关于办公建筑节能设计方法的探讨
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四川建筑 第卷
6期 关于办公建筑节能设计方法的探讨
张建钢
(
山西焦煤汾西矿业集团设计院,山西介休032000)
【摘 要】 办公建筑在公共建筑中是建造量最多的一种类型
,在办公楼宇的设计中做好概念和技术设
计对于公共建筑节能工作具有重要的意义。结合办公建筑的自身特点
,根据人们的行为习惯和现代办公的
功能要求进行建筑设计
,才能使得建筑设计中的生态和节能措施有的放矢。
【关键词】 办公建筑
; 设计方法
; 节能
【中图分类号】
TU243 【文献标识码】 A
[收稿日期
]2008-12-19
[作者简介
]张建钢(
1969～)
,男
,山西交城人
,工程师
,
研究方向工民建。 办公建筑在公共建筑中属于大量建造的一类
,可以作为
其他公共建筑节能设计的参考。本文希望能通过一些研究
工作
,提高建筑设计工作者和公众对公共建筑节能的认识
,
更重要的是提出行之有效的设计方法和具体的工程设计措
施
,期望改变一些建筑设计人员的认识误区、提供其在设计
中可供参考的思路和概念。
1 国内建设现状及建筑能耗情况
自
1978年以来
,我国的建筑业发展步伐日益加快
,尤其
是在
20世纪
90年代以来
,全国的建设事业更是如火如荼。
1996～
2001年
,建筑业总产值每年均以较大幅度增长
,6年
间产值将近翻了一番
,无论从绝对建设量还是从增长速度上
看都是相当惊人的。全国气候分区的第Ⅲ类地区
,是一个人
口密集、经济发达的地区
,所包括的
16行政区的建筑业总产
值占全国总产值的
64%左右
,增速超过全国平均水平
,在该
地区进行建筑节能工作意义重大。
然而目前国内和第Ⅲ类地区建筑能耗的实际情况如何
呢
?根据有关部门统计
,建筑能源消费占全国能源消费的
12%～
20%,人均建筑能源年消费量为
100～
145kg标准煤。
在住宅建筑中
,由于人们的节约意识较好
,使用人员主观原
因造成的浪费比较少
;而在公共建筑中
,除了设计问题外
,造
成能源消耗的还有一个重要原因就是使用人员对节能的无
意识。在笔者调查的一些办公楼中
,单位建筑面积年耗电量
从
2～
150kWh/m2
不等
,除了各种类型办公建筑的能耗特点
不同外
,也可看出公共建筑节能的潜力大可挖掘。
2 办公建筑节能设计的概念与思路
公共建筑的可持续设计与住宅建筑相比
,技术类型多
,
牵涉的范围广。无论是设计所谓的“健康建筑”
,还是“节能
建筑”
,抑或其他“绿色建筑”
,在规划和方案阶段就要做到
心中有数
,广泛采纳各方意见。对于办公建筑来说
,它关系
到企业和政府机关的对外形象、办公效率和维护成本
,因此
必须重视办公建筑的可持续设计。在办公楼设计中
,应该贯
彻可持续原则———“综合节能”。对于办公楼等公共建筑
,其
节能措施不仅仅是象大多数节能住宅一样对外墙采取保温
措施
,还必须针对不同建筑的场地情况、空间形态、功能需求、设备系统等诸方面原因进行分析整合
,达到技术手段的
最优配置。
以布鲁塞尔的罗杰国际中心
(CenterInternationalRogier)
改造为例。在已有办公楼的改造中
,为了增加可出租面积
,
必须减少设备占用空间
,采用了双层复合外皮这种有效的措
施
,起到一个环境过滤器的作用。夏季
,双层外皮阻挡阳光、
降低室内冷负荷的同时产生拔风作用
,抽出室内废气
,在双
层外皮之间的百叶可以有效地控制对太阳辐射的吸收或反
射
;冬季
,封闭双层外皮又起到一个被动式太阳能吸收器的
作用
