綜合辦公樓綠色建筑設(shè)計(jì)分析

姚化濤

摘要：在我國(guó)，辦公建筑的發(fā)展除了帶有明顯的階段性，還帶有地域性等特征，尤其是綠色建筑成為當(dāng)今和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、舒適辦公等成為辦公建筑設(shè)計(jì)所關(guān)注的重點(diǎn)。本文就辦公樓綠色建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：綜合辦公樓；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

在當(dāng)今環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞和建筑資源嚴(yán)重浪費(fèi)的大環(huán)境下，人們不斷對(duì)現(xiàn)代生活與消費(fèi)方式進(jìn)行深刻反思，越來(lái)越重視綠色在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。因此，綠色建筑作為一種全新的設(shè)計(jì)思維和模式應(yīng)用到各種類型的建筑設(shè)計(jì)，倡導(dǎo)最大限度的節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，減少能耗。下面就結(jié)合一綜合樓工程進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，其包括辦公、展示、住宿、食堂、接待、培訓(xùn)等功能?；乜傉嫉孛娣e 38434 ㎡。

圖1 鳥(niǎo)瞰圖

一、辦公樓設(shè)計(jì)策略

辦公樓的設(shè)計(jì)遵循綠色建筑設(shè)計(jì)原則，分別從設(shè)計(jì)上、技術(shù)上、使用者幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，最大限度的節(jié)約資源，創(chuàng)造健康、適用、高效的辦公空間。

1 從設(shè)計(jì)方面

從建筑設(shè)計(jì)角度來(lái)看，在堅(jiān)持因地制宜和可持續(xù)發(fā)展的原則下，通過(guò)建筑造型設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然通風(fēng)、自然采光等幾個(gè)方面，降低建筑用能負(fù)荷的設(shè)計(jì)峰值和運(yùn)行峰值，減少建筑能源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

1.1 建筑設(shè)計(jì)

建筑造型及維護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑物性能有決定性影響，不同的建筑形式會(huì)造成能耗的巨大差別。根據(jù)地方標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB22/T436-2007的相關(guān)條文，最佳建筑朝向?yàn)槟掀?10°～南偏東 15°范圍；適宜朝向?yàn)槟掀珫| 45°～南偏西 30°范圍；不宜朝向?yàn)闁|北、西北、北。利用能耗模擬軟件 Design builder進(jìn)行模擬優(yōu)化，最終把辦公樓的建筑朝向調(diào)整為南偏西 3°，建筑體形系數(shù)為 0.26，每個(gè)朝向的窗（包括透明幕墻）墻面積比為 0.60，得出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

1.2 維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括透明、不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及屋頂保溫。在滿足可推廣意義上，力求通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改善，減少由圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冷熱負(fù)荷。

（1）超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用EPS外墻外保溫系統(tǒng)系列產(chǎn)品和節(jié)能裝飾一體化板外保溫系統(tǒng)系列產(chǎn)品，其中包括液體粘結(jié)劑、粉狀粘結(jié)劑、新型節(jié)能裝飾一體化板、新型阻燃 EPS 節(jié)能裝飾構(gòu)件、成品防火隔離帶、新型阻燃 EPS 節(jié)能保溫板及耐低溫外墻涂料等。通過(guò) EPS 板、石墨 EPS 板外墻外保溫或內(nèi)外保溫結(jié)合的方式，使外墻和屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)達(dá)到≤0.36 W/（㎡·K）。

（2）節(jié)能型外窗

選用三層玻璃窗：兩層真空玻璃+ LOW-E 玻璃，使外窗傳熱系數(shù)達(dá)到≤1.4W/（㎡·K）。

（3）門窗氣密性處理

選擇密封性好的門窗，處理門窗與墻體的連接部位、圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的開(kāi)口等措施，來(lái)提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性，達(dá)到 n50≤6/h 的指標(biāo)。

（4）建筑高能耗部位的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

在建筑物的薄弱部位，例如窗側(cè)，窗開(kāi)啟扇、屋頂?shù)炔课?。并采取合理的?jié)點(diǎn)構(gòu)造，從而防止熱量的損失，以及紅外熱感應(yīng)儀進(jìn)行檢測(cè)是否存在熱橋。

