建筑方案设计中节能设计思想的运用

王祥

（武汉中合元创建筑设计股份有限公司）

1 引言

建筑物的节能设计是一项综合技术运用的系统工程，既包括房屋建筑的本体技术，又涉及到建筑材料以及建筑电气设备的选择。从本文设计角度出发，对节能设计思想在设计过程中的贯彻进行探讨，并对给排水节能设计的关键点进行说明，对中水技术的节能效率进行实例分析。

2 建筑节能设计的四个理念和三个基本原则

2.1 四个理念

建筑节能设计至少要体现四个方面的理念：

1）节约土地资源

在智慧城市建设的理念下，城市建筑的空间设计要由原来的“粗放型”转向“集约型、密集型”发展，建设过程中要减少有害物质以及建筑垃圾的排放，尽量做到材料的循环利用，最大限度的减少对土地资源的污染和占用。

2）节材

体现绿色建筑理念，在建筑材料设计上，要考虑资源优化配置和最大化利用的基本原则，扩大可再生材料以及可重复使用材料的应用。

3）节约水资源

建筑节约用水，主要体现在生活用水、绿化用水、中水合理利用等方面。

4）节能，主要指电能和燃气能

建筑设计要充分利用太阳能、地热能等新能源的利用，减少对传统能源的依赖，选择节能的采暖及空调等电器设备，合理选择建筑围护结构系数以及节能环保材料，尽量减少采暖及空调设备的使用。

2.2 三个原则

2.2.1 “因地制宜”原则。

建筑节能运行是诸多综合因素共同作用的结果，和建筑所在地区的气候、建筑周边微环境、建筑自身设计都有密切的关系。就拿建筑围护结构来讲，围护结构系数的合理设计，可以将建筑能耗降低30%-50%,实现超低能耗。而围护结构中外墙、外窗的传热系数以及太阳的热系数的选择，和地区环境气候有直接的关系。比如严寒地区（如黑龙江）、冬冷夏热地区（如武汉）、冬暖夏热地区（如海南），因为环境气候上存在大的差异，所以必须选择不同的围护结构系数，才能实现节能效果的最大化。

以武汉地区的节能建筑设计为例，武汉是一个典型的冬冷夏热地区，夏季表现闷热，而冬季显得比较湿冷，所以设计武汉地区的节能建筑，必须要以适应武汉的气候特征为前提，这是节能设计要首先考虑的第一要素。具体来讲，要掌握以下几大要点：

①建筑物朝向尽量“坐北朝南”设计，要保持建筑物室内，以及建筑群之间在夏季具有较好的自然通风效果，建筑群的整体布局要避免采用“周边式”。在建筑群布局设计上，低层建筑要放在南面（夏季迎风面），中间是多层建筑，最北面设计高层建筑。如果不能这样优化布局就会影响到建筑的自然通风效果，一般要考虑在高层建筑底层做局部架空设计来提升自然通风的效率。

②在条件允许的情况下，按设计标准规定，要尽量加大楼间距，建筑群之间要减少硬化地面设计，提高地面绿化率和常绿灌木、落叶乔木的种植，通过立体绿化体系的建立来阻挡、吸收太阳的直射辐射（良好的绿荫体系能够阻挡50%-90%太阳光辐射热量），降低地面给建筑物的辐射反射，减轻区域范围内的热岛现象，降低环境温度。

③建筑体型系数要控制在节能设计的标准范围内。在外墙设计上，要减少凹凸面与架空楼板设计，避免外墙洞口没有窗户的飘窗设计，降低坡屋顶坡度，或添加结构平顶鹏，楼梯间要设计成封闭式的。

④避免大开窗设计，满足采光要求即可。门窗玻璃的选择以普通透明玻璃和浅色的低辐射镀膜的中空玻璃为主。门窗型材以断热铝合金、塑钢、断热彩钢为宜，不能使用非断热材质的。外门外窗的气密性、水密性指标要良好，隔音性能不低于30，抗风压性能在2.5kPa以上。

⑤屋顶、外墙不仅要有很好的保温隔热性能，还要避免保温层出现渗水以及内部结露、发霉。所以不能只采用空心砌块和单一轻质保温材料，要使用轻质与厚实材料的组合构造设计。屋顶以及外墙表面装饰层的颜色宜以浅色为主，如果有深色饰面设计要求，就要相应加大保温隔热层厚度，夏季内表面的计算温度以低于35℃为宜。

