建筑节能技术在建筑设计中的应用 建筑设计或者建筑规划设计中如何考虑建筑设备系统
1.前言
建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建、改建和使用过程中，执行建筑节能标准，采用新型建筑材料和建筑节能新技术、新工艺等提高建筑围护结构的保温隔热性能和建筑物性能系统效率，在保证建筑物室内热环境质量的前提下，减少供热采暖、照明、热水供应的能耗，并与可再生能源利用、保护生态平衡和改善人居环境紧密结合。在全世界总的能源消耗中，建筑能耗约占25%~40%。近年来，我国的建筑节能工作已进入全面实施阶段，随着一系列关于建筑节能的国家法规及地方标准的颁布和实施，整个建筑行业从业人员不仅从观念上对建筑节能有了一定的重视，而且在具体工作中取得了一定成果。使建筑节能在理论研究和实践操作上均获得了一定效果。但是，与世界发达国家相比，还有相当大的差距。关于建筑节能，我们尚有许多工作要做。
2. 建筑节约能耗措施
(1)使用纳米透明隔热涂料。纳米透明隔热涂料是新近问世的一种可以让玻璃既保持高透光性同时又有较好的隔热效果的高科技产品。纳米透明隔热涂料可采用喷涂或刷涂技术涂与各类建筑物的玻璃上。在夏季,能抑制65%太阳能辐射不进入室内,并能保证透光率达到70%,能使室内温度低于室外温度达到4℃～7℃,测试表明，夏天开空调时,空调的耗电量可从原来303度降低到208度,可节电20%～30%左右在冬季,隔热涂膜的特殊金属膜呈透明型、引进可视光,长波长的暖气能在室内反射,使室内的暖气(远红外线）约90%不外流。
(2)建筑节能中太阳能的利用。太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源，其优点是极为丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。 有关资料表明,我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3×103～8.4×106KJ/(m2•年)之间，相当于2.4×104亿t标煤。全国总面积三分之二以上地区年日照时数大于2200h，日照能量在5×106KJ/(m2•年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州省资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区。 在建筑中加强太阳能的利用是实现可持续发展的重要环节，太阳能可以为建筑供暖、供热水、供电，甚至能够提供建筑物的全部能量。我国北方被动太阳房采暖节能60％～70％，平均每平方米建筑面积每年可节约20Kg～40Kg标准煤，有着良好的经济和社会效益。
(3)注重墙体节能。多年以来，我国建筑墙体一般采用单一材料，如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。单一材料导热系数大，一般为高效保温材料的20倍以上，由于建筑节能的需要，新型复合墙体已经出现，复合墙体主要通过在墙体主体结构基础上，增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体很好地发挥了两种材料的长处，既不会使墙体过厚，又能承重，保温效果又好，因此，发达国家新建建筑已基本上采用了此种方式。我国要达到节能50%的要求，除部分采用加厚的加气混凝土单一墙体外，使用复合墙体将是大势所趋。根据复合材料与主体结构位置的不同，墙体保温包括内保温、外保温、夹芯保温等。
(4)关注门窗节能技术。在整个建筑物的热损失中，而门窗缝隙空气渗透的热损失则占20%～30%。所以,门窗是围护结构中节能的一个重点部位。门窗节能主要从减少渗透量、减少传热量、减少太阳能辐射3个方面进行。减少渗透量可以减少室内外冷热气流的直接交换而增加设备负荷,可通过采用密封材料增加窗户的气密性减少传热量是防止室内外温差的存在而引起的热量传递，建筑物的窗户由镶嵌材料和窗框、扇型材组成。为此，要加强节能型窗框和节能玻璃等技术的推广和应用,增大窗户的整体传热系数以减少传热量。
塑钢门窗不仅防噪隔声功能显著，防雨水渗漏能力强，空气渗透量小，更主要的是塑钢门窗的导热系数极低，隔热效果优于铝材1250倍，在采暖和制冷上，能耗要低30%～50%，室内空调的启动次数明显减少，耗电量也显著减少。
3. 建筑节能的三合理
从建筑设计入手，综合分析地区气候特征，充分利用有利的气候条件和防御不利气候因素影响。地区气候特征包括太阳能辐射强度、最热（冷）月平均气温及空气湿度、夏（冬）季主导风与平均风压、雨雪量等要素。这些要素是我们节能设计需要注意的“气候条件”。此外，还需注意区域的“微环境”，如地形条件、地表环境、地表土壤和环境植被等。只有这样，才能权衡利弊、趋利避害，统筹运用气候因素。
