主動(dòng)與被動(dòng)節(jié)能技術(shù)在城市商業(yè)綜合體中的應(yīng)用研究

魏留明 郭建峰 高貝貝2]

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院[1]， 河南省水利科學(xué)研究院巖土所[2]）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人們對(duì)生活空間的品質(zhì)有了更高要求，于是能滿足人們對(duì)居住、消費(fèi)、休閑、娛樂(lè)、購(gòu)物等多樣性需求的城市商業(yè)綜合體應(yīng)用而生。城市商業(yè)綜合體常處于城市中心地段，用地面積寸土寸金，其高能耗、高運(yùn)營(yíng)成本等一些突出問(wèn)題越來(lái)越引起研究學(xué)者的重視[1]。國(guó)務(wù)院2019年政府工作報(bào)告指出為促進(jìn)資源節(jié)約和循環(huán)利用，應(yīng)推廣綠色建筑。有效降低能耗、減少運(yùn)營(yíng)成本，可以為城市商業(yè)綜合體的綠色健康可持續(xù)發(fā)展提供幫助。

近年來(lái)，在解決建筑能耗問(wèn)題方面，我國(guó)制定了一系列政策措施，如2015年住建部發(fā)布實(shí)施了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50189-2015）》，為公共建筑提高能源利用效率，降低建筑能耗提供設(shè)計(jì)依據(jù)。2017年，結(jié)合地域特點(diǎn)，河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布實(shí)施了《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(寒冷地區(qū) 65%+)（DBJ41-062-2017）》，以進(jìn)一步提升居住建筑能效水平，響應(yīng)國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能、提高建筑能效的要求。雖然現(xiàn)行建筑節(jié)能政策中，未制定專門(mén)針對(duì)城市商業(yè)綜合體節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，但我們可以從現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中積極探索城市商業(yè)綜合體建筑節(jié)能的要點(diǎn)。

在《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50300-2013）》（以下簡(jiǎn)稱“13版統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”）中，建筑節(jié)能作為十大分部工程之一被列入，其所含子分部工程包括維護(hù)系統(tǒng)節(jié)能、供暖空調(diào)設(shè)備及管網(wǎng)節(jié)能、電氣動(dòng)力節(jié)能、監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能和可再生能源。

根據(jù)查閱文獻(xiàn)資料，目前對(duì)城市商業(yè)綜合體建筑節(jié)能的研究大多集中在氣候與周圍環(huán)境、能耗設(shè)備及節(jié)能燈具選用或建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的某一個(gè)方面等[2]傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，很少將建筑節(jié)能的要素進(jìn)行合理分類來(lái)研究建筑能耗問(wèn)題。本文以建筑節(jié)能的子分部工程為主要研究?jī)?nèi)容，將建筑節(jié)能的要素劃分為被動(dòng)節(jié)能技術(shù)和主動(dòng)節(jié)能技術(shù)，以此為基礎(chǔ)來(lái)探討城市商業(yè)綜合體的建筑節(jié)能技術(shù)。

1 被動(dòng)節(jié)能技術(shù)

被動(dòng)節(jié)能技術(shù)是指通過(guò)合理建筑設(shè)計(jì)、建筑環(huán)境布置等非機(jī)械手段來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑與自然環(huán)境的融合，以達(dá)到保暖遮陽(yáng)、供暖降溫、節(jié)能降耗目的的技術(shù)，被動(dòng)節(jié)能技術(shù)一般不采用機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)自身功能，通常包括自然通風(fēng)、自然采光、太陽(yáng)能利用等。結(jié)合城市商業(yè)綜合體自身特點(diǎn)，被動(dòng)節(jié)能技術(shù)可以減少空調(diào)機(jī)械設(shè)備的使用、提高對(duì)自然風(fēng)光的利用、減少電能熱能的消耗，可以創(chuàng)造良好的集辦公、生活、休閑、娛樂(lè)等為一體的環(huán)境[3]。由于城市商業(yè)綜合體具有很強(qiáng)的開(kāi)放性和很復(fù)雜的內(nèi)部空間，本文從城市商業(yè)綜合體外部和內(nèi)部來(lái)分別探討其相應(yīng)的被動(dòng)節(jié)能技術(shù)。根據(jù)建筑特點(diǎn)，城市商業(yè)綜合體外部被動(dòng)節(jié)能體現(xiàn)在場(chǎng)地、建筑體形、屋面、立面的設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能利用方面，內(nèi)部被動(dòng)節(jié)能體現(xiàn)在內(nèi)部空間功能布局和內(nèi)部空間組織形式上。

