低能耗綠色建筑技術(shù)在某辦公樓中的應(yīng)用

魏曙光李龍李寶業(yè)胡振強(qiáng)

1山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

2東營(yíng)市黃河河口管理局

低能耗綠色建筑技術(shù)在某辦公樓中的應(yīng)用

魏曙光1李龍2李寶業(yè)2胡振強(qiáng)2

1山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

2東營(yíng)市黃河河口管理局

本文介紹了濟(jì)西濕地某辦公樓為達(dá)到低能耗、低排放、綠色循環(huán)利用能源、減小對(duì)周邊自然環(huán)境不利影響的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中采取了各項(xiàng)措施，如：主動(dòng)被動(dòng)措施降低空調(diào)能耗、盡可能使用各種可再生能源、固體、液體廢棄物經(jīng)過集中收集處理后部分循環(huán)利用、科學(xué)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)為建筑室內(nèi)提供舒適的熱、風(fēng)及光環(huán)境等，經(jīng)過模擬分析表明達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，為以后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

綠色建筑 低能耗 低排放 可再生能源利用

濟(jì)西濕地辦公樓地處濟(jì)西國(guó)家濕地公園內(nèi)，濕地公園位于濟(jì)南市西部，面積約33.4km2，是濟(jì)南市城市建設(shè)工程重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，周圍生態(tài)環(huán)境良好，自然環(huán)境優(yōu)美。濟(jì)西濕地辦公樓，總用地面積2.3km2，分三期建成，本次設(shè)計(jì)為一期，地上2+1層，地下1層，建筑高度10.25m，總建筑面積5953.40m2，主要功能為辦公、會(huì)議、餐飲、宿舍等?，F(xiàn)該區(qū)域內(nèi)無市政給水、排水、熱力、燃?xì)夤芫W(wǎng)，僅有電能可提供穩(wěn)定供給。根據(jù)項(xiàng)目背景情況及建設(shè)單位要求，本項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：低能耗，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低；低排放，減小對(duì)周邊自然環(huán)境的不利影響；綠色循環(huán)利用能源；保證辦公和生活的較高舒適度。

1 項(xiàng)目措施

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中為實(shí)現(xiàn)以上的設(shè)計(jì)目標(biāo)采用了以下的設(shè)計(jì)措施：

1）低能耗：主動(dòng)被動(dòng)措施降低建筑夏季制冷、冬季采暖的能源消耗。

2）再生能源利用：盡可能使用可再生能源來滿足部分能源需求。

3）綠色循環(huán)利用資源：固體、液體廢棄物經(jīng)過集中收集處理后，部分循環(huán)利用，達(dá)到降低廢氣物排放的目的。

4）提高舒適度：經(jīng)過科學(xué)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，為建筑室內(nèi)提供舒適的熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境以及光環(huán)境。

整個(gè)項(xiàng)目措施流程如圖1，所采用的綠色節(jié)能降耗技術(shù)匯總?cè)鐖D2。

圖1 項(xiàng)目措施流程圖

圖2 本工程綠色節(jié)能降耗技術(shù)匯總

2 降低空調(diào)能耗措施

降低空調(diào)能耗，主要從“被動(dòng)”和“主動(dòng)”兩方面來解決，即：“被動(dòng)優(yōu)先降低空調(diào)能耗”、“主動(dòng)優(yōu)化提高能源利用效率”。

2.1 被動(dòng)措施

降低空調(diào)能耗被動(dòng)措施需要在建筑方案設(shè)計(jì)階段，在建筑物的位置布局、建筑設(shè)計(jì)方案、室內(nèi)開窗位置、綜合遮陽(yáng)、墻體保溫等方面綜合設(shè)計(jì)。