(1)合理群体规划布局。设计中要充分考虑夏季有利的主导风向（通风致凉）和避免冬季不利的主导风向（避风保暖），综合考虑采光、通风、保温和防晒等因素，合理安排群体布局和建筑朝向。如南京属典型的夏热冬冷地区，又具有大陆性气候特征，夏季炎热多东南风、冬季寒冷多西北风，在进行小区群体布局时，一般将小体量的低层、独立式住宅放在南面，大体量的高层住宅放在最北面，可以最大限度地满足夏季自然通风和冬季阻挡不利的西北风的需要。
(2)合理控制体形系数。体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积F0（m2）和其所包围的体积V0（m3）之比值。也就是说，单位建筑空间的外表面积越大，体形系数越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考虑节能设计时，建筑平面外形不宜凹凸太多，力求完整，避免因凹凸太多增大而提高体形系数。在所有几何形体中，球面体体形系数最小，同等条件下能耗最低。如合肥大剧院就采用近似球面体外形，体形系数小而相对节能。
(3)合理控制窗墙比。窗墙比就是建筑外窗总面积与外围护墙体总面积之比值。由于外围护墙体的热工性能比玻璃窗户要好。尽管外窗面积比外墙面积要小得多，但通过外窗得失热量却占外围护结构得失热量的40%左右，因此需根据不同地区气候特征合理控制窗墙比。如在严热干燥的新疆，白天太阳辐射强度大，夜间温度低，建筑外墙体比较封闭，窗墙比小，可以减少白天透过窗户的太阳辐射热和夜间室内热量的散失，同时保持室内空气的湿润。在南京地区，建筑的窗墙比则较大，夏季利用较大的南向窗户进行自然通风，冬季则可以获得较多的太阳辐射热。
4. 结论
建筑节能研究是建筑可持续发展的重要研究课题。在我国现阶段，主要提倡运用与经济发展水平相适应的简单节能技术为主，切不可为片面追求低能耗目标而不顾经济成本，大量使用节能新技术。同时注重太阳能、风能、地能等可再生自然能技术的研究和开发，降低可再生能源的利用成本，逐步从大城市与经济比较发达地区向全国推广运用，实现我国建筑节能既定目标。
参考文献
［1］房志勇。建筑节能技术。中国建材工业出版社，1998
［2］《河南省居住建筑节能设计标准》(寒冷地区) DBJ41/062-2005
［3］宋德萱.节能建筑设计与技术.上海.同济大学出
1 概述 随着社会经济发展、人民生活水平不断提高，建筑能耗持续上升。其原因，一是建筑面积增加，二是居民家用设备快速增长，建筑照明条件也愈益改善，三是人们对建筑热舒适性要求越来越高，空调制冷面积不断扩大，时间也在延长，能源消耗随之增加。目前普遍认为建筑节能是节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑节能技术措施不仅能改善室内热环境、减少空调耗能量，还能减少空调机排放的废热废气等改善大气环境，且对削减用电高峰负荷意义重大。 为了贯彻国家有关能源规定和政策，提高设备和能源利用效率，提高建筑节能设计水平，使建筑节能设计人员更好地掌握节能设计方法、熟悉节能设备选用。Acrel(安科瑞)公司研发的Acrel-5000建筑能耗分析管理系统，可以通过ACR网络电力仪表、谐波表、导轨式电能表，对商场、宾馆、学校、、银行、体育馆、政府机关等大型公建进行电能分项计量和能耗分析管理。希望能对人们的建筑节能意识起到引导作用，为建筑设计人员提供参考，使建筑与节能一体化设计，达到更好的节能效果。 在建筑节能设备设计应用中应大力利用可再生能源，如利用地下水作为空调系统的冷却水和热源水，用制冷（热泵）从低品位热源中提取所需的冷（热）量为建筑供冷（热）；又如太阳能是清洁而且用之不尽的可再生能源，不仅可提供生活热水，还可进行光伏发电，为建筑的照明系统提供光源。另外将太阳能应用于空调技术，可以有效降低由于使用常规机械压缩制冷设备带来的大量电力消耗，从而减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染。所以设计人员在建筑节能设计中，应该努力探索可再生能源与建筑的结合方式，构建节约型社会。 2 基本知识2.1建筑能耗设备 建筑设备包括建筑电气、供暖、通风、空调、消防、给排水、楼宇自动化等。 建筑内的能耗设备主要包括空调、照明、热水供应设备等。南方地区空调系统和照明系统的耗能在大多数的民用建筑能耗中占主要份额，空调系统的能耗更达到建筑能耗40%～60%，成为建筑节能的主要控制对象。 