节能设计在中核北京科技综合楼的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇节能设计在中核北京科技综合楼的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：随着我国城市化建设进程的高速发展，建筑行业能源的使用量逐年增加，且公共建筑成为能源消耗大户。在可预见的未来，能源价格将节节攀升，并伴随环境污染。因此建筑节能在建筑规划设计甚至整个建筑过程中的重要性日益凸显，如何在建筑设计中采用更好的优化方案以达到建筑节能的目的成为建筑设计中重要的研究课题。本文介绍了当前我国公共建筑能耗现状、建筑能耗的组成、节能的两种方式，及中核科技园区综合楼为案例的建筑方案节能设计概况，并着重从建筑体型设计、窗墙面积比设计两个方面依据《公共建筑节能设计标准》，运用计算机Dest软件系统对该建筑进行能耗模拟,模拟该建筑的逐时能耗,分析不同的建筑体型、不同窗墙面积设计对相同建筑物不同时间建筑能耗的影响，得出在设计中如何优化体型系数和窗墙比，为建筑节能方案的评选提供参考。并指出对于建筑节能设计的各个环节都应有节能意识贯穿全中，才能达到建筑物节能高效的最大化。

关键字： 节能设计 窗墙比建筑体型系数 优化

中图分类号：TE08文献标识码： A

Abstract:The construction industry energy consumption has increased year by year, and become a big energy consumption of public buildings. This paper introduce how to optimize the shape coefficient and the area ratio of window to wall design, providing reference for building energy-saving plan selection. And pointed out that in all aspects of building energy saving design should have the awareness of energy conservation through the whole, in order to achieve the maximization of energy efficiency of buildings.

Key words:energy saving design； Building shape coefficient；area ratio of window to wall； majorization

1．我国建筑能源消耗现状

目前，能源短缺问题已成为世界可持续发展所面临的重大问题之一。【1】随着我国城市化建设进程的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅上升，目前达到全社会能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400亿m2，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿m2，其中95%以上仍是高能耗建筑，而我国建筑能源利用率处于世界下游水平（我国能源利用率28%，欧美平均近50%,日本57%）所以建筑节能是节能的重点之一

2．公共建筑能耗现状

我国房屋建筑面积巨大，其中公共建筑面积约为45亿m2。据统计，公共建筑面积占城镇建筑总面积的比例不到4%，但能耗的电量却占20%以上。【2】据推算，我国大型公共建筑单位面积耗电量达到70～300KWH，是普通居民住宅的10～20倍。以北京为例，全市的宾馆、商厦、写字楼等大型公共建筑面积仅占民用建筑的5.4%，但全年耗电量却高达33亿KWH，接近全市居民用电的一半。这类建筑面积较大，能耗较高，单位面积耗电量是普通公共建筑的4～6倍，住宅的10～15倍。

3、建筑能耗的组成及影响因素

【3】建筑能耗受诸多因素的影响，主要是建筑本身的因素。一是结构能耗；二是使用能耗。对于结构能耗，主要在于提高建筑的保温隔热性能以及气密性等，降低从建筑围护结构中散失的能量；而在使用能耗方面，主要是冬季供热和夏季空调制冷，占整个建筑能耗的55%以上。具体到办公建筑来说办公建筑的基地、方位、体型、护结构的材料和性能及内部空间的形式和大小等是影响其能耗的主要因素。

本文就以中核科技综合楼节能设计为例，针对建筑体型设计、窗墙面积比设计两方面对建筑能耗的影响来分析如何实现建筑节能。

4．科技园综合楼的节能设计概况

科技园综合楼位于北京房山高新产业区，建筑物地下室为2层。用地面积73859，总建筑面积138622，其中地上建筑面积107022，地下建筑面积31600M，共有塔楼2栋，共计138622平方米。早在设计初期就倡导节能环保技术的运用，积极建成创新、节能建筑，实现经济效益、社会效益、环境效益的统一。因此在该建筑的方案设计中从建筑平面、护结构、玻璃幕墙的使用、窗墙面积比的设计、地下室采光系统、中水回收利用系统、雨水回收利用系统、外墙楼板材料的选择都根据国家《公共建筑节能设计标准》GB50189－2005标准设计，广泛采取节能措施达到建筑的高效节能。本文着重从建筑体型系数、窗墙面积比，二方面来分析不同建筑体型系数和窗墙面积比对能耗的影响，及如何更有效得优化体型系数和窗墙比。