2.1.1 保證室外良好風(fēng)環(huán)境

建筑室內(nèi)微環(huán)境受風(fēng)環(huán)境影響很大[1]，合理規(guī)劃室外布局，提高建筑周邊風(fēng)環(huán)境是創(chuàng)造健康、舒適生活環(huán)境的重要保證；同時(shí)，良好的風(fēng)環(huán)境既能減少自然環(huán)境對(duì)人的傷害，又能有效降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約型可持續(xù)型利用。在本次設(shè)計(jì)中室外風(fēng)環(huán)境的要求為：室外風(fēng)環(huán)境要做到冬季防風(fēng)，夏季促進(jìn)室內(nèi)自然通風(fēng)。在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了充分考慮，利用數(shù)值模擬技術(shù)，模擬室外風(fēng)環(huán)境場(chǎng)，調(diào)整建筑模型，在建筑中增加兩個(gè)庭院的設(shè)計(jì)為夏季建筑的自然通風(fēng)創(chuàng)造了有利條件。

如圖3所示為建筑在夏季的室外風(fēng)環(huán)境情況，由分析結(jié)果可以看出：在夏季建筑室外風(fēng)環(huán)境良好，沒有對(duì)人活動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生不利影響，1.5m高度處的風(fēng)速均小于5m/s，且場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)壓分布均勻，無明顯滯風(fēng)區(qū)，前后壓差大于1.5Pa，有利于室內(nèi)自然通風(fēng)的形成。

圖3 夏季室外風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬圖

如圖4所示為建筑在冬季的室外風(fēng)環(huán)境情況，由分析結(jié)果可以看出：北側(cè)比較完整規(guī)則的界面并沒有使冬季冷風(fēng)進(jìn)入兩個(gè)庭院，在1.5m高度人行活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)速較小，建筑迎風(fēng)面前后壓差不大于5Pa，在環(huán)境中沒有形成大風(fēng)環(huán)境，冬季風(fēng)環(huán)境良好，有利于建筑冬季保溫，減少冬季采暖能耗。

圖4 冬季室外風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬圖

2.1.2 增加建筑自然通風(fēng)

由于本建筑體量較小，進(jìn)深不大，可采用窗戶的形式對(duì)室內(nèi)進(jìn)行自然通風(fēng)。根據(jù)室內(nèi)通風(fēng)模擬報(bào)告的結(jié)果對(duì)建筑開窗位置、大小、數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)分析顯示（圖5），建筑大部分房間夏季自然通風(fēng)效果較好，可在一定程度減少空調(diào)的使用，同時(shí)室內(nèi)空氣質(zhì)量品質(zhì)較高。只有少量東側(cè)房間通風(fēng)不暢，原因在于氣流需先經(jīng)過走廊再進(jìn)入室內(nèi)，在室內(nèi)沒有直接形成穿堂風(fēng)。這些房間為了增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)效果，將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在較低的位置，房間對(duì)側(cè)外墻增設(shè)高窗作為出風(fēng)口，利用煙囪效應(yīng)加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)。

圖5 自然通風(fēng)數(shù)值模擬圖

2.1.3 增加綜合遮陽(yáng)措施

窗口遮陽(yáng)是改善建筑夏季室內(nèi)熱環(huán)境、降低空調(diào)能耗的一個(gè)重要措施[2]，但是太陽(yáng)輻射對(duì)冬季室內(nèi)熱環(huán)境是非常有利的，因此，遮陽(yáng)設(shè)計(jì)要平衡冬、夏季對(duì)太陽(yáng)輻射的不同需求。本工程外立面玻璃幕墻區(qū)域較多，主要采用了三種高效的外遮陽(yáng)方式，分別為建筑自遮陽(yáng)、南向水平遮陽(yáng)以及東西向垂直遮陽(yáng)。同時(shí)，在南向展廳和建筑東西向外遮陽(yáng)上采用可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)葉片，在冬季設(shè)置適宜的角度，以不阻擋冬季窗戶獲得太陽(yáng)輻射。

