项卫中先生：如何进行建筑节能与环境优化设

中国中元国际工程公司建筑环境技术总监、教授级高级工程师项卫中先生：

　　我本人不是建筑师，我想来宾大部分是建筑师，对建筑师非常崇拜。建筑师的工作实在是不容易，他一方面考虑建筑的美学，功能，然后还要考虑节能、环境，同时还要跟用户打交道。建筑师的工作真的是非常不容易，我今天讲这个题目，我本人是学暖通的，在英国读的博士，然后又在英国工业咨询公司工作很多年，我谈的建筑节能优化设计提出来以后跟大家商讨。

　　我要讲的目的要实现建筑节能与环境设计的现代化，这个问题的提出是这样的，我们知道现在国家的建筑能耗非常好，运行能耗占到社会总能好的三分之一左右了，我们国家城市化发展非常快，还有很重要的一点，在我们国家现在人民生活水平提高了，但是环境水平，尤其是室内的一些环境条件，很多地方并没有地方。比如说上海这个地方，南方这些地方冬天是非常寒冷的，但是现在并没有用采暖，所有这些提高以后能耗会更高。

　　同时能耗很高的情况下我们国家很多建筑存在着设计过程中的一些问题，比如说通风不畅，冷热不匀，室内空气质量不高的问题都是存在的。怎么样在满足环境要求情况下怎么样降低能耗呢，这是大家都在考虑的问题。

　　我刚才的校友，就是哈尔滨副校长，他也说了这个观点，在建筑立面如果把很多单项节能技术放在建筑里面不一定达到好的效果。在这里要再强调一下，我们要实现建筑设计的现代化。

　　优化建筑节能，左边这个图是一个建筑节能，建筑设计，环境设计受到的干扰因素，首先建筑能耗和建筑所在位置有关，还跟建筑人有关，建筑设备有关。建筑外的气侯有关，还有跟设计有关。这样互相制约，形成了一个东西。可见这个系统高度复杂，另外一个特点，如果把一个建筑看作一个产品，这个产品是不能进行整体实验的。我在这里举一个例子，我们现在用手提电脑，他在开发、设计的时候是怎么样的呢？肯定是先做出一个样品来进行实验，进行改进，然后在小批量生产，之后大批量生产。建筑肯定不会这样做，每一个建筑都不一样，每一个建筑做出来不可能实验一下复制另外一个。

　　建筑本身非常大，也不可能把一个建筑放在一个实验室里面进行实验，因为这个原因我们的建筑产品做出来以后性能怎么样不是很有底的。现在传统的设计方法只能对单向具体优化，比如说建筑师重点在于被动节能方面考虑，下很多工夫，暖通工程师在设备商和系统上进行考虑优化。电气工程是在照明方面进行优化，基本上目前来讲还是各干各的，没有放在一起，这样节能就不是整体的优化了。

　　现在有没有办法解决这个问题了，我们说有，由于计算机技术的发展和软件技术的发展，现在建立了计算性能模型，然后放在计算机里面进行计算，分析各种情况下能耗条件，环境条件进行优化。这对建筑节能，建筑环境优化分析主要用了两类技术，还有声音这方面，噪音的这些，那不是我熟悉的内容，所以我在这不介绍了。我主要是讲到热、湿、风、光这几个部分的分析，用这两个技术起码能够解决，就可以解决了。建筑性能动态模拟技术，这一项技术我认为主要是用来算建筑物能耗的流水帐，我们以传统的设计，计算它的能耗，计算什么只是再一个设计情况下进行计算，这一年里面只是某个部分算计，我们想要想节能要节约必须要算流水帐，你要想挣钱必须要算流水帐，把每天各项支出算出来，这样才能真正做到节能，你光算设计情况下是不行的。

　　工作原理，我相信有一些人也接触这一项技术，肯定也应用了这项技术。基本上就是要用气象模型，这个气象模型，我们现在设计要用气象模型计算，而不是在设计情况下进行计算。这个气象模型能够捕捉全年的温度的变化，风速的变化，太阳辐射的变化，这些数据都有，当然这个数据是不需要我们去做，一般好的软件都能够提供这个技术。要建立三围模型，要能确定建筑物方位和其他建筑物关系。

　　要输入，维护结构的参数。还要输入建筑物使用状态，这个什么时候用，周末时候怎么样，每天几点上班和下班，比如说吃中午饭的时候要出去，要输出暖风空调系统参数，另外输入设计参数，还有温度和相对湿度，之后计算建筑的冷热，包括其他的一些能耗，用这个模型可以进行建筑物的整体优化。中间是我们要考虑的建筑，要优化这个建筑，我要把周围的建筑考虑进去。很明显周围的建筑队他的遮阳有影响，采光有影响。对他采光影响的同时对建筑的责任也有影响，还有对吹过去风力有影响，这就影响到自然通风。第一步要把三围模型画出来，这个技术掌握了以后不是很费时间，下一步要把当地的气象参数，气象资料，一般这些资料都是现成的，在好多软件都有。

