，我國北方地區辦公建筑冬季需要采暖，夏季需要制冷。辦公建筑尤其是高檔寫字樓對室內環境控制要求較高，而且大量的辦公設備釋放了大量熱能，由此帶來了較大的冬季熱負荷和夏季冷負荷。2)使用時間主要在白天。辦公建筑自身的使用功能決定了其主要使用時間在白天，夜間僅有少量房間加班，主要使用峰電，很少使用谷電，對白天的峰值負荷造成了不利影響，應考慮蓄能措施，同時考慮利用太陽能等新能源進行采暖、空調和采光。3)設備、照明耗能量大。現代辦公建筑辦公自動化系統發展迅速，從電腦到復印機等一系列辦公設備一應俱全，在給人們以巨大方便的同時帶來了相當大的能耗。同時現在辦公建筑多設置幕墻，無法采光，室內照明和裝飾照明消耗了大量電能。4)部分辦公建筑因內部熱源分為內外兩區。一些辦公建筑體量較大，內部核心區域幾乎不向外界傳熱，而人體、設備散熱量大，造成了只有冷負荷全年需要制冷的內區;外區則冬季須采暖夏季須空調。內區廢熱的回收利用也應予以考慮。5)新風負荷大。近年來，隨著生態辦公理念的深入人心，營造舒適高效的辦公環境成為開發商追求的目標，較大的新風量是生態建筑的基本標準之一，增大的新風量帶來了較大的新風負荷，利用自然資源減少新風負荷已成為建筑能源設計的潮流。6)供能要可靠。現代辦公建筑對辦公自動化設備依賴程度日益增大，對供能的可靠性要求很高。而電力緊張造成的停電和拉閘限電常常會給公司造成巨大的經濟損失。因此提高供能的可靠性，考慮BCHP等綜合供能系統的使用應越來越多的體現在能源設計方案階段。

3 目前我國北方辦公建筑節能方面存在的主要問題

1)建筑設計中考慮節能較少。目前在建筑設計中，考慮較多的仍然是建筑造型和立面效果，對節能考慮較少。從一開始設計就沒有就形體系數、窗墻比、光照遮擋等問題對建筑節能的影響進行細致討論，往往建設出的大樓出現形體系數較大、北向開大窗等現象而又未采取相應的措施，造成能耗較大，也為以后的節能改造和新能源系統的使用造成了不便。2)圍護結構保溫性能過于薄弱。當前許多高檔寫字樓為了片面追求氣派的立面效果，大量使用普通玻璃幕墻，甚至全部使用玻璃幕墻做外圍護結構;這種玻璃盒子的做法在冬季大量散熱，夏季又引入了大量輻射熱量，大大增加了冬季熱負荷和夏季冷負荷，并在靠近外圍護結構的區域造成了較為惡劣的辦公熱環境。3)缺乏整體能源設計和全壽命經濟分析。目前的建筑設計往往缺乏一個整體合理的能源設計方案即能源規劃或在一開始并沒有過多考慮能源問題并制定一個大樓全壽命的經濟技術分析。使得建筑無法在一開始就按照最佳的能源配置方案用能，造成了能源利用效率較低。4)業主過于看中初投資而不考慮使用成本。目前大部分業主由于資金所限等諸多原因，只片面強調低造價，而不考慮今后運行時的高昂使用成本，這樣就造成了一些建筑原本可以在增加很少投資的情況下建設成為非常節能的建筑，卻建設成為非常不節能的建筑，而且難以進行節能改造，成倍增加了運行成本。許多業主認為建好房子就行了，交電費是租戶的事，但隨著節能理念的深入人心和能源價格的不斷上漲，租戶將越來越多的考慮使用成本，最終不節能建筑的租金將遠低于節能建筑的租金，業主將遭受更大損失。