（5）絕熱真空板門研發(fā)與應(yīng)用

外門采用絕熱真空板門，該技術(shù)為待研發(fā)的新型產(chǎn)品，旨在降低傳熱系數(shù)、特高門的整體氣密性。

1.3 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中慣用的一項(xiàng)技術(shù)手段，根據(jù)自然通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)原理不同可分為：利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)的自然通風(fēng)、利用熱壓實(shí)現(xiàn)的自然通風(fēng)、風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合的自然通風(fēng)以及機(jī)械輔助通風(fēng)等幾種形式。其中通風(fēng)式玻璃幕墻作為熱壓通風(fēng)方式的一種，在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越多。

辦公樓的自然通風(fēng)（見(jiàn)圖2）設(shè)計(jì)充分結(jié)合了地區(qū)氣候特征，采用雙層玻璃幕墻，包括封閉式內(nèi)循環(huán)和開(kāi)敞式外循環(huán)兩種形式，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成由內(nèi)外兩層玻璃組成，內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)溫室，腔體的內(nèi)外表面上設(shè)有開(kāi)口，在溫室效應(yīng)下腔體的空氣溫度升高產(chǎn)生熱壓，熱氣流上升進(jìn)入建筑內(nèi)部，同時(shí)室外新風(fēng)和室內(nèi)空氣被吸入腔體進(jìn)行循環(huán)加熱。在冬季通常對(duì)雙層玻璃間的空氣進(jìn)行預(yù)熱，可以有效地降低建筑熱損失，同時(shí)由于外層玻璃的存在，降低了內(nèi)層玻璃上的風(fēng)壓；在雙層玻璃空氣間層設(shè)置遮陽(yáng)百頁(yè)比單層玻璃的百頁(yè)有更佳的遮陽(yáng)效果，可以降低室內(nèi)冷負(fù)荷。通過(guò)自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，能有效減少夏季空調(diào)運(yùn)行的時(shí)間、降低空調(diào)能耗、改善室內(nèi)環(huán)境。

圖2

1.4 自然采光

建筑被動(dòng)式天然光利用技術(shù)是通過(guò)合理的建筑透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與天然采光新技術(shù)，充分利用太陽(yáng)的光、熱特性。這種利用室外自然光為室內(nèi)提供照明的系統(tǒng)被稱為光導(dǎo)照明技術(shù)，又稱自然光照明。目前，光導(dǎo)照明技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步比較晚，但發(fā)展速度較快，具有良好的市場(chǎng)前景，其應(yīng)用場(chǎng)所比較廣泛，在國(guó)內(nèi)多用于大跨度的廠房、場(chǎng)館、辦公、地下空間等采光不好及白天需要日照的空間，大部分是單層建筑或建筑物的頂層。同時(shí)，還可以把自然采光光導(dǎo)技術(shù)與自然通風(fēng)相結(jié)合，完善自然光光導(dǎo)照明系統(tǒng)的功能，保證在自然采光的同時(shí)使室內(nèi)保持良好的自然通風(fēng)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)將光導(dǎo)照明系統(tǒng)應(yīng)用于全樓中，與電力照明相結(jié)合，并以自然光光導(dǎo)照明為主。結(jié)合自然通風(fēng)，開(kāi)發(fā)出基于 Trnsys 軟件的自然光光導(dǎo)照明和自然通風(fēng)的一套動(dòng)態(tài)模擬自動(dòng)控制系統(tǒng)，依據(jù)室內(nèi)照度，將窗簾、光導(dǎo)照明系統(tǒng)和電力照明系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，達(dá)到室內(nèi)照明和自然通風(fēng)的雙重效益。

2、從技術(shù)方面

2.1 土壤源熱泵系統(tǒng)

以電力和化石能源為主的空調(diào)冷熱源是我國(guó)目前常用的能源，煤炭占有較大的比例，造成能源結(jié)構(gòu)不合理，利用效率低，環(huán)境質(zhì)量日趨下降，給人的生存和生活造成嚴(yán)重的威脅。為了能更好的保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，應(yīng)采用具有高效節(jié)能的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)。