由建筑窗洞口得熱情況分析可以看出（圖6～圖7），通過綜合遮陽(yáng)方式地使用，建筑中使用這樣的部位外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在夏季得熱顯著下降，據(jù)粗略計(jì)算結(jié)果顯示，使用遮陽(yáng)后建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱降低約40%，從而使得夏季空調(diào)制冷能耗可顯著降低。

圖6 不采用遮陽(yáng)措施時(shí)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱分析

圖7 采用遮陽(yáng)措施時(shí)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱分析

2.1.4 加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能

本項(xiàng)目的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括屋面、墻體、樓板、窗戶以及玻璃幕墻。采用的保溫隔熱措施有：自保溫砌塊墻、外墻增加輕型隔熱表皮、雙層玻璃幕墻、Low-E中空保溫玻璃等。通過這些保溫隔熱措施，將會(huì)顯著降低空調(diào)能耗。

2.1.5 夜間通風(fēng)技術(shù)

夜間通風(fēng)技術(shù)配合蓄冷蓄熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用[3]。夏季白天室外溫度較高，夜間往往比白天低很多，可以在夜間加大通風(fēng)量，利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)夜間通風(fēng)的蓄冷，白天建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)將蓄冷釋放，滿足建筑一部分供冷需求。通風(fēng)量越大，帶走熱量越多，降溫效果越好。在建筑屋面開設(shè)天窗，輔助夜間通風(fēng)技術(shù)。夜間通風(fēng)技術(shù)完全是被動(dòng)措施，不會(huì)額外增加建筑能耗。

2.2 主動(dòng)措施

1）空調(diào)冷熱源采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。本工程周圍有大量綠化用地，三期總建筑面積僅有15000m2、對(duì)周圍自然環(huán)境要求較高、要求能源消耗低等，非常適合采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。本工程選用兩臺(tái)制冷量為650kW制冷熱泵機(jī)組，設(shè)于地下熱泵機(jī)房?jī)?nèi)，室外埋管面積3500m2，均埋設(shè)在室外綠化用地內(nèi)。通過采用此系統(tǒng)形式，能夠大幅降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

2）采用蓄冷蓄熱地板。樓板蓄冷蓄熱技術(shù)，是一種較好的降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的方法，有兩種做法：在地板中加入相變材料或直接使用熱惰性較大的混凝土樓板。冬季，白天吸收太陽(yáng)輻射熱量并儲(chǔ)存在地板中，在太陽(yáng)降落后向室內(nèi)釋放熱量，從而增加室內(nèi)溫度減少供暖能耗；夏季，白天太陽(yáng)輻射熱量被阻隔在墻體中而不進(jìn)入室內(nèi)，到了夜晚，與夜間通風(fēng)相結(jié)合，利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)夜間通風(fēng)的蓄冷，白天建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)將蓄冷釋放，滿足建筑一部分供冷需求。不過由于造價(jià)等各方面原因，建設(shè)單位最終未采用此項(xiàng)技術(shù)。

3）末端設(shè)計(jì)高效風(fēng)機(jī)盤管及新風(fēng)換氣系統(tǒng)?？照{(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)冷熱負(fù)荷計(jì)算，合理選擇室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管，采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)節(jié)能降耗，空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)水力平衡閥保證水力系統(tǒng)平衡。

3 可再生能源利用

本項(xiàng)目中有客房和餐飲區(qū)，需要生活熱水供應(yīng)。本項(xiàng)目所有生活熱水，均由集中式屋頂太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)提供，充分利用可再生能源，節(jié)能降耗。太陽(yáng)能集熱板設(shè)于南向部分坡屋頂處，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能集熱板與屋面一體化設(shè)計(jì)（圖8），與屋面完美結(jié)合，太陽(yáng)能熱水機(jī)房設(shè)于地下。

