生態(tài)建筑關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的研究

【摘要】本文以上海生態(tài)建筑示范工程為例，研究生態(tài)建筑成套集成技術(shù)體系的工程應(yīng)用，建成具有國(guó)際先進(jìn)水平的生態(tài)建筑示范樓，為我國(guó)生態(tài)建筑的建設(shè)和推廣提供可行的技術(shù)借鑒。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)建筑；技術(shù)集成；示范工程

當(dāng)今世界建筑可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)是，變高消耗型為高效生態(tài)型發(fā)展模式，生態(tài)建筑以高新技術(shù)為主導(dǎo)，針對(duì)建筑全壽命的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)科學(xué)的整體設(shè)計(jì)，創(chuàng)造高效、低耗、無(wú)廢無(wú)污染、健康舒適、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境，提高建筑功能、效率與舒適性水平，體現(xiàn)“節(jié)約資源、節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境、以人為本”的生態(tài)理念，充分展示建筑與人文、環(huán)境及科技的和諧統(tǒng)一。

1、生態(tài)建筑研究目標(biāo)及特點(diǎn)

上海建成的生態(tài)辦公示范樓（簡(jiǎn)稱“示范樓”），匯集了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料、節(jié)能、環(huán)境、智能和新能源利用、園林綠化、水處理等學(xué)科領(lǐng)域的眾多技術(shù)專家展開(kāi)攻關(guān)，邊研究、邊設(shè)計(jì)、邊建設(shè)，總體設(shè)計(jì)將各學(xué)科領(lǐng)域最新研究成果，在辦公樓中集中應(yīng)用，充分發(fā)揮了技術(shù)集成的綜合優(yōu)勢(shì)。

示范樓占地面積905m2，建筑面積1994m2，建筑主體為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屋面為斜屋面結(jié)構(gòu)。樓內(nèi)設(shè)技術(shù)交流展示區(qū)、實(shí)驗(yàn)室和辦公室。其研究總技術(shù)目標(biāo)是：綜合能耗為同類建筑25%；再生能源利用率占建筑使用能耗20%；再生資源利用率達(dá)60%；室內(nèi)綜合環(huán)境達(dá)到健康、舒適指標(biāo)。

2.示范樓技術(shù)集成體系

2.1自然通風(fēng)設(shè)計(jì)策略及氣流組織模擬技術(shù)

通過(guò)室外氣流組織的模擬計(jì)算及建筑物外形的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同風(fēng)向和風(fēng)壓下建筑各部分的自然通風(fēng)效果進(jìn)行分析，改進(jìn)和優(yōu)化建筑外形及房間功能。利用屋頂排風(fēng)道代替排風(fēng)煙囪，保證良好的自然通風(fēng)效果。在排風(fēng)道內(nèi)設(shè)置7組翅片管式換熱器，在過(guò)渡季節(jié)，利用太陽(yáng)能熱水加熱排風(fēng)道內(nèi)的空氣，產(chǎn)生熱壓，提供自然通風(fēng)所必需的動(dòng)力，強(qiáng)化自然通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)舒適的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，減少夏季空調(diào)運(yùn)行時(shí)間、降低空調(diào)能耗。

2.2超低建筑能耗節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)

根據(jù)示范樓各種建筑工況，通過(guò)能耗指標(biāo)和節(jié)能效果模擬分析，將多種低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)合理節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，確定適合生態(tài)示范樓的超低能耗節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)：多種復(fù)合墻體保溫體系+屋面保溫體系+雙玻中空LOW一E窗+多種遮陽(yáng)技術(shù)。