1.1 城市商業(yè)綜合體外部被動(dòng)節(jié)能

1.1.1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)節(jié)能

對(duì)城市商業(yè)綜合體來(lái)說(shuō)，在場(chǎng)地設(shè)計(jì)中可以對(duì)入口廣場(chǎng)、街道空間、灰空間等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高綜合體整體運(yùn)營(yíng)效率、減少能源消耗；同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)置綠植，減少地面接收熱量以及地面吸熱后產(chǎn)生的輻射熱量，從而降低綜合體能耗[4]。

對(duì)于我國(guó)的大多數(shù)城市來(lái)說(shuō)，夏季西曬問(wèn)題比較嚴(yán)重，城市商業(yè)綜合體的主要出入口不宜布置在太陽(yáng)光強(qiáng)烈的西向，以防止熱量向室內(nèi)過(guò)多滲透。如果一定要在西向布置，建議采用內(nèi)退式的入口形式，內(nèi)退式入口可以利用上層建筑形成有效的自遮陽(yáng)，在降低廣場(chǎng)接收的熱量的同時(shí)也形成一個(gè)熱緩沖空間，有利于夏季防暑冬季防寒。

街道空間的熱工性能主要受其所處街道的綠化植物、景觀小品以及街道基面材料性能的影響。盡量在人行道與車行道之間布置樹(shù)冠較大的闊葉樹(shù)，減少夏季的室內(nèi)得熱，從而減少空調(diào)能耗。

灰空間作為室內(nèi)和室外空間的過(guò)渡地帶，它的設(shè)置不但可以改善商業(yè)環(huán)境，還能夠使室內(nèi)外的熱交換環(huán)境起到緩沖作用。夏季能夠緩解暑熱，冬季則能起到一定的防寒作用，可以改善城市綜合體周圍環(huán)境的熱性能，進(jìn)一步減少基面對(duì)建筑的能耗影響。

1.1.2 建筑體形節(jié)能

建筑的體形系數(shù)即建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。城市商業(yè)綜合體的體形系數(shù)設(shè)計(jì)大致可以通過(guò)建筑群布局、平面布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等控制。

建筑群布局應(yīng)考慮采用有利于利用日照并避開(kāi)冬季主導(dǎo)風(fēng)向，使建筑具有良好的夏季自然通風(fēng)，在建筑朝向的選擇中爭(zhēng)取良好日照、避開(kāi)不利風(fēng)向。

在建筑設(shè)計(jì)中，建筑平面設(shè)計(jì)是需要考慮的關(guān)鍵因素之一，在城市商業(yè)綜合體中，良好的平面布局可以實(shí)現(xiàn)不同功能分區(qū)，便于建筑能耗的利用和控制。

建筑物的能量損耗主要是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)喪失的，城市商業(yè)綜合體建筑能耗與建筑本身材質(zhì)的選取密切相關(guān)，比如創(chuàng)新型材料、保溫隔熱材料和建筑構(gòu)造形式等。在節(jié)能設(shè)計(jì)中，必須確保建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能參數(shù)、建筑的熱損耗量滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

1.1.3 屋面節(jié)能

建筑屋面的合理設(shè)置，對(duì)室內(nèi)自然采光有重要意義，可以減少照明耗電量，增加使用者的舒適感，降低綜合體的能耗。

在屋面采光頂?shù)脑O(shè)計(jì)上，應(yīng)控制采光頂所占屋頂面積的比例，選用太陽(yáng)輻射反射系數(shù)較大的材料，減少屋面吸收熱量，將屋頂高低錯(cuò)落組合設(shè)置，設(shè)置不同形式的遮陽(yáng)、降溫設(shè)施。

1.1.4 立面節(jié)能

建筑的立面在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占比最大，并且由于內(nèi)部功能的需要，城市綜合體立面較為復(fù)雜，影響到其能耗水平。

建筑與外界的能量交換大小與朝向有關(guān)，因此可以根據(jù)不同的朝向，采取不同的立面材料和形式以及構(gòu)造方式，比如東西面由于熱交換較多應(yīng)避免使用玻璃幕墻。并且盡量選用阻熱性較強(qiáng)的玻璃和雙層幕墻系統(tǒng)。在不同體塊交接部位和立面分割構(gòu)件上設(shè)置綠化、噴淋等人工降溫裝置，豐富了立面形式的同時(shí)，減少熱量交換和滲透 [5]。

1.1.5 太陽(yáng)能利用

根據(jù)《民用建筑節(jié)能條例》的規(guī)定，鼓勵(lì)在建筑節(jié)能改造中采用以太陽(yáng)能為代表的新能源。

自然光導(dǎo)技術(shù)可以滿足不同空間對(duì)照明效果的需求，在綜合體的室內(nèi)空間照明應(yīng)用中，還可以結(jié)合智能控制系統(tǒng)與物理照明的協(xié)同作用，起到良好節(jié)能效果。