2.2建筑设备节能设计应注意的问题 建筑的节能设计，必须依据当地具体的气候条件，首先保证室内热环境质量，同时，还要提高采暖、通风、空调和照明系统的能源利用效率，以实现国家的节能目标、可持续发展战略和能源发展战略。 1）合适、合理地降低设计参数 合适、合理的降低设计参数不是消极被动地以牺牲人类的舒适、健康为前提。空调的设计参数，夏季空调温度可适当提高一点如25～26℃、冬季的供暖温度可适当低一点。 2）建筑设备规模要合理 建筑设备系统功率大小的选择应适当。如果功率选择过大，设备常部分负荷而非满负荷运行，导致设备工作效率低下或闲置，造成不必要的浪费。如果功率选择过小，达不到满意的舒适度，势必要改造、改建，也是一种浪费。建筑物的供冷范围和外界热扰量基本是固定的，出现变化的主要是人员热扰和设备热扰，因此选择空调系统时主要考虑这些因素。同时，还应考虑随着社会经济的发展，新电气产品不断涌现，应注意在使用周期内所留容量能够满足发展的需求。 3）建筑设备设计应综合考虑 建筑设备之间的热量有时起到节能作用，但是有时候则是冷热抵消。如夏季照明设备所散发的能量将直接转化为房间热扰，消耗更多冷量。而冬天的照明设备所散发的热量将增加室内温度，减少供热量。所以，在满足合理的照度下，宜采用光通量高的节能灯，并能达到冬夏季节能要求的照明灯具。 4）建筑能源管理系统自动化 建筑能源管理系统（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自动化系统（BAS，Building Automatic System）的平台之上，是以节能和能源的有效利用为目标来控制建筑设备的运行。它针对现代楼宇能源管理的需要，通过现场总线把大楼中的功率因数、温度、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全楼的水、电力、燃料等的用量由计算机集中处理，实现动态显示、报表生成。并根据这些数据实现系统的优化管理，最大限度地提高能源的利用效率。BAS系统造价相当于建筑物总投资的0.5％～1％，年运行费用节约率约为10％，一般4～5年可回收全部费用。 5）建筑物空调方式及设备的选择，应根据当地资源情况，充分考虑节能、环保、合理等因素，通过经济技术性分析后确定。 3 Acrel-5000建筑能耗分析管理系统3.1系统构成 能耗分析管理系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。其中，分类能耗是指根据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、燃气、水等。分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。3.2数据传输技术 建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485接口，并采用TCP／IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。3.3数据中心 数据中心也就是数据库，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。数据中心具备设置数据更新的时间间隔，访问历史数据，报警，打印报表，实时与历史曲线，图表的绘制，并预留相应扩展功能。3.4系统结构 Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的最优化的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：3.5系统功能 Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。 3.6大型公建或楼宇建筑的信息管理 系统提供标准的手工信息录入界面，可对各栋监控建筑的基本信息进行整理和录入，并支持手工录入历史能耗数据的功能。 Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的数据库建立也完全依据114号文，根据建筑的使用功能和用能特点，将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为如下8类： 1、办公建筑 2、商场建筑 3、宾馆饭店建筑 4、文化教育建筑 5、医疗卫生建筑 6、体育建筑 7、综合建筑 8、其它建筑3.6.1能耗数据的实时监测 系统采集站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地建筑能耗分析管理系统数据库，用户可于当地实时查询能耗监测情况。