（1）四種復(fù)合墻休保溫體系。從隔熱保溫性能考慮，示范樓采用了不同的保溫體系。其中東西向采用復(fù)合外墻構(gòu)造體系，以混凝土空心小砌塊或砂加氣砌塊為主墻體，90混凝土空心小砌塊為外掛墻，中間填充發(fā)泡尿素、聚氨醋等高效保溫層，構(gòu)成一種隔熱保溫性能優(yōu)異的新型復(fù)合外墻構(gòu)造體系，傳熱系數(shù)分別為0.3、0.34W/（m2·K）。該體系有如下特點(diǎn)：使建筑節(jié)能與使用新型墻材相結(jié)合，不使用粘土制品；能消除熱橋和墻體裂縫及滲水；保護(hù)內(nèi)結(jié)構(gòu)層，延長(zhǎng)建筑物使用壽命；隔熱保溫性能優(yōu)良，提高建筑熱穩(wěn)定性和改善建筑熱舒適性。南北向采用聚苯板外墻外保溫體系，傳熱系數(shù)分別為0.39、0.38W（m2·K）。

（2）三種復(fù)合型屋面保溫體系。示范樓綠化平屋面采用倒置式保溫體系，保溫層采用耐植物根系腐蝕的XPS板和泡沫玻璃板置于屋面防水層上，再利用屋面綠化技術(shù)，形成一種冬季保溫、夏季隔熱又可增加綠化面積的復(fù)合型屋面。

（3）節(jié)能門(mén)窗。外門(mén)窗采用斷熱鋁合金雙玻中空LOW一E窗，天窗采用三玻安全LOW一E玻璃，其表層玻璃具有自清潔功能；南向局部外窗采用充氯氣中空LOW一E玻璃和陽(yáng)光控制膜，提高外窗的保溫隔熱性能。

根據(jù)示范樓建筑形式與日照規(guī)律，采用戶外電動(dòng)遮陽(yáng)百葉、水平、垂直鋁合金遮陽(yáng)百葉、電動(dòng)天頂篷遮陽(yáng)、曲臂式電動(dòng)遮陽(yáng)篷等遮陽(yáng)形式，提高外窗的保溫隔熱性能。（1）天窗根據(jù)節(jié)能與采光要求，外部采用可控制軟遮陽(yáng)技術(shù)，達(dá)到有效節(jié)省空調(diào)能耗的作用。（2）南立面根據(jù)當(dāng)?shù)厝照找?guī)律，采用可調(diào)節(jié)的水平鋁合金百葉外遮陽(yáng)技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)百葉角度，即能阻擋多余光線照射，達(dá)到節(jié)能效果；也能使光線進(jìn)入室內(nèi)深處，提高舒適性。（3）西立面考慮到夕曬對(duì)室內(nèi)的影響，根據(jù)太陽(yáng)能入射角度，采用可調(diào)節(jié)垂直鋁合金百葉遮陽(yáng)技術(shù)。

2.3天然采光設(shè)計(jì)優(yōu)化及模擬評(píng)價(jià)技術(shù)

采用天然采光模擬技術(shù)優(yōu)化中庭天窗、外墻門(mén)窗等采光及遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，冬季北面房間可透射太陽(yáng)光，夏季通過(guò)有效遮陽(yáng)避免太陽(yáng)直射。白天室內(nèi)純自然采光區(qū)域面積達(dá)80%、臨界照度100lx，在營(yíng)造舒適視覺(jué)工作環(huán)境的同時(shí)降低照明能耗30%。

2.4高效、環(huán)保、健康新型空調(diào)系統(tǒng)

示范樓里研發(fā)熱泵驅(qū)動(dòng)的熱、濕負(fù)荷獨(dú)立控制的高效、環(huán)保、健康新型空調(diào)系統(tǒng)：通過(guò)避免使用有凝結(jié)水的盤(pán)管，解決目前空調(diào)系統(tǒng)中存在的霉菌滋生問(wèn)題，通過(guò)除濕機(jī)內(nèi)鹽溶液的噴灑，除去空氣中的塵埃、細(xì)菌、霉菌及其他有害物，體現(xiàn)生態(tài)和環(huán)保的理念。

2.5再生能源利用建筑一體化

（1）太陽(yáng)能光熱技術(shù)

示范樓設(shè)計(jì)了斜屋面放置太陽(yáng)能真空管集熱器（150m2）和多晶硅太陽(yáng)能光電板（5KW），實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱光電綜合利用與建筑一體化。