,热空气用于预热流经整个建筑的通风换气空腔。同时
在双层外皮之间设有通风供气管
,此时空腔则相当于排气
管。该建筑采用的措施可以降低外部噪音、扩大了使用空
间、控制外界能量的收集等。
3 办公建筑节能设计的具体措施
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1 建筑措施
从节能的角度来看
,在同一幢办公楼中
,小办公室比敞
开式更能节约建筑能耗。虽然小办公室形式可能会减少一
些可使用面积
,但是综合考虑节约资源和降低使用维护成
本
,并没有劣势。不过办公建筑乃至公共建筑区别于住宅建
筑的特点就是建筑功能复杂、空间形式多样。其所使用的建
筑材料和技术种类大大多于住宅建筑
,因此需要针对办公建
筑的特点提出有以住宅建筑节能为基础而又更进一步的节
能措施。
31
11
1 改善外围结构的热工性能
以聚苯乙烯板作为基本保温材料的外墙外保温系统的
技术要点
,首先是
EPS保温板与建筑物外墙基层的结合
;其
次是保温系统的外饰面材料的观感和质量。
现在许多办公建筑采用幕墙系统装饰建筑外立面
,也可
以根据实际情况
,采取不同的节能保温措施。例如在干挂石
材幕墙系统的基层和石材之间夹入保温材料
,或者将聚苯乙
烯等保温材料与石材或金属面板一体化生产
,直接作为安装建筑论坛与建筑设计
292009.
12:
94四川建筑 第卷
6期 的保温构件
,成本提高不多
,却大大增加了保温性能
,不失为
一种可行的方法。如山西某高层办公楼
,其幕墙系统就可做
节能方面的设计改进
,由于该建筑物的勒脚和层间混凝土部
分设置实体幕墙(石材、金属等)
,幕墙的支撑系统原本有足
够的空间来设置保温层
,而
EPS保温材料密度小
,无需对幕
墙支撑的力学性能进行重新设计
,却能达到有效改善外墙热
工性能、较少建筑物热桥的目的。
31
11
2 利用玻璃材料技术
为了增大视野和采光
,将室外景观引入办公空间
,同时
为了增强立面效果
,办公楼常常采用开大面积窗
,或者在上
述的幕墙系统中设置大面积透光部分。玻璃在这里成为外
围护结构主要的建筑材料之一。对于大量使用玻璃材料的
办公建筑来说
,这方面的节能策略是
:开发和利用玻璃材料
技术、玻璃构件的构造技术和建筑智能化技术等
,通过各种
措施的整合改善建筑的环境性能
,以达到技术、功能和美学
的统一。目前节能效果较好的材料有传统镀膜玻璃和
low2
E
(低能耗
)玻璃
,两者都是通过镀膜来减少通过玻璃的热量
流。但是前者在反射热量的同时减少了可见光的通过,后者
通过各镀膜层的性质和厚度搭配
,使得在反射热量的同时有
较高的透光性
,是今后建筑玻璃的发展方向。在改进玻璃性
能的同时发展新型的设计手段和构造技术
,是进一步改善玻
璃建筑能耗特性的手段。近来发达国家特别是欧洲国家出
现一种有别于传统双层玻璃和玻璃幕墙的热通道幕墙
,该系
统由一个单层和双层玻璃幕墙构成
,两个幕墙之间的空间较
大
,可在该通道中完成采暖、通风、空调和日常的清洁。由于
其中空间大
,还可以配置可调节遮阳、折光构件和控制器等
,
形成一个可呼吸的建筑表皮。
31
2 其他措施———新能源与设备
目前建筑能耗的能源构成主要有石油、煤炭、一次电力
等
,而地域和自然条件的限制常常成为传统能源缺乏的原
因。在这样情况下有必要研究建筑新型能源的利用和传统
能源的二次利用。
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1 太阳能资源
太阳能技术在建筑节能方面的应用根据使用方式可以
分为直接利用和间接利用
,大致也就是主动式太阳能建筑和
