在世界各国的能源消耗中, 建筑业占据首位, 如美国建筑能耗约占全国一次能源的35%, 我国约占25~30%, 因此各国都把建筑的节能问题放在首位。据不完全统计, 在我国当前一些大型宾馆、酒店的总耗能量中, 空调设备用电量占的比重很大, 往往高达总用电负荷的55~60%, 特别是在当前我国经济高速发展, 能源供求紧张的情况下供电部为严格控制用电, 对各大宾馆、酒店都制订了限额用电指标, 超过计划的用电收费很高, 一般是限额用电费的3~4倍。另外空调已成为人们生活的必需品, 所以, 一方面要使我国的空调事业顺利发展, 一方面还要合理配置、使用, 节能降耗就成为高层建筑设计工作者们面临的重要议题了。
直到1973年发生了石油危机之后, 节约能源的问题才引起人们的重视, 众多空调工程师与建筑师共同研究, 联合为业主进行空调设备更新和建筑物围护结构保温设计, 业主愿贷款投资改造工程, 而从节能中回收投资, 并取得经济效益。所以, 许多发达国家都把建筑的节能放在了极为重要的地位, 纷纷制定了建筑物的节能措施与法规:日本把全国分成5个气候区, 制定了各区的热损耗系数;西德提出了建筑物形状系统法“F/V”概念, 其中F为建筑物外露面积, V为建筑物的体积, 用它来限定建筑围护结构的总平均传热系数K之值;美国根据“度日法”概念对建筑物的“平均传热系数K”做了具体规定, 使建筑围护物的耗热量得到控制;西欧各国也正在积极地推行《加强建筑物隔热的法规》, 英国在1980年的CIB节能年会上很多研究证明:建筑物节能的首要任务是改善保温性能, 特别是对不同使用功能的建筑物围护墙窗比的大小对节能有直接重大影响。这一观点受到各国建筑师的重视, 认为应从能源经济学的角度来研究热工学和制定建筑物保温规范。1986年我国政府也颁发了《民用建筑节能设计标准》JGJ26~86, 这证明我国也很重视节能工作。
对部分建成宾馆标准层的空调冷、热负荷的分析比较中可知, 不同建筑物的外围结构对空调负荷和建筑能耗有着不同的影响, 其详细数字请见表l和表2。各宾馆标准层平面如图1所示, 其中空调面积为每一标准层实际空调面积, 外墙构造由外向内, 窗框为铝合金, 新风量按每间客房100m2/h小计, 为了排除室内热、湿源波动的干扰, 对室内人员、灯具和设备的散热与散湿未予计入。由表分析可知单位空调面积最大冷负荷北京兆龙饭店要比昆仑饭店大29.3%, 国际酒家要比白天鹅宾馆大63.3%, 最大逐时热负荷兆龙饭店比昆仑饭店大81.1%, 国际酒家比白天鹅宾馆大26.9%。同时地区与地区之间, 虽然室内参数相同, 但冷、热负荷差距很大, 其根本原因在于建筑朝向、平面形状、外墙构造、窗墙比及窗玻璃种类颜色不同所致。为此, 要控制建筑外围结构的负荷指标, 最科学的方法是控制单位外围结构面积的热流, 亦即美国提出的OVVTM指标, 它给出了一系列指标数据以供应用。我国尚待作大量的研究工作, 目前可暂以外围结构综合平均传热系数。窗墙比及单位空调面积设计负荷指标来控制, 外围护综合平均传热系数K系指参与外墙传热的墙、窗、屋顶、门等等各自的传热系数与面积乘积之总和除以上述总面积之值, 即K=∑Ki Si/∑Si, 就能较合理地控制外围结构的保温性能。为从空调节能角度出发来控制建筑形状, 可采用形体系数和形状系数两个指标:即用形体系数来控制建筑造型, 它等于建筑总面积除以建筑外包围面积;形状系数, 则是取单层建筑面积与外围结构周长之比。对节能而言, 空调建筑物的体形系数并非愈小愈好, 而是存在一个最佳节能体形系数的问题。矩形建筑的最佳节能体形系数与最小体形系数之比仅与建筑物的平面长宽比、建筑热工特性及当地气候有关, 而与建筑物的体量、层高无关。
