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摘要:当前，随着科学的发展人民生活水平的提高，环保，低碳，绿色，节能的建筑已成为时代的主题。本文主要结合实例对建筑节能的设计进行了探讨。希望能够为广大同行起到抛砖引玉的作用。
关键词:建筑节能设计；系统；热负荷计算
1 工程概况
本工程为综合楼, 总建筑面积13763m2。主要功能分区可以分为教学区、办公区和学生宿舍区三大块，总平面见图1。整个建筑呈“U”型布置, 开口向东。前排形状长条型,为教学区部分,南偏西朝向;后排形状长条型,为学生宿舍部分,南偏东朝向;西边为大空间会议室、计算机房、阅览室等对日照要求不高的用房。南北两个体块通过西边的办公用房连接,食堂布置在北侧学生宿舍的一楼。本工程充分考虑本项目的自然环境和气候条件,特别是北边是河流的环境优势(见图2),将降低建筑能耗和低碳运营的可持续发展理念融入到建筑设计中。在公共建筑的能耗中,照明、采暖和制冷占很大的比重,所以与之相关的通风、维护、构成为运用相应的节能技术策略的切入点。
建筑设计
某市处于夏热冬冷地区,本工程设计结合某市夏季闷热、冬季潮湿的气候特点,教学楼、宿舍楼和食堂建筑的使用特点确定采用夏季以通风、隔热、遮阳、隔潮为主,冬季以集热、保温、通风为主,并按照从建筑群体到节点构造逐步深入的方法进行节能设计。
合理的建筑空间布局结合使用功能,利用体形、朝向等自然因素进行优化合理性设计,使建筑的能耗降低。该工程为甲级建筑,建筑体型规整,体型系数为0.27,大楼坐北朝南,平面形状为两排不平行东西方向狭长的长条形,西向通过建筑连接。在设计中把单廊式的需要大面积采光的教室布置在南侧,把内廊式的学生舍布置在后侧,朝向东南,使其能够得到良好的日照和采光。办公用房布置在学生宿舍和学生教室西侧连接处,形成半围合的建筑空间。西侧的卫生间既可服务教学区,又可兼顾运动场的使用需求,符合学生的使用习惯,提高了利用率,生间的位置处在主导风向的下风向,避免异味对教学区的影响(见图3)。
3外围护结构保温隔热设计
该工程采用低成本围护结构保温隔热体系。建筑外围护墙体采用多孔砖,在围护结构的外侧使用30mm厚胶粉聚苯颗粒保温浆料以及聚合物水泥砂浆,提高墙体的保温隔热性能。屋面采用60mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板, 传热阻为2.01 m2K/W,传热系数0.5W/(m2K)0.7W/(m2K),达到屋面的保温要求。架空楼板采用40mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板, 传热阻为1.48m2K/W, 传热系數0.68W/(m2K)0.7W/(m2K),达到保温隔热要求。该建筑的外门窗采用断热铝合金普通中空镀膜玻璃门窗,可大大降低通过玻璃窗的建筑得热和失热。
4屋顶花园设计
作为外围护保温隔热设计重要组成部分的屋面保温设计采用屋面绿化形式。屋面绿化是通过屋面防水层上的培养基种植各种绿色植物,利用植物的蒸腾和光合作用遮挡和吸收太阳辐射热,能减少太阳辐射热对屋面的影响,达到保温隔热的目的。屋面上种植的花草灌木不但可以提高城市的绿化覆盖率,还可以有效缓解城市的热岛效应,改善建筑的微环境气候,提高建筑的热工性能。
5水源热泵系统的运用
本工程的中央空调系统和生活热水系统采用的是水源热泵系统。水源热泵系统为本工程节能设计的一个亮点,采用环境优势来创造节能条件。水源热泵系统可供暖、空调, 还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的2套装置或系统,适合学校建筑。