4 我國北方辦公建筑適用的建筑技術及設計手法

4.1 規劃、建筑設計方面

1)避開不利環境、爭取有利環境、朝向。從規劃設計階段，就應該考慮避開一些對建筑熱環境不利的因素如北風和其他建筑物的遮擋等。同時應考慮合理配置建筑物的布局以保證主要建筑得到良好的光照，并可在過渡季節利用自然風降溫。良好的規劃設計可以為節能設計和新能源的利用打下良好的基礎。2)控制體型系數和窗墻比。體型系數是目前常用的體型控制指標，建筑物外表面積越大，散熱面就越大，其耗熱量隨體型系數的增長而增加。JGJ 26民用建筑節能設計標準規定:“建筑物體型系數宜控制在 0.30以下”。因此，嚴格控制體型系數對節能建筑設計很重要。建筑體型系數與建筑單元聯列情況有關。適當增加建筑物層數，也可降低體型系數，建筑物層數增加的過程中，外圍面積的遞增比不上所包圍的體積的增加，即體積略大于面積的增率。高層建筑的體型系數普遍偏低，一般在 0.10～0.15之間就是這個原因。當單元平面(標準層)面積相同時，提高建筑物進深(面寬減少)，體型系數會相應減小，即相對直角而言，正方形的體型系數為最小。因此，在功能許可、技術條件允許時，建筑平面接近正方形對建筑節能是有利的。再就是選擇合適的平面形狀。圓和多邊形對節能有利，三角形對節能不利。因此，建筑物平面空間組合集中緊湊，減少凹量變化，可使體型系數減小。建議在建筑平面形狀上采取典型的平面(三角形、方形等)，在此基礎上做適當的平面變化，創造一定的美學效果，盡量減少不必要的小尺度的凹量不齊。另外，適當增大建筑物體量，可降低建筑物的體型系數。3)溫度“阻尼區”的設置。所謂溫度阻尼區就是在室內與室外之間設有一中間層次，這一中間層次像熱閘一樣阻止外冷風的直接滲透，減少外墻、外窗的熱損失。4)發揮CFD軟件在規劃、建筑設計中的指導作用。CFD即計算流體力學是一種模擬仿真技術，在規劃建筑設計中的應用主要在于模擬預測室內外或設備內的空氣或其他工質流體的流動情況。通過CFD模擬，我們可以方便準確的預測組團、建筑單體和室內空間的風環境、熱環境、室內空氣品質和舒適度等，從而有的放矢的調整設計方案，避免不利的風環境，有目的的利用自然通風降溫。5)使用能耗模擬軟件。為了在建筑建造以前就對建筑的能耗狀況做出分析和判斷，能耗模擬軟件越來越多的應用到建筑設計中，可在方案階段就找到圍護結構或暖通空調系統存在的問題，及時予以調整。上述幾個軟件可能需要設備工程師來使用操作，建筑師則可以使用ECOTECT等軟件快速的得到一個建筑能耗分析的直觀結果，雖然不十分精確，但已足夠建筑師調整方案。能耗模擬對于建筑節能有著重大的意義，因為一旦建筑建成，進行節能改造就非常麻煩，第一步做好是最重要的。

4.2 建筑技術方面

建筑技術層面的節能措施主要應從:圍護結構保溫隔熱、暖通空調節能、建筑設備節能、太陽能的利用等方面著手，采取適宜業主情況的節能方案，達到節能與投資的最佳平衡。建筑節能技術門類眾多，對應每種層次的辦公建筑都有與之對應的節能技術，在此不做詳細介紹。

4.3 能源合同管理

做好節能工作，除了技術措施以外，良好的節能運作機制也是不可缺少的，近年來興起的合同能源管理就是一種有效的節能運行機制。

合同能源管理(簡稱EMC)是一種全新的節能服務機制。與傳統的節能服務公司通過推銷節能產品或節能技術來推動建筑節能的模式不同，EMC是一種集前期工種診斷設計，中期融資、采購、安裝，后期節能測定跟蹤服務為一體的全方位、系統化服務。其內容包括:為客戶提供能源診斷、方案設計、技術選擇、項目融資、設備采購、安裝調試、運行維護、人員培訓、節能量監測、節能量跟蹤等。其實質是以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的投資方式，這樣一種節能投資方式允許用戶使用未來的節能收益用于工廠或建筑的設備升級，以及降低運行成本。合同結束后，高效能的設備和節能效益全部歸客戶所有。

合同能源管理機制的實質是:一種以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的節能投資方式。這種節能投資方式允許用戶使用未來的節能收益為工廠和設備升級，以及降低目前的運行成本。節能服務合同在實施節能項目的企業(用戶)與專門的節能服務公司之間簽訂，它有助于推動節能項目的開展。

為了提高我國在節約能源方面的迅速發展，1997年，我國政府(財政部和原國家經貿委)與世界銀行和全球環境基金(GEF)共同實施了“世行/GEF中國節能促進項目”。該項目旨在引進“合同能源管理”模式，并進一步在我國推廣。目前國內已經有 80家具有“合同能源管理”模式的企業，并且取得了巨大的業績。

“合同能源管理”作為一種面向市場的節能新機制，有其廣闊的應用發展前景。EMC作為專業化的節能服務公司，通過帶資為企業實施節能改造項目，向企業提供優質高效的節能服務，從而提高企業的能源利用效率，降低企業成本，客戶企業在沒有先期資金投入的情況下，可獲得穩定的節能收益和經濟效益。因此，“合同能源管理”機制必將越來越多地被客戶企業所關注和接受。

[1] 賈 磊.談節能建筑的設計[J].山西建筑，2009，35(4): 259-260.