4.1建筑平面体型分析

科技园综合楼建筑物由建设地块北侧塔楼A和南侧塔楼B两座地上高度75.9M的17层高层塔楼和两座塔楼之间及西侧地上高度21.3米的4层裙房三部分建筑物共同组成，建筑分类为一类高层建筑。按照建筑物功能及维护机构能耗站全年建筑总能耗的比例特征划分，本项目属于甲类公建。

基地东、南临城市道路，西、北与城市道路间以绿化带隔离，基地的两个主入口在东侧和南侧。塔楼A栋位于基地北侧，塔楼B于基地南侧，两者之间以CD裙房相连，建筑群整体呈半围合的”L”如右简图：

4.2体型系数对传热耗能的影响

遵照《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2009,综合楼按甲类公建设计。在建筑设计规范会对建筑体的体型系数会做明确规定。建筑体型系数是指：“建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值”。其公式为:S=F0/V0式中:S―建筑体型系数F0―建筑的外表面积V0―建筑体积。从上述的定义和公式,可见它是单位建筑体积占用的外表面积,它反映了一栋建筑体型的复杂程度和围护结构散热面积的多少,体型系数越大,则体形越复杂,其围护结构散热面积就越大,建筑物围护结构传热耗热量就越大,因此建筑体型系数是影响建筑物耗热量指标的重要因素之一。综合楼位于冬寒夏热地区，从建筑采光、艺术和人体的热舒适角度考虑，公共的建筑体型系数往往偏高，从建筑节能角度，宜降低体型系数。判断一办公楼节能效果不应是护结构总面积大小，而是以南墙面尺寸够大，其他外墙面尽可能少为标准来评价。建筑体型应尽量采用长轴朝向东西的长方形体型最好。【4】为分析体型系数的影响将参照建筑比较，模拟不同计算高度下的传热量进行对比分析计算结果如表1表中数据为计算软件条件下单位建筑面积通过外维护结构的显热传热量

表1

从计算表格看出，建筑面积不同，只要体型系数相同，单位建筑面积通过外维护结构的显热差传热量相差非常小，不超过2%。随着体型系数的增加，单位建筑面积通过外维护结构的显热传热量按一定比例线性增加。由于在各大中城市中的超高层建筑所占比例非常小，因此建筑的极限体型接近0.13，其耗能量也最小。当体型系数增大到0.2时单位建筑面积通过外维护结构的显热传热量增加约25%；当体型系数达到标准所要求的最大的最大值0.400时，单位建筑面积通过外维护结构的显热传热量增加约110%。单位建筑面积通过外维护结构的显热传热量的增长速度大于体型系数的增长速度。

因此 通过分析比较可得，对于体型系数相同的建筑，不论建筑面积的大小，平面形状如何，只要维护结构的节能措施相同，则单位面积通过的外维护结构的显热传热量相同，因此建筑方案设计时，只要建筑体型系数相同，可以灵活的选择建筑的平面形状和建筑体型。

综合楼的体型系数为0.097

4.3窗墙面积比的设计对节能的影响

在建筑围护结构的能耗中，外窗（包括透明幕墙和阳台门）是屋顶、墙体、外窗三大维护构件中热工性能最差的构件。是影响室内热环境质量和建筑能耗最主要的因素之一。目前我国公共建筑中，窗的能耗是墙体的3倍，屋面的4倍，约占建筑维护结构总能耗的40%--50%，因此加强对窗户热损失的研究，尤其是不同朝向，不同窗墙比窗户热损失的研究对于降低建筑的总能耗有很重要的作用。以利于设计低能耗建筑，本文就各朝向、不同窗墙面积比情况下，窗墙面积比对冬寒夏热地区公共建筑能耗的影响作一分析：

4.2.1窗墙比面积概念

窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位抽线围城的面积）的比值。在公共建筑的规定性指标中，用单一朝向外窗（包括透明幕墙）来限定。同时还提出了平均窗墙

窗墙比对冬季采暖能耗的影响分析

综合楼建筑物地下室为2层。用地面积73859，总建筑面积138622，其中地上建筑面积107022，地下建筑面积31600，窗墙比（各朝向窗包括透明幕墙）：东0.43，西0.36，南0.43，北0.43。该建筑物位于北京属于冬寒夏热地区，其建筑设计应满足保温要求。遵照《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2009强制性条文规定：【1】建筑的每个窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.70，当窗墙面积比小于0.40，玻璃的可见光透射比不应小于0.40。 其各项热工性能均达到节能标准的规定值，现在一定范围内分别改变对能耗有影响的建筑的窗墙比，模拟计算分析对能耗的影响。【6】计算软件采用清华大学开发的公共建筑节能设计计算软件DeST-c.