本工程选用的是山东富尔达空调设备有限公司提供的水源热泵系统。根据富尔达公司提供的水源热泵系统方案书摘取了一部分的计算内容。
5.1 室内计算参数
5. 2 热负荷计算
(1) 建筑空调设计冷热负荷: 根据甲方提供资料及室内外气象参数, 估算该建筑热负荷见表2。
(2)学校热水估算负荷: 该校共有720个师生洗浴,具体洗浴情况不详, 每人每天洗浴用热水30L,则每天热水用量约为72030=216m3。按机组工作时间12h,加热温差40计算, 则热水负荷为:21.6/12×1.163×40=83.7kW。
5.3 热泵机组选取
(1) 中央空调部分。根据三栋建筑使用情况,建筑冷热负荷峰值出现在办公区和教学区同时使用时(即学生正常上课时)。根据甲方要求,宿舍楼与学楼通过时间程序控制空调启停, 负荷选取完全考虑到夏季负荷高峰时使用参差系,取学生上课时办公楼夏季同时使用系数为0.7,该工程夏季冷负荷为316.7+384.2 0.7= 584kW,冬季热负荷为147.7+171=318.7kW。系统选取富尔达地温螺杆机组两台, 型号分别为LSBLGR-480、LSBLGR-220。机组实用工况参数见表3。
(2) 生活热水部分。生活热水机组选取富尔达高温热水机组LSBLGRG-110一台。该机组实用工况下制热量为101kW,输入功率为23.8kW, 能效比为4.24。
热泵主机运行方式:机组LSBLG-480夏季制冷,冬季采暖;机组LSBLG-220夏季调峰制冷并在寒暑假期间单独为部分办公区解决制冷采暖需求;高温热水机LSBLGRG-110四季满足校区师生生活热水的需求。
水源热泵机组采用PLC微电脑系统,全智能自动化控制。机组可设定温度、时间等参数,并根据设定的参数自动加载或卸载(25%,50%,75%,100%容段式调节运行);同时,系统具有故障自动保护、自动报警、自动记录、自动停机等护功能, 既能够很好地保护机组,又能够方便故障排除。
5.4 河水侧系统
(1) 河水夏季设计进出水温度28/32,冬季设计进出水温度:11/6;河水设计抽灌水流量152m3/h。
(2) 河水取水通过胶球过滤器处理进入中间板式换热器, 板式换热器设计供回水温度夏季为30/34,冬季设计进出水温度:9/4。
(3) 空调部分中介水循环流量为152m3/h,选用两台水泵并联,夏季两台工作(暑期一台工作,采用变频调节),冬季一台水泵工作;生活热水部分中介水循环流量为12m3/h。
5.5 空调水系统参数
(1) 空调夏季设计供回水温度7/12,冬季设计供回水温度46/40
(2)中央空调水循环流量100m3/h,采用两台水泵并联,夏季两台工作( 暑期一台工作,采用变频调节),冬季一台水泵工作。
(3) 空调循环水系统按照建筑物类型分成三部分,其中宿舍楼与教学楼空调水按时间程序相互切换;而办公楼考虑到同时使用系数,在空调末端设置两通阀达到充分节能的目的。
(4) 室内空调水系统采用全自动补水定压设备补水定压,设备位于水源热泵机房内。
6 结语
某学校改扩建项目按节能50%、建筑能效测评1星标识、绿色建筑1星标识的标准要求进行策划和设计。在工程的设计中,上述几项节能措施在建筑中一起产生效应时,它们之间的节能效果可以互相促进和补充,从而使最终的节能效率扩大和强化。节能设计在建筑设计过程中是一个统筹考虑的过程。目前该工程还在施工过程中,上述申报项目中部分技术方案的落实和实施还有待解决。将节能技术应用同综合建筑设计相结合,是一个非常复杂的课题,在建成运作中要达到预期的适用性和经济性还需要做大量的研究和实践工作。通过该项目的实施,为在本地区进一步深化和推进建筑节能工作提供了借鉴。