　要输入围护结构的设备参数，比如说管道参数，墙体参数，灯光的参数等等都要输入进去。然后输入实用参数，左上角这个图就是一个灯光控制曲线，上班之前就没有灯光，从九点钟开始就把灯打开了，到下午五点关了，这是比较简单的。到周末的时候灯光就关掉了，办公室上班的时候人员流动曲线可以看到左下角上班的时候，比如说从九点钟开始很多人进来了，9点15分达到最大值，等到12点吃饭的时候又出去了。

　　CFD技术，这项技术首先是应用在航空航天技术进行建筑设计，因为这一项技术能在航空航天方面能解决问题，在建筑上也应该解决问题，但是建筑上也有特殊的情况，这个技术很成熟，应用非常广。简单的介绍一下流体计算学CFD，左边的图是飞机在起飞的时候机翼的流动状态，这种流动没有办法用手算出来的，只能用计算模型的方法计算出来。在建筑周围也是类似的，你要想了解建筑周围流动状况和建筑物的状况也得用这个技术，除了这个技术没有更好的办法。他的应用非常广泛，首先是在航空工业方面应用，第一个是美国的无人驾驶飞机。第二个是美国的波音飞机，这些飞机在研发的时候做了大量的计算。第三个是第一方程式比赛的汽车的应用。这些应用大家可能会想到不奇怪，还有更广泛的应用，可以举一个例子，CFD可以用到什么程度呢？他可以用来研究尿不湿，国外开发那种产品的时候都要用CFD技术来研究，看尿多长时间会渗透过去。用这个例子说明什么呢？这个技术在国外应用非常广泛。

　　在建筑立面首先可以在这三方应用，首先是外部流动，这包括建筑风环境，雨水对建筑的清洗，建筑的风载等等，内部是室内温湿度控制，舒适环境。还有源于新的室内环境控制方式，比如说现在比较流行的温湿度独立调解，地板的辐射度，还有泰国机场为了节能就控制在把人呆的高度降低下来，这些就需要非常精密的计算。内部外部的结合比如说自然通风，排烟设计。

　　这是我没有去中元之前帮助他们做的简单的分析，中元要设计中元大厦，当时大家想能不能用地道风，他也想用可再生能源的技术，当时提出用地道风进行供暖，这个方案行不行争论很长时间。我就说这个东西可以用计算机算一下，我们没有花多少时间就算下来了，在北京地区地道风离地十米深的地方挖了地道，这种条件下能产生多少能量呢？大概是300万左右。而且计算的衰减速度比较快，用了十天，连续用十天以后能量就会衰减20%以上，大家对这个结果，因为是计算，这很正常，对应的计算模拟结果到底怎么样大家有怀疑，我们正好有一个机会去做一下测试，我们合作单位到那测试了一下，测试结果跟这个计算结果是比较接近的。这样大家对这个事情心里就有底了，该应用这项技术，怎么样应用心里很有底了。

　　这种模拟技术首先对决策非常有作用，做一项重大决策之前尽可能考虑用那种技术来分析一下，可能会少走很多弯路。区域能源规划，在预测能源需求时，一般按某单位面积负荷指标，然后乘以总建筑面积，往往还要再按大于的安全系数放大。负荷偏大是我国多个区域供冷项目和冰蓄冷项目经济效益差的主要原因。国外的供热方式是这样的，先有一个概念，有概念画一个草图，草图出来，之后放到电子模型里面，之后可以输入到软件里面进行分析，就可以把整个区域的能量使用算出来。我在选设备的时候，我把负荷分成三种，基础负荷，中间的负荷，高温的负荷，我可以用非常便宜的设备来管高负荷，我只有在最基本的基本负荷这一块要用最好的设备，因为大部分时间用这个。

　　区域风环境分析，这个地方就是风环境分析，国外旧建筑比较多，这时候要进行翻新，右边就是来风的分布，以下是各个方向风吹过来的速度场。有了这个速度场可以来判断，这个速度场结合风就可以判断风环境能不能符合要求。但是这个中国国内和英国不太一样，中国绿色建筑的标准是说1.5米高处风速不能超过5米，这里面没有提出1.5米的风速每年允许多长时间，一点都不允许是不可能的，这里面要研究五米风速允许多少时间。英国风环境的评价有七个方面，建筑物周围道路和停车场。建筑物周围短期停留，建筑物周围行走。建筑物周围较长期停留。建武五大门入口，建筑物周围静坐，建筑物周围风速安全标准。