圖8 太陽(yáng)能集熱板示意位置

4 降低固體、液體廢棄物物排放措施（循環(huán)利用）

本項(xiàng)目是集合科研辦公、餐飲、宿舍為一體的綜合辦公建筑，建筑的廢棄物排放主要來源于普通生活垃圾、餐飲垃圾以及生活污水。滿足建筑低排放要求應(yīng)遵循的兩個(gè)原則是：加強(qiáng)廢物的循環(huán)利用和選用合理經(jīng)濟(jì)的廢物處理措施。

1）降低液體廢棄物排放措施。本項(xiàng)目周圍無市政污水管網(wǎng)，本項(xiàng)目設(shè)中水站一個(gè)，所有污水均經(jīng)管道收集后排至中水站，處理后中水全部回用?；赜梅绞街饕ǎ盒l(wèi)生間沖廁、沖洗室外道路、室外綠化灌溉、中水洗車等。由于室外綠化面積較大，可滿足所有中水均回用的要求。

2）降低固體廢棄物排放措施——厭氧處理生產(chǎn)沼氣。本項(xiàng)目中有餐飲功能，需消耗燃?xì)饽茉?，本?xiàng)目周圍無市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。餐廚垃圾和部分生活垃圾是很好的沼氣產(chǎn)生源[4]，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)沼氣生產(chǎn)處理設(shè)備一套，餐廚垃圾和部分生活垃圾投入沼氣發(fā)生器，經(jīng)厭氧處理后，產(chǎn)生沼氣，設(shè)計(jì)連接廚房沼氣管線，代替部分燃?xì)鉃椴蛷N提供能源。本項(xiàng)目周圍有農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖示范基地一個(gè)，有牛、羊、鹿等養(yǎng)殖項(xiàng)目，牲畜糞便是最好的沼氣產(chǎn)氣源，設(shè)計(jì)中采用污水管道將牲畜糞便排至沼氣發(fā)生器，補(bǔ)充生產(chǎn)沼氣物來源。通過此措施，既減少固體廢棄物排放，又補(bǔ)充了部分廚房炊事用氣的來源。

5 總結(jié)

本項(xiàng)目采用了多項(xiàng)綠色節(jié)能降耗技術(shù)和方法，通過這些技術(shù)地使用，能夠達(dá)到低能耗、低排放、綠色循環(huán)利用的項(xiàng)目目標(biāo)，是一個(gè)值得推廣的案例，期待能為后來設(shè)計(jì)者提供一些幫助。

[1]王旭.建筑室外風(fēng)環(huán)境和室內(nèi)通風(fēng)的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[D].杭州:浙江大學(xué),2011

[2]任敏.建筑外遮陽(yáng)與建筑設(shè)計(jì)[D].南京:東南大學(xué),2007

[3]周軍莉,彭暢,胡艷.夜間通風(fēng)實(shí)驗(yàn)及計(jì)算研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,(5):45-49

[4]張存勝.厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣的研究[D].北京:北京化工大學(xué),2013

Applic a tion of Low Ene rgy Cons um ption, Gre e n Building in the Offic e Building

WEI Shu-guang1,LI Long2,LI Bao-ye2,HU Zhen-qiang2
1 Shan Dong Tong Yuan Design Group Co.,Ltd.
2 The Yellow River Estuary Administration

This paper introduces an office building of the wetland in order to achieve low consumption,low emission, green recycling energy,reduce adverse impacts on the surrounding natural environment,in the design process has taken various measures,such as:active and passive measures to reduce the energy consumption of air-conditioning,the use of various renewable energy,solid and liquid waste after concentrated collecting the treated part of recycling,scientific analysis and optimum design for comfortable indoor environment,through the simulation analysis reaches the design goal,provide some experience for the similar project design.

green building,low energy consumption,low emissions,use of renewable energy

1003-0344（2015）03-080-4

2014-2-24

魏曙光（1982～），碩士，工程師；濟(jì)南市高新區(qū)舜華路2000號(hào)舜泰廣場(chǎng)11號(hào)樓四樓（250101）；E-mail:weisg1982@163.com