由此可见, 为了节能, 建筑专业要重视为空调专业创造条件是至关重要的。在此, 特建议国家应行文将“建筑节能”指标纳入评价一座建筑物设计优劣的重要指标中, 只有这样才能引起各界人士的重视。
(1) 增设外墙及屋顶的保温层对冬、夏两季节能是有利的;
(2) 减少窗、墙面积比, 对减少夏季冷负荷有较好的效果, 对南方有利, 但对北方建筑减少冬季能耗有可能不利;
(3) 增加外遮阳对夏季冷负荷或供冷量减少十分有利。但在冬季, 山于阳光射量减少, 有可能导致冬季采暖能耗有较大的增加。对于这些冬夏季节能互为矛盾的措施, 设计中应特别予以研究和考虑;
(4) 采用热反射玻璃, 可极大地减少夏季的供冷量, 但对北方寒冷地区的供热很不利, 要特别注意。
(1) 建筑外围结构 (未包括屋顶) 平均传热系数K取1.82~1.74W/m2, 广州与上海取3.16W/m2·h为控制上限;
(2) 窗、墙比, 广州与上海地区对朝东西的建筑物窗、墙比应控制在35%, 朝南北向者应控制在45%;
北京地区朝南的可适当放宽到45%, 而朝北和东西向者应控制在35%;
(3) 单位建筑面积外围结构冷负荷:北京为20~25W/m2, 上海、广州为25~30W/m2。当然, 制定节能控制指标是一项复杂的技术经济问题, 它与国家能源政策、建筑材料工业、施工技术和设计水平是有着密切关系。
从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。空调系统耗能大小除与当地室外气象参数、建筑物的外围护结构及室内发热散湿量有直接关系外, 室内设计温、湿度标准也是直接影响着负荷大小的重要因素。在保证生活与人体健康的条件下, 夏季室温每升高l℃, 其节省的冷, 热负荷是极为可观的。
室内设计温度仅仅提高l℃, 则通过外围护结构的传热量就可以减少10.8%, 即夏季室温每提高l℃, 约可减少热负荷12%, 同样, 在夏季如将RH由60%提高到70%, 则可节约能量17%左右。因此, 英国、日本和美国等, 都对室内温、湿度设计标准提出了限制:把室温定为26℃及20℃, 湿度为65%及40%, 分别作为夏季供冷、冬季供热的最高标准。
根据测算资料, 仅仅将夏季室温取高l℃;冬季降低1℃, 就可使空调工程投资总额降低约6%, 运行费用减少8%左右, 因此, 它与工程造价及全年运行费用有着极为密切的关系。新风负荷要占空调总负荷的20~40%左右, 对其标准值高低的取舍, 与节能关系重大, 也不可忽视。如室温夏季提高1℃, 则冷却室外新风所需的冷量就可以减少5.3%;而在大中型宾馆空调的设计中, 外围护物的耗冷量是很大的, 如果能节省8~10%的冷、热量, 就是很可观的数字。从国家规定的一、二、三、四级旅游宾馆冬、夏季室内计算的标准表中, 总的来看:夏季温度以24℃, 冬季温度以21℃为基准, ±2℃是较为普遍的, 相对湿度夏季以55%为基准±10%较为可行。冬季相对湿度随着化纤织品的广泛采用, 把下限定为35%是恰当的。所以, 在采用空调房间室内气象参数时, 既要考虑到实际的需要, 又应该注意到节能这个百年大计, 在不影响工艺使用的前提下适当提高室内的气象参数是节能的必要措施。
选好切合实际的空调方式是节能的必要途径。为了达到节能的目的, 对于不同性质和用途的建筑物, 就必须采用不同的空调方式, 在按不同功能和使用时间选用空调方式的同时, 还应讲究系统的小型化, 使用灵活, 便于管理, 有利于节能。因此, 对于大、中型高层建筑中的商场、多功能厅、卡拉OK、康乐中心、大空调写字楼等等的空调方式, 采用变风量系统 (VAV) 是较为合适的。特别要注意建筑朝向。位置的不同其冷、热负荷变化差别很大, 就应采用不同的空调方式与系统, 如福州温泉大厦的首层至三层公共场所的周边区是用风机盘管方式, 而内部区用低风速单风道方式夏季基本上是周边区与内部区同时供冷, 过渡季节或冬季, 周边区供暖, 内部区则根据室外空气参数和室内温度要求供冷或通风。