建筑土建工程設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的探究

李永忠

摘 要：節(jié)能是綠色施工理念下土建工程發(fā)展的重要方向。加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用措施不僅能夠顯著降低不必要的建筑資源浪費(fèi)，節(jié)約建筑成本，還能夠從整體上提高土建工程施工質(zhì)量。為進(jìn)一步發(fā)揮建筑土建工程節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果，論文以我國(guó)某實(shí)體辦公建筑A為例，分別從外墻、保溫等多個(gè)維度探究節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑；土建工程；節(jié)能技術(shù)

1 前言

土建工程建筑規(guī)模相對(duì)較大，所需建筑材料眾多。在土建工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用技能技術(shù)能夠有效節(jié)約建筑材料，避免不必要的支出，提高建筑整體建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地減少對(duì)周邊環(huán)境造成的污染。要想充分發(fā)揮節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，需要從不同施工環(huán)節(jié)落實(shí)針對(duì)性的施工方案[1]。

2 建筑土建工程能耗基準(zhǔn)模型建立

2.1基準(zhǔn)模型概況分析

論文以某市辦公建筑集群中的實(shí)體建筑A為例。A共15層，總建筑面積18343.24m2。一層為辦公大廳、檔案庫(kù)房，層高4.5m；二樓為辦公室、檔案庫(kù)房層高4.5m；三樓為會(huì)議室、檔案庫(kù)房，層高3.6 m；四層為辦公室和會(huì)議室，層高為3.6m；五到十五樓是樣板樓的標(biāo)準(zhǔn)層，高3.3m。如圖1所示，圖1為A樓實(shí)體立體圖。

2.2建筑基準(zhǔn)模型參數(shù)設(shè)定

初步建立A樓能耗仿真基準(zhǔn)模型后，需對(duì)各功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。需要施工人員分別從房間類型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、人員燈光設(shè)備、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考量。從實(shí)際角度來(lái)看，由于A樓結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，為確保節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要對(duì)其能耗模擬的基準(zhǔn)模式進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。例如施工人員需要將具有類似功能的非空調(diào)房合并，以提高仿真軟件的計(jì)算速度。室內(nèi)人員、設(shè)備照明作息表的設(shè)置也需要嚴(yán)格遵守A樓實(shí)際情況確定[2-3]。A樓采用離心制冷機(jī)組，冬季采用市政水作為熱源。外墻、屋面、內(nèi)墻、樓板采用20mm水泥砂漿+180mm厚砂漿+20mm石灰砂漿20mm，外窗采用6mm單玻材料。

2.3設(shè)計(jì)原則分析

實(shí)際應(yīng)用中需要建設(shè)水循環(huán)系統(tǒng)，充分利用水資源，解決水污染問(wèn)題。施工人員需要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)控，利用各種節(jié)能設(shè)備如聲控?zé)艄?jié)省能源，降低建筑能源損失。土建工程建設(shè)中，各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)要按照建筑的實(shí)際需求對(duì)建筑材料進(jìn)行有效利用，按照綠色建筑建設(shè)要求選用高品質(zhì)、低污染的建筑材料，并對(duì)相關(guān)的材料進(jìn)行嚴(yán)格的管理和存儲(chǔ)。運(yùn)輸過(guò)程需要做好安全防護(hù)措施，減少建筑材料的消耗，提高建筑材料利用率。

3建筑土建工程節(jié)能改造實(shí)踐

3.1外墻改造

建筑外墻是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要組成部分。住宅的外墻改造主要是隔熱，它可以間接降低暖通空調(diào)的能耗，以保持室內(nèi)舒適的環(huán)境。建筑中圍護(hù)結(jié)構(gòu)損耗的熱能約占供暖總熱能的73%-77%，而墻體的熱能消耗約為25%，因此，如何改善墻體的保溫性能是提升建筑節(jié)能效率的關(guān)鍵。外墻保溫技術(shù)可分為外部保護(hù)與內(nèi)部保護(hù)兩種，與外部保護(hù)相比，內(nèi)部保護(hù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）可降低熱橋效應(yīng)。

（2）較好地保證了室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

（3）房屋結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性。

（4）在建筑物的墻壁上，凝結(jié)水的出現(xiàn)變少。

（5）為以后的節(jié)能改造提供了方便。

A樓外墻的能量損耗一般約為20%-30%，比重大，所以對(duì)墻體進(jìn)行節(jié)能環(huán)保改造顯得尤為重要。施工人員需要從A樓建筑結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)出發(fā)對(duì)建筑外墻節(jié)能環(huán)保改造進(jìn)行重點(diǎn)研究。目前建筑外墻保溫常用的是外保溫和內(nèi)保溫，外墻外保溫是外墻的隔熱層。在節(jié)點(diǎn)的局部處理中，熱橋和局部熱損耗的現(xiàn)象比較少，墻體材質(zhì)具有良好的儲(chǔ)熱和熱穩(wěn)定性，不會(huì)降低室內(nèi)的使用面積，適合于新建或改建辦公大樓。內(nèi)部隔熱層是在墻體的內(nèi)部，由于節(jié)點(diǎn)的局部處理比較麻煩，容易出現(xiàn)熱橋，造成大量的局部熱量損耗。

