大型商業(yè)建筑節(jié)能降耗研究

田芳，賈萍，陳國(guó)臣

（河北工程大學(xué)建筑學(xué)院,河北 邯鄲 056038）

0 引言

大量商業(yè)建筑隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高不斷涌現(xiàn)。目前我國(guó)建筑節(jié)能處于起步階段，大部分商業(yè)建筑處于高能耗的狀態(tài)。本文通過對(duì)商業(yè)的建筑設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)備兩方面進(jìn)行研究，提出降低商業(yè)建筑能耗的措施，從而改善城市環(huán)境質(zhì)量，減少環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。

1 現(xiàn)狀分析

目前我國(guó)建筑能耗占全社會(huì)總能耗的30%左右，商業(yè)建筑面積占全國(guó)建筑面積的25.4%，而且這個(gè)比例還在不斷增長(zhǎng)。商業(yè)建筑能耗居高不下主要有兩個(gè)原因：①大型商業(yè)建筑建筑面積大，客流量大，照明電器和機(jī)械設(shè)備密度高，多采用中央空調(diào)控制室內(nèi)溫度，能量傳輸距離長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)換設(shè)備多；②大型商業(yè)建筑每天運(yùn)營(yíng)的時(shí)間長(zhǎng)而且全年幾乎都在運(yùn)行沒有節(jié)假日。

商業(yè)建筑與其他建筑相比單位面積能耗高，節(jié)能潛力巨大，因此商業(yè)建筑節(jié)能改造成為一項(xiàng)越來(lái)越重要的課題。

2 建筑設(shè)計(jì)節(jié)能分析

在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)，許多建筑師不太了解建筑物理和能量節(jié)約方面的知識(shí)，認(rèn)為節(jié)約建筑能量是設(shè)備工程師考慮的問題，與他們無(wú)關(guān)。由于建筑節(jié)能節(jié)約意識(shí)的缺乏，建筑設(shè)計(jì)時(shí)造成了很大的能量損耗，單純靠彌補(bǔ)機(jī)械設(shè)備難以從本質(zhì)上提高建筑物的熱工性能，這樣會(huì)導(dǎo)致很大的能量浪費(fèi)。建筑師必須一開始就知道節(jié)約能量的重要性，并且在設(shè)計(jì)階段就從整體上降低建筑的能耗，這將具有事半功倍的成效。

2.1 建筑總平面

2.1.1 總平面設(shè)計(jì)

商業(yè)建筑的總平面布置，要適用冬季日照，減少夏季炎熱和充分利用自然通風(fēng)。因此要對(duì)商業(yè)建筑的總平面布置以及建筑平、立、剖面形式和太陽(yáng)輻射、自然通風(fēng)等氣候因素對(duì)商業(yè)建筑能耗的影響進(jìn)行分析，在冬季最大限度的獲得太陽(yáng)輻射熱量和減少熱損失，夏季最大限度的減少得熱并利用自然能源來(lái)降溫冷卻，以達(dá)到節(jié)能的目的。

建筑總平面布置和大型商業(yè)建筑內(nèi)部的平面設(shè)計(jì)，應(yīng)合理確定冷、熱源和通風(fēng)、空調(diào)機(jī)房的位置，制冷和供熱機(jī)房宜設(shè)置在空調(diào)負(fù)荷的中心。制冷和供熱機(jī)房盡量靠近負(fù)荷中心，主要是為了避免環(huán)路長(zhǎng)短不均，難以平衡，造成供冷熱質(zhì)量不良，增加投資和能耗。

2.1.2 節(jié)能平面調(diào)整

建筑在方案設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足功能布局、結(jié)構(gòu)技術(shù)合理、形象美觀的基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)能概念的貫徹必須反應(yīng)在方案設(shè)計(jì)階段。如建筑的體型比例、平面空間布局、窗的面積和位置等都會(huì)影響建筑的得熱和熱損失。因此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，做好建筑的平面調(diào)整極其重要。

平面組合調(diào)整是與建筑功能組合相協(xié)調(diào)的節(jié)能意識(shí)的實(shí)施方法，通過各種節(jié)能設(shè)計(jì)手段，使建筑本身具有節(jié)能的功能。具體地，平面體型盡量方正，對(duì)受陽(yáng)光干擾的立面設(shè)遮陽(yáng)方式，并強(qiáng)化壁面的阻熱性能。建筑平面以簡(jiǎn)單的幾何體塊為主，體型系數(shù)小，利于建筑節(jié)能；結(jié)合建筑的功能組合，將耗能較多的壁面部分形成“雙壁體系”；不同立面采取相應(yīng)的開窗方式，并處理好壁面裝飾的材料、色彩等問題；通過玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)，利用“可控制雙壁體系”有效的改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，可達(dá)到冬季采暖、夏季致涼的作用；把大型商業(yè)建筑的一些輔助用房，如公廁、儲(chǔ)藏室、配電空調(diào)機(jī)房等采取周邊式布局；設(shè)計(jì)溫度“阻尼區(qū)”，即在建筑室內(nèi)與室外之間設(shè)置一個(gè)中間空間，這個(gè)區(qū)域就像一道熱閘阻止冬季寒風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)、夏季太陽(yáng)的直接輻射對(duì)室內(nèi)的影響等。