該工程選用土壤源熱泵為基礎(chǔ)的冷熱源，為整棟建筑提供冬季采暖用熱和夏季空調(diào)制冷。主要原理是通過(guò)利用熱泵技術(shù)，冬季將蓄存于地下土壤中的熱量取出來(lái)用于供暖，同時(shí)把冷量蓄存于地下土壤中，夏季又將蓄存的冷量從地下土壤中取出來(lái)用于空調(diào)制冷系統(tǒng)，如此往復(fù)的在冷熱源交替應(yīng)用過(guò)程中，真正實(shí)現(xiàn)了能源的可再生化高效利用，是一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的新能源形式。因此，土壤源熱泵系統(tǒng)是一種可再生能源開(kāi)發(fā)和利用的技術(shù)。

2.2 太陽(yáng)能利用

可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿榷喾N形式，開(kāi)發(fā)利用可再生能源是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽(yáng)能既是一次性能源又是可再生能源，資源豐富，環(huán)保無(wú)污染，應(yīng)大力提倡在建筑中廣泛應(yīng)用。

根據(jù)工程的能耗特點(diǎn)分析，主要集中在照明、空調(diào)、采暖、電梯、電腦、給排水系統(tǒng)、熱水供應(yīng)等方面。本項(xiàng)目對(duì)太陽(yáng)能的利用主要體現(xiàn)在太陽(yáng)能板和太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)兩種模式。

該地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，平均日照時(shí)數(shù)為2200-3000小時(shí)，年太陽(yáng)總輻射量為5021.7 J/m2，適于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的使用。辦公區(qū)屋頂及建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，以收集太陽(yáng)輻射能，并通過(guò)供熱管道把加熱的水、空氣等熱媒輸送至房間，為辦公樓提供供暖，鑒于太陽(yáng)能具有分散、不穩(wěn)定性、間斷等特點(diǎn)，根據(jù)基地環(huán)境對(duì)建筑物進(jìn)行合理布局，科學(xué)設(shè)計(jì)建筑外部形體和內(nèi)部空間的被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖，以達(dá)到節(jié)能減排的要求。太陽(yáng)能板的利用主要體現(xiàn)在建筑屋面以及綜合樓辦公、生活區(qū)東西山墻安裝的太陽(yáng)能光電幕墻，收集太陽(yáng)能資源，既為辦公空間提供室內(nèi)照明用電，又為員工宿舍提供生活熱水用電，成功避免了綜合樓西曬。

2.3 相變儲(chǔ)能墻體應(yīng)用試點(diǎn)

相變蓄能墻建筑將潛熱存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，結(jié)合太陽(yáng)能、自然通風(fēng)等被動(dòng)式方式，可以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱、蓄冷能力，降低室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度，減少建筑物供暖、空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和能耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提高熱舒適度的目的。

本項(xiàng)目擬選取示范建筑中的部分典型房間作為應(yīng)用對(duì)象，分析選擇得到適用的復(fù)合相變材料，尋找合適的墻體結(jié)合方式，研制出相變溫度在室內(nèi)空調(diào)、采暖設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)的相變蓄能墻體，提出含有相變材料的被動(dòng)式蓄能房間的設(shè)計(jì)方法，在夏季，研究相變材料與自然通風(fēng)合理的綜合利用方式，來(lái)提高夜間自然通風(fēng)將白天蓄存熱量排放的效率，進(jìn)而促進(jìn)相變材料以一整天為周期蓄排熱量的能力。

2.4 照明節(jié)能技術(shù)集成應(yīng)用

首先，基于照明使用功能分析，研究其對(duì)光源、燈具、照明指標(biāo)、照明方式和控制方法的使用需求，在滿足照明使用功能的基礎(chǔ)上，分析能耗組成特點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)照明設(shè)計(jì)方法、選擇高效光源燈具、優(yōu)化照明控制方式等手段，探求照明節(jié)能新技術(shù)和新方法，然后通過(guò) Dialux 和 Daysim 軟件，對(duì)所提出的“基于使用功能的照明節(jié)能新技術(shù)和新方法”進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬研究，分析其照明效果及能耗狀況，進(jìn)而對(duì)技術(shù)方法進(jìn)行修改和完善。