作者简介：许平，男，汉族，湖北人，大学本科，毕业于桂林工学院，现就职于深圳市联合创艺建筑设计有限公司，研究方向：建筑设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:建筑节能设计；系统；热负荷计算
1 工程概况
本工程为综合楼, 总建筑面积13763m2。主要功能分区可以分为教学区、办公区和学生宿舍区三大块，总平面见图1。整个建筑呈“U”型布置, 开口向东。前排形状长条型,为教学区部分,南偏西朝向;后排形状长条型,为学生宿舍部分,南偏东朝向;西边为大空间会议室、计算机房、阅览室等对日照要求不高的用房。南北两个体块通过西边的办公用房连接,食堂布置在北侧学生宿舍的一楼。本工程充分考虑本项目的自然环境和气候条件,特别是北边是河流的环境优势(见图2),将降低建筑能耗和低碳运营的可持续发展理念融入到建筑设计中。在公共建筑的能耗中,照明、采暖和制冷占很大的比重,所以与之相关的通风、维护、构成为运用相应的节能技术策略的切入点。
建筑设计
某市处于夏热冬冷地区,本工程设计结合某市夏季闷热、冬季潮湿的气候特点,教学楼、宿舍楼和食堂建筑的使用特点确定采用夏季以通风、隔热、遮阳、隔潮为主,冬季以集热、保温、通风为主,并按照从建筑群体到节点构造逐步深入的方法进行节能设计。
合理的建筑空间布局结合使用功能,利用体形、朝向等自然因素进行优化合理性设计,使建筑的能耗降低。该工程为甲级建筑,建筑体型规整,体型系数为0.27,大楼坐北朝南,平面形状为两排不平行东西方向狭长的长条形,西向通过建筑连接。在设计中把单廊式的需要大面积采光的教室布置在南侧,把内廊式的学生舍布置在后侧,朝向东南,使其能够得到良好的日照和采光。办公用房布置在学生宿舍和学生教室西侧连接处,形成半围合的建筑空间。西侧的卫生间既可服务教学区,又可兼顾运动场的使用需求,符合学生的使用习惯,提高了利用率,生间的位置处在主导风向的下风向,避免异味对教学区的影响(见图3)。
3外围护结构保温隔热设计
该工程采用低成本围护结构保温隔热体系。建筑外围护墙体采用多孔砖,在围护结构的外侧使用30mm厚胶粉聚苯颗粒保温浆料以及聚合物水泥砂浆,提高墙体的保温隔热性能。屋面采用60mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板, 传热阻为2.01 m2K/W,传热系数0.5W/(m2K)0.7W/(m2K),达到屋面的保温要求。架空楼板采用40mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板, 传热阻为1.48m2K/W, 传热系數0.68W/(m2K)0.7W/(m2K),达到保温隔热要求。该建筑的外门窗采用断热铝合金普通中空镀膜玻璃门窗,可大大降低通过玻璃窗的建筑得热和失热。
4屋顶花园设计
作为外围护保温隔热设计重要组成部分的屋面保温设计采用屋面绿化形式。屋面绿化是通过屋面防水层上的培养基种植各种绿色植物,利用植物的蒸腾和光合作用遮挡和吸收太阳辐射热,能减少太阳辐射热对屋面的影响,达到保温隔热的目的。屋面上种植的花草灌木不但可以提高城市的绿化覆盖率,还可以有效缓解城市的热岛效应,改善建筑的微环境气候,提高建筑的热工性能。
5水源热泵系统的运用
本工程的中央空调系统和生活热水系统采用的是水源热泵系统。水源热泵系统为本工程节能设计的一个亮点,采用环境优势来创造节能条件。水源热泵系统可供暖、空调, 还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的2套装置或系统,适合学校建筑。
本工程选用的是山东富尔达空调设备有限公司提供的水源热泵系统。根据富尔达公司提供的水源热泵系统方案书摘取了一部分的计算内容。
5.1 室内计算参数
5. 2 热负荷计算