2.2 建筑體型設(shè)計(jì)

在建筑的體型設(shè)計(jì)中，體型系數(shù)是一個(gè)十分重要的控制因素，它是指建筑的外表面積與建筑體積的比值。建筑的體型系數(shù)越小，建筑面積一定，建筑的外表面積也就是能量流失所通過的面積就越小。這樣在使用同樣材料的情況下，建筑通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)所損失的能量就會(huì)越少。建筑的體型系數(shù)主要和建筑的造型、平面的布局等有密切關(guān)系。一般情況下，建筑越中規(guī)中矩，建筑的體型系數(shù)就越小，這與建筑設(shè)計(jì)追求多樣化、個(gè)性化的理念是不一致的?？刂企w型系數(shù)易使建筑體型呆板、平面布局單一?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定，在嚴(yán)寒和寒冷兩地區(qū)的公共建筑，其體型系數(shù)應(yīng)控制在0.40以內(nèi)。

寒冷地區(qū)商業(yè)建筑設(shè)計(jì)中控制體型系數(shù)的途徑主要有：加大建筑進(jìn)深；增加建筑體量；規(guī)整建筑體型等。

2.3 綠化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綠化在商業(yè)建筑中的應(yīng)用對(duì)商業(yè)建筑節(jié)能降耗有著積極的作用。通過在商業(yè)建筑的外部空間和內(nèi)部空間有效的種植綠化，可使建筑能耗進(jìn)一步降低。通過屋頂綠化和墻面綠化等特殊空間綠化，最大程度可降低屋頂面溫度15℃，屋頂下方室內(nèi)溫度可降低2.0℃～2.4℃。使得夏季室內(nèi)溫度得以控制，節(jié)省空調(diào)能耗。

2.3.1 屋頂綠化

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前商場(chǎng)的屋頂大多大面積暴露在環(huán)境中，尚未考慮通過種植等多種被動(dòng)式節(jié)能改造以減少夏季的屋面得熱，這部分屋頂?shù)姆罒峁?jié)能功能沒有充分體現(xiàn)出來(lái)。實(shí)際上，建筑屋面采用種植屋頂（如圖1所示），可利用植物的光合作用，將熱能轉(zhuǎn)化為生化能，既能有效改善室內(nèi)外熱環(huán)境，又能減少建筑夏季制冷能耗。在夏季時(shí)能隔熱，冬季時(shí)不僅能保溫，阻止熱量外流,而且能吸收太陽(yáng)輻射熱傳入室內(nèi)（如圖1所示）。

屋頂綠化是生態(tài)化的建筑節(jié)能措施，也是降低建筑能耗（s）的有效途徑；屋頂綠化對(duì)提高建筑能效有明顯的效果，對(duì)緩解地球的“溫室效應(yīng)”和城市“熱島效應(yīng)”具有積極的作用，同時(shí)，能改善城市生態(tài)環(huán)境，為城市人群提供一個(gè)健康舒適的環(huán)境。

通過紅外熱像儀對(duì)綠化屋頂?shù)呐臄z照片（如圖2所示），可以看出綠化屋頂作為夏季隔熱有著顯著效果，可以節(jié)省大量空調(diào)用電量。

2.3.2 墻面綠化

建筑物外墻傳熱面占整個(gè)建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的65%左右，通過外墻體傳熱所造成的能耗損失約占建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗損失的48%。

通過光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物能，植物葉片本身溫度不會(huì)顯著升高，而遮陽(yáng)構(gòu)件在吸收太陽(yáng)能后自身溫度會(huì)上升，可見，植物是大自然提供的天然遮陽(yáng)手段（如圖3所示）。根據(jù)實(shí)測(cè)，建筑西墻種植爬墻虎，在植被遮蔽90%狀況下，外表面溫度降低8.2℃。

目前，生態(tài)墻（如圖4所示）技術(shù)最常用的手段，即在墻旁土地上種植具有吸盤的藤本植物，如爬山虎、五葉地錦、常春藤、牽牛花、凌霄等藤本植物進(jìn)行墻面綠化，不僅能形成綠色花紋圖案，而且富有季相變化，使墻面披上綠色外衣，不僅美化墻面，還有防止風(fēng)雨侵蝕、日光暴曬的作用。在墻體綠化節(jié)能改造中可以根據(jù)商場(chǎng)外墻面情況合理使用。

3 機(jī)械設(shè)備節(jié)能分析

3.1 低能耗的空調(diào)系統(tǒng)

商業(yè)建筑人流量大，對(duì)舒適度的要求比較高，溫度的控制十分重要。溫度過高或者過低都會(huì)造成能源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，供暖時(shí)室內(nèi)溫度每降低1℃耗能量可減少10%～15%，供冷時(shí)，每提高1℃可節(jié)能10%左右。因此，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng),控制溫度是節(jié)能的一種有效手段。低能耗的空調(diào)系統(tǒng)顧名思義就是利用相對(duì)少的能耗，卻達(dá)到同樣的效果。因此它是一種對(duì)能源利用的提高，也是一種非常值得提倡的節(jié)能手段。當(dāng)今市場(chǎng)上主要有以下3種空調(diào)系統(tǒng)：柔和式空調(diào)系統(tǒng)、柔和輻射制冷或采暖水系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)。