其次，在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行照明節(jié)能控制監(jiān)測(cè)硬件和軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)光線檢測(cè)模塊、聲音控制模塊、紅外探測(cè)模塊和觸控模塊的綜合應(yīng)用，并與光源特點(diǎn)相結(jié)合開(kāi)發(fā)照明節(jié)能控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在時(shí)間上，該系統(tǒng)可根據(jù)人流情況進(jìn)行照明開(kāi)啟時(shí)間調(diào)節(jié)；在空間上，根據(jù)人群分布進(jìn)行照明開(kāi)啟區(qū)域調(diào)節(jié)；在指標(biāo)上，根據(jù)自然光分布進(jìn)行自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)；最終同時(shí)實(shí)現(xiàn)綜合照明能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成一套集聲控、光控、觸控及人體感應(yīng)于一體的綠色照明節(jié)能控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.5 地板輻射供熱制冷

低溫地板輻射采暖系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）是一種將加熱埋管置于混凝土埋管層中，讓低溫?zé)崴诠軆?nèi)循環(huán)流動(dòng)加熱整個(gè)地面，然后通過(guò)輻射和部分對(duì)流供暖方式向室內(nèi)散熱的一種供暖形式。

圖3 辦公區(qū)聲控光感照明示意圖

本項(xiàng)目安裝的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，采用“分戶計(jì)量，分室調(diào)溫”的方式，具有節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便、使用壽命長(zhǎng)、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益可觀等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且地板輻射供冷系統(tǒng)沒(méi)有風(fēng)機(jī)，大大較低了耗電量，有效改善室內(nèi)環(huán)境，通常地板輻射供冷系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能 30%～40%，例如美國(guó)勞倫斯伯克里實(shí)驗(yàn)室使用美國(guó)全境各地氣象參數(shù)對(duì)商用建筑進(jìn)行模擬試驗(yàn)得出結(jié)論，地板輻射供冷系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能 30%。

3、從使用者方面

辦公建筑不僅僅只是單純的為人們提供辦公空間和場(chǎng)所，而是在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，以追求最大的舒適度，才能有效提高工作效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上班族一周在辦公室的時(shí)間占據(jù)了整個(gè)人在活動(dòng)空間的絕大部分，可見(jiàn)辦公環(huán)境的重要性。辦公環(huán)境的不斷升級(jí)跟社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展存在必然聯(lián)系，從建筑形式、結(jié)構(gòu)、功能、材料、技術(shù)手段等多個(gè)方面不斷創(chuàng)新，從最初簡(jiǎn)單的幾何形體向形體復(fù)雜化、功能完善化、形式多樣化轉(zhuǎn)變，尤其是在現(xiàn)在高能耗、高污染、多重壓力這個(gè)大環(huán)境生活的人們，更加向往接近大自然的辦公場(chǎng)所。

人類在追求高品質(zhì)辦公環(huán)境的同時(shí)，還要懂得保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，方能達(dá)到共贏。提高使用者的節(jié)能意識(shí)是減少辦公建筑能耗的重要環(huán)節(jié)，從走訪調(diào)查中得出，大多數(shù)辦公人員缺乏節(jié)能意識(shí)，在使用空調(diào)的情況下開(kāi)啟門窗，或者在無(wú)人辦公的情況下，空調(diào)和辦公設(shè)備一直處于運(yùn)行的狀態(tài)，以及在白天日照條件非常好的情況下繼續(xù)使用燈光照明等浪費(fèi)資源的現(xiàn)象。這些問(wèn)題的產(chǎn)生主要是使用者缺乏節(jié)能意識(shí)，以及公司的節(jié)能管理制度不夠完善。

因此，綠色建筑要保持可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境，不僅要從建筑設(shè)計(jì)、施工、選材、環(huán)境選擇等方面進(jìn)行考慮，而且要加強(qiáng)建筑的后期管理，完善各種配套設(shè)施，根據(jù)綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)建立辦公建筑的運(yùn)營(yíng)和管理制度。

二、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際案例，分別從設(shè)計(jì)、技術(shù)、使用者以及關(guān)于綠色建筑國(guó)家制定的一系列法律法規(guī)等方面對(duì)辦公建筑設(shè)計(jì)做進(jìn)一步探討。對(duì)辦公建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然通風(fēng)、自然采光、地源熱泵、新能源利用等幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)概述，以求在當(dāng)今建筑資源遭到嚴(yán)重浪費(fèi)的情況下，探索出一種嶄新的設(shè)計(jì)思維和模式應(yīng)用到辦公建筑設(shè)計(jì)中，倡導(dǎo)最大限度的節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，減少能耗。