(1) 建筑空调设计冷热负荷: 根据甲方提供资料及室内外气象参数, 估算该建筑热负荷见表2。
(2)学校热水估算负荷: 该校共有720个师生洗浴,具体洗浴情况不详, 每人每天洗浴用热水30L,则每天热水用量约为72030=216m3。按机组工作时间12h,加热温差40计算, 则热水负荷为:21.6/12×1.163×40=83.7kW。
5.3 热泵机组选取
(1) 中央空调部分。根据三栋建筑使用情况,建筑冷热负荷峰值出现在办公区和教学区同时使用时(即学生正常上课时)。根据甲方要求,宿舍楼与学楼通过时间程序控制空调启停, 负荷选取完全考虑到夏季负荷高峰时使用参差系,取学生上课时办公楼夏季同时使用系数为0.7,该工程夏季冷负荷为316.7+384.2 0.7= 584kW,冬季热负荷为147.7+171=318.7kW。系统选取富尔达地温螺杆机组两台, 型号分别为LSBLGR-480、LSBLGR-220。机组实用工况参数见表3。
(2) 生活热水部分。生活热水机组选取富尔达高温热水机组LSBLGRG-110一台。该机组实用工况下制热量为101kW,输入功率为23.8kW, 能效比为4.24。
热泵主机运行方式:机组LSBLG-480夏季制冷,冬季采暖;机组LSBLG-220夏季调峰制冷并在寒暑假期间单独为部分办公区解决制冷采暖需求;高温热水机LSBLGRG-110四季满足校区师生生活热水的需求。
水源热泵机组采用PLC微电脑系统,全智能自动化控制。机组可设定温度、时间等参数,并根据设定的参数自动加载或卸载(25%,50%,75%,100%容段式调节运行);同时,系统具有故障自动保护、自动报警、自动记录、自动停机等护功能, 既能够很好地保护机组,又能够方便故障排除。
5.4 河水侧系统
(1) 河水夏季设计进出水温度28/32,冬季设计进出水温度:11/6;河水设计抽灌水流量152m3/h。
(2) 河水取水通过胶球过滤器处理进入中间板式换热器, 板式换热器设计供回水温度夏季为30/34,冬季设计进出水温度:9/4。
(3) 空调部分中介水循环流量为152m3/h,选用两台水泵并联,夏季两台工作(暑期一台工作,采用变频调节),冬季一台水泵工作;生活热水部分中介水循环流量为12m3/h。
5.5 空调水系统参数
(1) 空调夏季设计供回水温度7/12,冬季设计供回水温度46/40
(2)中央空调水循环流量100m3/h,采用两台水泵并联,夏季两台工作( 暑期一台工作,采用变频调节),冬季一台水泵工作。
(3) 空调循环水系统按照建筑物类型分成三部分,其中宿舍楼与教学楼空调水按时间程序相互切换;而办公楼考虑到同时使用系数,在空调末端设置两通阀达到充分节能的目的。
(4) 室内空调水系统采用全自动补水定压设备补水定压,设备位于水源热泵机房内。
6 结语
某学校改扩建项目按节能50%、建筑能效测评1星标识、绿色建筑1星标识的标准要求进行策划和设计。在工程的设计中,上述几项节能措施在建筑中一起产生效应时,它们之间的节能效果可以互相促进和补充,从而使最终的节能效率扩大和强化。节能设计在建筑设计过程中是一个统筹考虑的过程。目前该工程还在施工过程中,上述申报项目中部分技术方案的落实和实施还有待解决。将节能技术应用同综合建筑设计相结合,是一个非常复杂的课题,在建成运作中要达到预期的适用性和经济性还需要做大量的研究和实践工作。通过该项目的实施,为在本地区进一步深化和推进建筑节能工作提供了借鉴。
作者简介：许平，男，汉族，湖北人，大学本科，毕业于桂林工学院，现就职于深圳市联合创艺建筑设计有限公司，研究方向：建筑设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。