商業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的最終目的是創(chuàng)造舒適、健康、怡人的室內(nèi)購(gòu)物環(huán)境。所以在被動(dòng)式的節(jié)能系統(tǒng)不能完全滿足建筑需要時(shí)，就應(yīng)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合主動(dòng)式機(jī)械設(shè)備。由于機(jī)械設(shè)備造價(jià)往往很高，在設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備初期，應(yīng)計(jì)算其建設(shè)投入、使用能耗，從而選擇最經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案。

3.2 綠色照明

3.2.1 充分利用自然光照明

由于很多大型商業(yè)建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)之初并沒有考慮利用自然采光實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的措施，或者由于經(jīng)營(yíng)者過度裝修而減少開窗，都造成了大型商業(yè)建筑室內(nèi)天然采光不足。因此，只好過度依賴人工照明，增加照明的耗電量。

理想的商業(yè)照明規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)該兼顧營(yíng)業(yè)需求和節(jié)能理念，適度采用天然采光，以減少人工照明的需求，減少經(jīng)營(yíng)者能源消費(fèi)的壓力。增大商業(yè)建筑的窗墻比或利用采光井與玻璃幕墻的設(shè)計(jì)，均可以產(chǎn)生需要的天然光線照明效果。但是，較大面積的采光天井和采光天窗又是夏季隔熱的薄弱環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)遮陽(yáng)防曬措施。

3.2.2 合理照度設(shè)計(jì)

商業(yè)照明盲目追求過高的照度不但會(huì)產(chǎn)生眩光、熾熱等問題，引起顧客煩躁和心理不適，破壞商店?duì)I造的舒適愉悅的氣氛，而且還會(huì)導(dǎo)致照明和空調(diào)負(fù)荷增大，造成能源浪費(fèi)。調(diào)查結(jié)果顯示，有些商場(chǎng)照度嚴(yán)重超標(biāo)，造成巨大的能源浪費(fèi)。所以照明設(shè)計(jì)人員應(yīng)該樹立節(jié)能意識(shí)，糾正盲目追求高照度的不良傾向，根據(jù)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和空間照度的需求，合理選擇設(shè)計(jì)照度，以達(dá)到照明節(jié)能的目標(biāo)。

3.2.3 照明控制管理

目前商業(yè)建筑普遍使用的開關(guān)需要人工操作，但是由于使用者缺乏節(jié)能觀念，往往造成不必要的浪費(fèi)。照明控制管理系統(tǒng)是利用自動(dòng)化的方式控制照明設(shè)備，可以進(jìn)一步提高照明系統(tǒng)的效率，并且達(dá)成許多人工控制不易達(dá)成的目的。

綜上所述，商業(yè)照明節(jié)能可以從盡量減少線路上的損耗、提高系統(tǒng)的功率因素、根據(jù)國(guó)家照度標(biāo)淮推薦值設(shè)計(jì)燈具的數(shù)量與布局、選用高效的新光源和鎮(zhèn)流器、采用照明自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制燈光等方面著手。當(dāng)然，目前推廣綠色照明還有一定阻力和困難，主要是由于人們的認(rèn)識(shí)和觀念跟不上，某些新光源和鎮(zhèn)流器的質(zhì)量還存在一些問題，特別是節(jié)能燈更為明顯，多數(shù)新型高效光源價(jià)格較高，增加了建設(shè)投資或使用者的費(fèi)用。

4 總 結(jié)

大型商業(yè)建筑能耗大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其單位建筑面積能耗是住宅的10～15倍，有25%～30%的節(jié)能空間。由于成本的原因，大型商業(yè)建筑偏向于采用無(wú)成本或低成本的節(jié)能技術(shù)，節(jié)能潛力巨大。通過對(duì)商業(yè)建筑自身和機(jī)械設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化處理：可以營(yíng)造動(dòng)態(tài)舒適、健康的商業(yè)空間，吸引顧客；可以降低商場(chǎng)建筑的運(yùn)營(yíng)耗能，以節(jié)省建筑使用中的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；可以營(yíng)造更具人情味的工作環(huán)境，提高員工的工作效率以創(chuàng)造更多價(jià)值；可以減少商場(chǎng)建筑對(duì)周邊城市環(huán)境的負(fù)面影響。

[1] GB 50189-2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 張紀(jì)文.大型商業(yè)建筑低成本節(jié)能改造技術(shù)分析[J].建筑節(jié)能,2008(2).

[3] 李英子,高磊.關(guān)于大型商場(chǎng)建筑節(jié)能問題探討[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì),2008(33).

[4] 楊紅霞.建筑節(jié)能評(píng)價(jià)體系的探討與研究[J].暖通空調(diào).2006(9).

[5] 劉力,陳瑩,金國(guó)紅.抓住基本體征的大型商業(yè)建筑快速設(shè)計(jì)[J].城市建筑.2005(8).