风机盘管只负责处理建筑物的周边负荷, 按周边区和内部区供冷或供热有利于调节室温和节能。又如香港华润大厦, 内区用VAV系统, 外区用CAV (定风量) 系统;香港合和中心大楼, 内区为CAV系统 (空调回风口与灯具排热结合起来) , 外区为VAV系统;我国国际贸易中心大楼, 内区采用VAV系统, 外区为CAV (利用风机盘管冷却或加热) 。表2为3种典型的不同空调方式的能耗比较。
由表2可知:变风量系统最节能, 双风管系统则能耗较大。因此, 对一些负荷变化和人员流动较大的而开间又较多的公共场所, 采用变风量系统是较好的。由于这种系统调节风量方法有多种, 又没有再热损失和非峰值负荷时的送风量减少而节省动力消耗。根据粗略测得, 当风量是满负荷设计风量时、运行电流约减少26.5%, 因而全年的送风功力比定风量方式小得多, 加上没有冷、热抵消, 节能效果好, 所以变风量方式比较流行。
对于高层建筑中的特殊用房, 如自动电话室、计算机房、电脑室、电梯机房和消防中心控制室等的空调方式, 应考虑其使用功能和时间上的特殊性与有利于节能, 应单独供应冷、热源, 最好采用分体式空调机组, 或采用适合计算机房大风量 (△I=2~2.5kcal/kg为宜) , 风冷量比值小于1:2.5左右的专用空调机组为好, 送风方式为下送上回时, 送风量和冷负荷可节约25%。对于高大空间的场所如电台演播室、比赛大厅, 展览馆等建筑物的空调方式, 则须根据室内冷、热负荷分布规律与建筑热工特点, 采用分层控制的送风方式, 可节约冷负荷30%左右, 对节能有明显的效果。
大型酒店、宾馆的公共场所, 商场、餐厅、多功能厅及大型会议厅等, 需要送入的新风量较, 在整个系统的实际运行中由于室外空气参数温、湿度随季节而变化, 因此, 及时调节好新风与回风的比例就可节能。因为冷负荷的大小取决于空气的湿度, 所以如果采用热始值来控制, 即根据新风及回风烙值作比较以决定新风阀门及回风阀门的开闭位置。则可始终达到节能的目的。
大型酒店、宾馆客房卫生间的排气, 一般有2种方式, (1) 在每个卫生间内都安装一台卫生间通风器, 将室内污浊废气排入竖井, 再用屋顶风机抽出排至屋面, 这种方式不仅增加了设备的投资, 而且还要消耗一定的电能。但这种方式施工简单, 容易达到设计排气量的要求。 (2) 仅从竖井内引出一小管在卫生间顶部设置排风口, 竖井按分区用管道连接起来, 每分区用一台大型通风机进行分区排气, 这种方式可节省设备投资和节约经常运行用电, 而且运行噪音低, 很安静, 是很有实用价值的。采用这种系统是可以节能的。
提高空调系统的自动化控制水平, 是节能的关键。但目前除了恒温恒湿工程、人工气候环境室和高精度工艺生产房及超净化洁净室等工程设置了一般的自动化控制系统外, 近年来只有首都少数高层宾馆采用了自动系统管理, 在当前高层宾馆大量建造的时代, 对于空调系统中占20~40%的新风负荷的控制。对风机盘管、冷热水系统、制冷装置及新风系统等的自动控制, 是当前设计人员与建设单位应该着重考虑的重要内容。据国外资料介绍, 在一个典型房间进行比较, 对风桩盘管装自控和不装自控, 比较结果安装自控可节能38%。而增设自控系统的投资只要2年左右时间就可以收回, 所以自动控制系统取得的经济效益十分显著, 也是建筑物节能事业必不可少的重要环节。
摘要：本文阐述了设计先进合理是节能的首要途径和合理的建筑方案是节能的前提及高层建筑空调设计的节能措施。
关键词：建筑设计,节能指标
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