（2）太陽(yáng)能光電技術(shù)

在斜屋頂下部選用光電轉(zhuǎn)換效率≥14%的高效率多晶硅太陽(yáng)能光電板，建立5KW光伏電站并采用并與電網(wǎng)并網(wǎng)。

2.6綠色建材

示范樓中3R材料使用率達(dá)60%，采用大量綠色工程材料，如墻體采用再生骨料混凝土空心砌塊；基礎(chǔ)應(yīng)用了C20墊層再生混凝土和C30再生混凝土；上部結(jié)構(gòu)混凝土采用了C40大摻量摻合料混凝土，可降低水泥用量60一70%；砌筑、抹灰和地面砂漿采用了再生骨料、粉煤灰等制成的商品砂漿，可減少天然砂用量25%，水泥用量15%。

2.7智能控制

以數(shù)據(jù)采集、通信、計(jì)算、控制等信息技術(shù)為手段，運(yùn)用成套先進(jìn)智能集成控制系統(tǒng)，包括室內(nèi)環(huán)境綜合調(diào)控及軟件、照明及空調(diào)節(jié)能監(jiān)控、安全保障及辦公設(shè)備控制系統(tǒng)的集成平臺(tái)和應(yīng)用軟件等，實(shí)現(xiàn)大型遮陽(yáng)百頁(yè)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制、空調(diào)等設(shè)備的節(jié)能監(jiān)控，照明采光監(jiān)控，室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫濕度、個(gè)性化通風(fēng)，噪聲等室內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保生態(tài)建筑運(yùn)行的節(jié)能、舒適和高效。

2.8水資源回用

示范樓雨污水ICAST回用處理系統(tǒng)的處理水量為20m3/d，污水源為生態(tài)示范樓全部建筑污水、部分幕墻檢測(cè)中心的實(shí)驗(yàn)沖墻污水及雨水。該系統(tǒng)設(shè)有雨污水收集、處理和回用等三個(gè)子系統(tǒng)，將生態(tài)示范樓雨污水收集后，經(jīng)調(diào)節(jié)池進(jìn)入ICAST池生化處理，并由過(guò)濾消毒后的出水（其水質(zhì)達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)）用于回用，如用于生態(tài)示范樓頂平臺(tái)澆灌綠化、景觀水池用水、沖廁所和清潔道路等。

2.9生態(tài)綠化

示范樓在平屋頂屋面上，設(shè)計(jì)了8處屋頂花園和一個(gè)室內(nèi)中庭綠化，共計(jì)400多平方米。屋頂綠化層包括保溫隔熱層、防水層、排水層、過(guò)濾層、栽培基質(zhì)層、植物層。

通過(guò)屋頂花園、垂直綠化，室內(nèi)綠化和室外綠化等生態(tài)綠化植物群落配置技術(shù)，改善住宅的室內(nèi)氣溫、形成生物氣候緩沖帶、凈化空氣、降低噪音、有效保護(hù)屋頂、延長(zhǎng)建筑物壽命、減緩風(fēng)速和調(diào)節(jié)風(fēng)向等作用。有效改善建筑微環(huán)境、營(yíng)造視覺(jué)舒適的、實(shí)現(xiàn)夏季建筑外植物群落降溫1-2.5℃，夏季屋頂及垂直綠化降低室內(nèi)溫度1-1.5℃，建筑周?chē)参锶郝錅p弱噪音能力為1-2dB（A）等生態(tài)效益指標(biāo)。

3、結(jié)語(yǔ)

示范樓全面展示了生態(tài)建筑理念和集成技術(shù)體系，為我國(guó)生態(tài)建筑研究和推廣應(yīng)用提供了示范平臺(tái)，已作為生態(tài)建筑技術(shù)產(chǎn)品后續(xù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，列入國(guó)家“十五”科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目“綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究”，為推動(dòng)我國(guó)生態(tài)建筑技術(shù)發(fā)展提供了技術(shù)借鑒。