3.6.2建筑分类能耗分析 系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合114号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类： 1、耗电量 2、耗水量 3、耗气量（天然气量或者煤气量） 4、集中供热耗热量 5、集中供冷耗冷量 6、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）3.6.3电量分项能耗分析 照明插座用电：为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。空调用电：主要包括冷热站用电、空调末端用电。 动力用电：主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。 特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。建筑总能耗为建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算的标准煤量之和。 总用电量＝∑各变压器总表直接计量值 分类能耗量＝∑各分类能耗计量表的直接计量值 分项用电量＝∑各分项用电计量表的直接计量值 单位建筑面积用电量＝总用电量/总建筑面积 单位空调面积用电量＝总用电量/总空调面积3.6.4用能情况的同、环比分析 统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量，以曲线图、柱状图等不同方式显示，支持报表输出。3.6.5建筑节能辅助诊断 系统可提取各能耗数据进行同、环对比分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并给出能耗分析报告。4 系统报价建筑能耗分析软件(Acrel-5000) 单位：元（RMB）大类 子项 解释 价格 登录与注销 服务器配置 标配 40000 登陆 注销 退出 日志与用户管理 日志管理 标配 添加用户 用户权限控制 用户密码更改 建筑信息 建筑基本信息 标配 建筑群基本信息 建筑建筑群关系 数据中心基本信息 支路及电表信息 监测仪表参数 标配 监测仪表产品信息 电表基本信息 支路设备 BA参数配置 BA点配置 标配 信息配置向导 信息配置向导 标配 设备监控 设备实时能耗 标配 BA参数分析 建档设备运行记录 设备开关机时间统计 环境监控 建筑环境温度 标配 分项能耗 分项能耗统计 标配 分项能耗比较 环比同比分析 数据处理 原始数据查询 标配 异常数据分析 报表制作 简易报表 标配 帮助 用户手册 标配 在线帮助 支路能耗 支路能耗统计 选配 7000 支路能耗分时统计 环比同比分析 报表制作 报表定制 选配 5000 气象数据 气象数据 选配 5000 度日数分析 供电局 契约限额申请 选配 11000 MD值分析 月账单核对查询 支路电费查询 电价查询 能耗指标 最大累计产冷(热)量 选配 1000 平均制冷(热)量 冷水机组运行效率COP 选配 2000 冷站能效比 选配 4000 空调系统能效比 冷冻站房制冷机组运行负荷率 选配 7500 冷冻站房冷却水泵运行负荷率 冷冻站房冷冻水泵运行负荷率 冷冻站房冷却塔运行负荷率 空调机组运行负荷率 冷冻站房制冷机组有效利用率 选配 7500 冷冻站房冷却水泵有效利用率 冷冻站房冷冻水泵有效利用率 冷冻站房冷却塔有效利用率 空调机组有效利用率 冷却水泵能量传输力 选配 2000 设备负载率 选配 3000 冷水机组能效比 选配 2000 冷冻水系统输送系数 选配 2000 冷却水系统输送系数 单位建筑面积能耗 选配 1000 单位空调面积能耗注：1.本报价单监控软件价格为只针对本公司产品，涉及第三方产品的价格另议； 2.本报价为含税价，不含通讯电缆架设费用。5 结束语 随着能源的日益紧张，节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择，本文介绍Acrel-5000能耗监测系统，不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等，便于分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。该系统运行安全、可靠，并附有事件记录及故障报警等功能，极大地方便了用户的使用。随着社会的发展，能源的日益紧张，实现对分类能耗、分项能耗的远程监测与管理成为智能建筑发展的必然趋势。