4.2.2冬季采暖耗能模拟计算分析

从东、西、南、北方向对不同窗墙面积比下办公楼的整个供暖季节单位建筑面积累计耗热量做模拟计算：调整一个朝向的窗墙面积比分别为0.2、0.3、0.4、0.5，保持其他方向的窗墙面积比、外窗传热系数和遮阳系数等其他维护结构的热工参数不变。计算各种情况下的建筑能耗。见表1-4表中第二列为计算建筑单位建筑面积采暖能耗，第四列为计算建筑与参照建筑能耗相同时只改变同朝向墙体需要达到的传热系数，第五列为计算建筑能耗相同时只改变同朝向窗需要达到的传热系数。

表1 南向窗墙比变化对采暖能耗的影响

表2西向窗墙比变化对采暖能耗的影响

表3北向窗墙比变化对采暖能耗的影响

表4 东向窗墙比变化对采暖能耗的影响

4.3.3模拟分析结论

根据上表1-4各向不同窗墙面积比条件的采暖能耗情况可以得出：【5】窗墙比的变化能耗的影响随朝向不同变化不大，窗墙比增加0.1，能耗量约增加3%，但南向窗墙比变化时，采暖能耗指标最小，北向窗墙比变化时，采暖能耗指标最大，相差大约7%。从表1-4可以看出：【6】当窗墙比由0.4增加到0.5时如果只改变墙体的传热系数，达到建筑的能耗指标，那么要减小到0.1左右，这在目前工程实践中是不能做到的；当窗墙比由0.4增加到0.5时如果只改变窗的传热系数，达到建筑的能耗指标，那么要减小到2.0左右，窗墙比如果增加到0.6，窗的传热系数减小到1.8左右。国家标准并无规定对具体地区，具体建筑给出最佳的窗墙面积比，给的只是一个指导范围。为达到国家建筑节能50%的目标，我们必须对特定地区，特定建筑类型对外窗进行节能优化设计。

因此，对于同一建筑随着各朝向窗墙面积比的增加，单位建筑面积的采暖能耗增加比例接近，但改变南向窗墙比能耗指标增加量最小，因此在选择设计方案时，如果需要增加洞口面积，应尽量增加南向窗洞口的面积。当建筑的能耗指标超过节能标准的限值，而建筑要求需要较大的窗墙比时，不应单独采用减小 墙体传热系数的做法，应该减小窗的传热系数或者同时改变墙体和窗的传热系数，这是既经济又切实可行的方法。在公共建筑节能设计中，各朝向的最佳平均窗墙面积比为0.4，平均窗墙面积比如果超过0.6，在目前的节能技术条件下，要满足公共建筑节能设计标准的要求就不经济了。

4．结论

综上所述，针对建筑体型设计、窗墙面积比设计两项做了详细的节能数据分析，揭示了优化建筑体型、窗墙面积比都会对建筑节能产生重要的影响。除此之外，通过对综合楼建筑节能设计的梳理，对建筑节能也有更深刻的认识：节能意识应贯穿建筑节能设计的各个环节；建筑工程中的节能理念，涉及到建筑物的外墙隔热、屋顶的隔热、建筑照明系统的技能、建筑通风系统的节能等多个方面,这是建筑行业节能发展的需要。在科学的节能理念的引导下，达到建筑物节能高效的最大化。

建筑节能是城市建筑发展的主要方向,也是建筑企业在建筑施工中需要不断加强的方面,做好建筑节能工作,将会为建筑企业创造更多的经济效益,也为社会环境的良性发展做出更大的贡献。

参考文献：

【1】中华人民共和国住宅与城乡建设部 《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）

【2】张爱萍 《浅谈公共建筑节能设计的必要性》2009.13

【3】 张涛《建筑节能技术经济分析》环境保护科学 2008

【4】张方 《办公建筑节能研究》 中国建筑工业出版社2011

【5】清华大学建筑节能中心《夏热冬冷地区建筑节能综合评价报告》中国建筑工业出版社 2011

【6】颜启森《建筑热过程》中国建筑工业出版社2010