外墻外保溫技術(shù)是在外墻外側(cè)噴涂、噴涂、粘貼或錨固等一種保溫技術(shù)，外墻外保溫技術(shù)基本上可以消除熱橋效應(yīng)，具有良好的綜合隔熱效果。

3.2保溫模式、材料選擇

墻體的平均換熱系數(shù)與隔熱材料的熱阻特性有很大關(guān)系。有機(jī)絕緣材料主要有EPS、聚氨酯、PU、PF等；無(wú)機(jī)隔熱材料主要有SW、泡沫玻璃板等，現(xiàn)在市場(chǎng)上也有一些其它的保溫材料，如：膠粉聚苯板、保溫裝飾板。伴隨著建材技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出了多種外墻保溫材料，常見(jiàn)的有膨脹型聚苯乙烯板（EPS）、擠塑型聚苯乙烯板（XPS）、巖棉板等，它們都有著很好的保溫效果，尤其是膨脹型聚苯乙烯板，因?yàn)樗鼡碛懈玫淖枞夹阅埽缘玫搅嗽絹?lái)越多的應(yīng)用。

為達(dá)到《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中對(duì)有機(jī)隔熱材料的防火要求，需要對(duì)各種隔熱材料的性能進(jìn)行綜合比對(duì)。在無(wú)機(jī)隔熱材料中，巖棉板具有良好的隔熱效果，但是由于其結(jié)構(gòu)松軟，且具有吸濕性和吸水性，通常采用錨栓進(jìn)行連接。無(wú)機(jī)輕骨料保溫砂漿可以直接涂敷在墻面上，具有很高的吸水性，適合夏熱冬暖、夏熱冬冷區(qū)使用。由于泡沫玻璃板的酸度較高，容易與混凝土、砂漿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此不宜采用薄型粉刷外墻保溫。

3.3外窗改造

窗戶在建筑中起到了圍護(hù)、采光、通風(fēng)等作用，其是節(jié)能設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要但又很難兼顧的環(huán)節(jié)。在建筑物的設(shè)計(jì)中，要注意窗戶的尺寸、位置、窗戶與墻壁的面積比例，同時(shí)還要從材料、工藝等方面來(lái)改善窗戶本身的氣密性和節(jié)能性能。與窗戶有關(guān)的節(jié)能措施包括以下幾點(diǎn)： （1）控制每一座建筑物的窗戶和墻壁的面積比例，以降低能量消耗。

（2）降低窗口自身的熱傳導(dǎo)能量消耗，如使用節(jié)能玻璃，改善窗框的隔熱特性，能降低窗口的熱傳導(dǎo)能量消耗。

（3）改善窗戶的密封性能，使暖風(fēng)和冷風(fēng)經(jīng)過(guò)縫隙，以實(shí)現(xiàn)熱量的交換。此外，還可以選用具有良好保溫效果的玻璃和采用室內(nèi)保溫窗簾等，這些都是改善窗口保溫效果的較好方法。

目前A樓外窗型材以塑鋼窗和鋁合金窗為主，窗玻璃窗以單層玻璃為主，有很大的改造空間。辦公建筑A樓外窗的節(jié)能環(huán)保改造可以采取外窗更換、玻璃貼膜、增加遮陽(yáng)設(shè)施等。對(duì)于外窗的性能應(yīng)采取低成本的鍍膜工藝，以改善窗戶的熱性能。從節(jié)約能源的角度來(lái)看，A樓應(yīng)該考慮到各種材質(zhì)的綜合使用。例如采用鋼塑組合、鋁塑組合等復(fù)合窗框。如表1所示。

3.4屋結(jié)構(gòu)改造

現(xiàn)有房屋屋頂?shù)墓?jié)能環(huán)保改造主要是在屋頂上添加保溫材料，以改善其保溫效果。在屋頂安裝隔熱材料時(shí)，通常可將其分成兩類：倒置保溫屋頂和正置保溫屋頂。倒置屋頂是近幾年在實(shí)際工程中應(yīng)用比較多的一種形式，在實(shí)際的施工中，施工人員必須根據(jù)屋面的防水和保溫特性，對(duì)各個(gè)施工階段的施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

在對(duì)建筑的外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)還應(yīng)從設(shè)計(jì)角度入手，結(jié)合建筑外墻保溫等各方面的施工需求強(qiáng)化防裂保護(hù)層，做好外墻結(jié)構(gòu)的施工。一般情況下，外墻的外保溫厚度是60 mm。在冬天，建筑的南北向溫差和風(fēng)壓都比較大，因此，在房屋建筑不同方向的外墻外保溫上，應(yīng)該使用不同厚度的保溫層。在符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的情況下，南向選擇50 mm的擠塑聚苯板外保溫，選擇70 mm的擠塑聚苯板外保溫，東西向選擇60 mm厚的擠塑聚苯板保溫層。為此，在墻體的各個(gè)朝向上，應(yīng)根據(jù)氣候條件，選用不同厚度的隔熱材料，以提高外墻的透氣性及室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。