⑥围护结构系数选择。尽量降低外墙、外窗的隔热系数和太阳的热系数。如果建筑体型系数等指标方面略微超出节能建筑标准的要求时，要通过维护结构系数的适当调整来提高其热工性能。除此之外，建筑设计还要综合考虑本地区的人文关怀。我国地大物博，各地区的环境气候、人文地理以及水文地质条件都有很大的区别，所以，建筑节能设计不能“依葫芦画瓢”，照搬照抄，必须结合建设区域的实际情况，制定有针对性的节能方案。

2.2.2 提高新技术引入，做好技术运用的综合分析与相互关联

在建筑节能设计中，要注重节能技术的使用，尤其是新技术的引入，加大建筑科技含量，提高智能化水平，加强技术关联。目前，应用于建筑节能的新技术有很多，包括太阳能、地热能等新能源的使用，还有磁悬浮技术、水水源热泵技术、冰蓄冷技术、在照明系统中使用太阳光持续追踪技术和人员感应系统、给排水系统中的中水回用技术（在本文“3”中有较为详细的阐述）、新型保温材料及隔热外墙技术等等。建筑设计在满足节能降耗要求的基础上，要进一步提高建筑使用的舒适度和智能化水平，在控制管理上形成统一的有机整体。

2.2.3 保持责任心原则

作为建筑设计者，一定要保持极强的社会责任感，并在建筑节能设计中得到完美体现。节能降耗是关乎人类社会可持续发展的一件大事，每一个人都有一份责任，尤其是设计者，责任更加重大，应不辱使命。

3 建筑节能技术的应用举例-给排水系统

建筑物需要大量的淡水资源消耗，做好建筑给排水系统的节能设计，提高水资源的综合利用率，也是节能理念在建筑节能体系中的重要表现，本节介绍了在建筑给排水系统节能设计中用到的几大关键节能技术，并通过实例重点说明了中水回收技术的节能效益。

3.1 建筑给排水系统中常用的节能设计

①给水节能。现在高层建筑居多，在给水节能设计上，一般采用变频调速水泵控制给水环节，调整供水范围与速度，控制水泵水压变化，与普通水泵能耗相比，可以节约电能25%左右。

②热水供应节能。热水供应是建筑供水的重要内容，电加热方式电能消耗大，节能的主要措施就是改造、更换加热设备，积极使用绿色的可再生能源替代传统的电能加热，可以大大节省电能的耗用。太阳能热水系统是热水供应节能的典型代表，节能效果相当明显。以本地区一座建筑面积为20万m2的建筑为例，使用太阳能热水系统，热水量可达5000m3,热水量供应比达到90%，节约了大量的传统能源。

③做好用水装置的自动化控制。

④输水管道尽量使用PVC-U管或者是不锈钢管，避免锈蚀导致用水浪费，用水器具采用节能性器具。

⑤雨水回收系统，中水系统，实现水资源回收利用。

3.2 中水回用技术及节能效益分析

图1 某大厦逐月用水量统计对比量

节水是绿色建筑和节能的重要指标，建筑中的中水回用系统对建筑杂排水以及雨水回收处理后用于绿化灌溉、冲厕所等杂用水，节约了大量的水资源。以某建筑面积为10万m2的办公大厦为例。该大厦设有0.8万m2的商业建筑面积，7.2万m2的办公面积，其余2万m2为地下室面积。项目年用水量设计为10万m3/a。该大厦设计了中水回收系统，并采用MBR（膜生物反应处理工艺）对建筑杂排水和雨水进行处理后回用。选取2018年1月到2019年6月这段区间，对该建筑的用水总量和中水用水量做统计分析，表明中水系统的节能效果（见图 1）。

经过统计分析，2018全年的总用水量是约7万m3，比设计用水量节约了3万m3，建筑节水达到30%，这都归结于节水器具、自动化控制、减压限流、分级计量等节水措施的成果。从统计中还可以看到2018年全年中水用水量合计1.1万m3，占到建筑总用水量15.7%，这不仅大大减少了自来水的供给，同时也减少了废水排放。

4 结语

建筑能耗主要包括运行使用能耗和建造能耗两个大的部分。建造能耗系指建筑施工中占用的建设用地、使用的建筑材料、配件、设备以及安装能耗；而使用能耗系指在建筑物使用过程中发生的照明、炊事、空调、采暖、家用电气、通风、用水等水、电、燃料能耗。建筑节能设计必须要紧紧围绕这些方向展开，秉承节能理念、把握“因地制宜”等原则、从总体布局入手，做好建筑体型分析，合理利用各项节能材料、节能技术和智能化管理手段，使建筑物的节能性能得到全面提升。