被动式太阳能建筑的分类。过去常见的太阳能利用方式有
:
利用温室效应的太阳房
,太阳能热水器
,太阳能光伏电池等。
由于目前光伏电池的成本极高因此无法普遍采用
,但其他方
面的太阳能利用已经有了长足的进步。目前
,许多国家正在
研究太阳能吸收空调
,这并非利用太阳能发电来驱动空调系
统
,而是利用太阳能集热器接受太阳辐射产生热水作为热
源
,驱动吸收式制冷机的一种新型空调技术。主要有氨
-水
吸收式制冷技术和水
-溴化锂吸收式制冷系统。相比光伏
电池来说
,太阳能空调技术是目前利用太阳能资源的一条有
效而经济的道路
,并且具有推广性
,很值得在公共建筑中采
用
,分担建筑物内一部分的空调负荷
,从而减轻城市电网
负担。
31
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2 热泵技术
热泵技术也是近来兴起的研究领域。热泵技术的工作
原理是
,利用自然界的低温和高温物体作为供暖制冷系统的冷热源。例如以海水表面和深层之间存在的
20℃左右的温
差形成冷热源实行供热或供冷。目前已有见利用地底资源
使用热泵技术的建筑物
,如德国议会大楼
ATES系统。地表
向下的热梯度为
3℃左右
,热量以低速抽取
,并进一步加热于
采暖系统中
,夏季可用该系统将制冷放热注入地下储存。这
是一种利用地热资源的开放式系统。
以上新能源开发利用是基础性研究的范围
,在广泛应用
之前必然会有一个漫长的过程
,因此
,更应该重视的是现有
空调采暖设备的改进。
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3 宏观供热制冷设计优化
宏观供热制冷设计优化是节能的前提
,对于具体的建筑
对象
,则可采取巧妙的用能方式来合理地调节能耗。前文叙
述了建筑的蓄能作用
,设备上同样可以使用这样的原理来改
善用电负荷。蓄能用电指用电设备在用电低谷时将廉价充
裕的电能转换成其他形式的能量
(如势能、热能等
)储存
,在
高峰时释放缓解用电压力的做法
,用以调节负荷节省电力。
具体做法有许多
,比如可利用相变材料蓄能
,一些能在一定
温度下凝固的无机盐或盐溶液(
称为共晶盐)
。利用固液相
变能耗
,蓄能量大且媒质体积变化不大
,设备装置可较简单。
此外还有利用冰蓄冷的空调系统
,其原理与此近似。利用蓄
冷量
,可以在夏季有效降低中央空调系统的送风量
,从而降
低通风机组的功率
,附带的优势则是可以减小通风管道截
面、减少占用空间和耗费的材料
,体现了全面的可持续思想。
此外
,在空调系统中改进传感检测方式
,提高自动化控制的
程度
,实现办公建筑的智能化
,是进一步进行节能的基础
,这
是一个多学科交叉的领域
,需要众多研究人员的参与。
自发生世界性能源危机以来
,照明节能已经成为照明设
计中最重要的环节之一。办公楼绿色照明是一项系统工程
,
主要在于提高系统的总效率。照明节能的主要措施有
:减少
配电线路损耗
;选用合理的办公照度
,合理布置灯具
,各种照
明方式相结合
;选用高效节能灯具
;采用照明自动控制系统
,
等等。绿色照明的研究与论述详见电气照明专业书籍和论
文
,本文限于篇幅不作分析。
4 结束语
在今天这个变革的年代
,建筑节能作为现代建筑技术的
一个发展方向
,已成为国内外建筑业广泛重视的研究课题。
从办公建筑的自身发展来看
,办公建筑的确存在着节能的很
大潜力。本文主要介绍了办公建筑节能设计的理念和措施
,
以供同仁参考。
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5建筑论坛与建筑设计
292009.
120