通過(guò)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的實(shí)測(cè)可以得出，在外界條件不受干擾的情況下，室外環(huán)境下的室內(nèi)環(huán)境溫度與室內(nèi)環(huán)境溫度之間存在著3-4℃的差異。原外窗采用輻射率≤0.15的Low-e中空玻璃，塑鋼窗框、玻璃與窗框的換熱系數(shù)都為1.9?，F(xiàn)階段需要施工人員將北向窗戶全部設(shè)計(jì)成58平開(kāi)玻璃鋼窗，中空玻璃結(jié)構(gòu)采用5+12+4+9+5的中空玻璃。在此基礎(chǔ)上，傳熱系數(shù) K降至1.8，從而改善了室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性。

從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，當(dāng)今時(shí)代大型建筑運(yùn)行期間所需要的能量消耗是巨大的，所以利用自然資源是緩解能源進(jìn)展的重要途徑。例如利用太陽(yáng)能組件實(shí)現(xiàn)部分居民區(qū)內(nèi)外的照明；利用太陽(yáng)能熱來(lái)供應(yīng)住宅建筑內(nèi)部的熱量，節(jié)省能耗。

3.5暖通空調(diào)系統(tǒng)改造

對(duì)A樓采暖系統(tǒng)進(jìn)行改造可以有效地減少辦公大建筑的能源消耗，滿足用戶的高質(zhì)量生活需求。辦公大樓的采暖系統(tǒng)和住宅建筑不一樣，辦公大樓特點(diǎn)是：白天的工作時(shí)耗能大，時(shí)間集中，晚上只需要保持在標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)即可；建筑內(nèi)部的熱釋放量大，對(duì)冬天的熱負(fù)荷要求不高。商業(yè)辦公大樓往往是多個(gè)單元的集合體，施工人員需遵循靈活性原則進(jìn)行分區(qū)供熱。

在辦公大樓A供熱系統(tǒng)中，一般采用豎向單管、垂直雙管、串聯(lián)式等方式。實(shí)際應(yīng)用期間部分建筑物存在供熱不均勻現(xiàn)象，難以有效調(diào)節(jié)供熱。節(jié)能改造內(nèi)容主要有供熱方式優(yōu)化和分區(qū)供熱計(jì)量。A樓在改建之前采用了豎向單管系統(tǒng)、豎向雙管系統(tǒng)和水平單管串聯(lián)系統(tǒng)。改造后的供熱系統(tǒng)是縱向單管系統(tǒng)，可對(duì)室內(nèi)的室溫進(jìn)行宏觀控制。

依據(jù)辦公建筑A空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料及實(shí)際運(yùn)行狀況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前A樓系統(tǒng)的主要問(wèn)題是：冷熱源的選擇不合理、設(shè)備選型偏大、水力不平衡、末端不可調(diào)節(jié)、盲目提高室內(nèi)溫度要求、部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行策略不合理等。節(jié)能綠色改造潛力較大，根據(jù)這一需求，論文從冷熱源、輸配系統(tǒng)、終端系統(tǒng)三個(gè)角度探討了辦公大樓的節(jié)能環(huán)保改造技術(shù)?？照{(diào)冷熱源的劃分技術(shù)主要有：冷熱源的選擇、變頻改造、污垢的在線清潔、除垢等。輸送系統(tǒng)的分級(jí)技術(shù)主要有：葉輪切割技術(shù)、泵變速技術(shù)、一次泵的改造等?？照{(diào)末端系統(tǒng)的分類技術(shù)主要有：全新風(fēng)、可調(diào)節(jié)的新風(fēng)比技術(shù)、排風(fēng)熱量的回收等。

3.6照明系統(tǒng)改造

目前A樓照明用的主要是白熾燈、熒光燈，這些燈泡壽命較短，照度無(wú)法達(dá)到目前的標(biāo)準(zhǔn)，并且在相同的條件下，耗電量也要比市場(chǎng)上其他同類產(chǎn)品高得多。在不提高現(xiàn)有照明能耗的前提下，以T5型日光燈、LED節(jié)能燈等高效的光源取代現(xiàn)有的建筑，是一種非常有效的節(jié)能方法。在照明節(jié)能環(huán)保改造中，除了選擇高效率的產(chǎn)品，還要注意照明的優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，其在照明節(jié)電方面的貢獻(xiàn)可達(dá)10%～30%。對(duì)于公共區(qū)域、公共走廊，按照需要照度進(jìn)行集中分級(jí)管理；開(kāi)放辦公等采用按時(shí)間、分級(jí)照度的方式；分區(qū)采用智能控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。

4結(jié)論

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為土建工程設(shè)計(jì)的重要方向。節(jié)能技術(shù)應(yīng)用期間需要施工人員從暖通空調(diào)、房屋結(jié)構(gòu)、外窗等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考量，結(jié)合建筑功能需求以及節(jié)能需求落實(shí)好各項(xiàng)施工計(jì)劃。

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