太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)化技術(shù)是指將光能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，城市綜合體建筑巨大的體量和外表面圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以為接受太陽(yáng)能提供足夠的物質(zhì)載體，通過(guò)合理利用太陽(yáng)能光電技術(shù)可以為建筑帶來(lái)源源不斷的能源供給，減輕自身能耗的影響。

太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)是指將吸收的太陽(yáng)光照產(chǎn)生熱量，然后加熱常溫水至較高的溫度，滿足日常的生產(chǎn)生活熱水需要的技術(shù)，如太陽(yáng)能熱水器。

1.2 城市商業(yè)綜合體內(nèi)部被動(dòng)節(jié)能

1.2.1 內(nèi)部空間功能布局節(jié)能

城市商業(yè)綜合體建筑最顯著的特征就是將多種功能空間集約布置。不同功能對(duì)空間的形式和材料等要求不同，各部分功能規(guī)模要求也不同，所以最終的平面功能組織形式也多種多樣。城市商業(yè)綜合體在進(jìn)行多功能布置時(shí)常常根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求，將人流量大的核心功能區(qū)布置在建筑的端部，并靠近主要入口，形成人流集散中心。布置好大的功能單元后，將小的功能單元穿插布置其中，以便使用人群能夠在綜合體中分布合理，進(jìn)而為控制能耗提供便利條件。

1.2.2 內(nèi)部空間組織形式節(jié)能

城市綜合體的巨大空間需求和有限用地的矛盾導(dǎo)致其建筑空間需要尋求豎向發(fā)展。功能的豎向分布策略對(duì)綜合體的運(yùn)營(yíng)效率有重要影響。如降低層高，減少制冷負(fù)荷；豎向熱力分區(qū)，優(yōu)化功能分布等。綜合體建筑內(nèi)部空間布局較為復(fù)雜，除了利用煙囪效應(yīng)來(lái)進(jìn)行通風(fēng)降溫外，還可以結(jié)合均勻分布的樓梯間來(lái)設(shè)置豎向拔風(fēng)井道，豎向拔風(fēng)井道可以通過(guò)界面和頂部處理來(lái)加速氣流運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)建筑的被動(dòng)降溫效果，使建筑內(nèi)蓄熱體能夠起到周期循環(huán)的作用。

2 主動(dòng)節(jié)能技術(shù)

主動(dòng)節(jié)能作為建筑節(jié)能技術(shù)的重要組成部分，是指通過(guò)機(jī)械設(shè)備干預(yù)手段為建筑提供采暖空調(diào)通風(fēng)等舒適環(huán)境控制的建筑設(shè)備工程技術(shù)，同時(shí)也是以優(yōu)化的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高效的設(shè)備選用實(shí)現(xiàn)節(jié)能的技術(shù)。主動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用成效重點(diǎn)體現(xiàn)在供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、給水排水、電氣節(jié)能等領(lǐng)域。城市商業(yè)綜合體應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，在保證室內(nèi)環(huán)境參數(shù)條件下，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能，提高建筑設(shè)備及系統(tǒng)的能源利用效率，結(jié)合可再生能源，降低建筑暖通空調(diào)、給水排水及電氣系統(tǒng)的能耗。

2.1 空調(diào)供暖節(jié)能

隨著城市規(guī)?；潭鹊牟粩嗵岣?，大規(guī)模的暖通空調(diào)系統(tǒng)將被應(yīng)用到城市建設(shè)當(dāng)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗總量也將不斷增大[6]。

綜合體的空調(diào)系統(tǒng)雖然能使室內(nèi)保持舒適的環(huán)境，但也會(huì)排放大量廢熱，在這些熱源的堆積和室外高溫同時(shí)作用下，綜合體的能源負(fù)荷持續(xù)增加，這就要求在建筑設(shè)計(jì)上做好自然調(diào)節(jié)與機(jī)械調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)用，盡量采用自然調(diào)節(jié)，如空調(diào)制冷輔助被動(dòng)降溫、對(duì)空調(diào)分區(qū)布置、優(yōu)化管道風(fēng)口設(shè)置等。

2.2 給水排水節(jié)能

由于節(jié)水與節(jié)能是緊密相連的，應(yīng)結(jié)合城市商業(yè)綜合體的特點(diǎn)，通過(guò)節(jié)約用水達(dá)到節(jié)能目的[7]。

在進(jìn)行給水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提前計(jì)算建筑內(nèi)部需求的生活用水量，對(duì)不同用途的用水設(shè)置專用水表計(jì)量，設(shè)定合理的供水上限，防止大量的用水浪費(fèi)。根據(jù)建筑的運(yùn)行情況做好排水設(shè)計(jì)，在進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)利用水流自身重力組織排水線路，實(shí)現(xiàn)自然排水。在一定區(qū)域范圍內(nèi)合理配置雨水收集裝置，充分收集和利用雨水，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用、提高水資源重復(fù)利用率。

2.3 電氣節(jié)能

對(duì)于城市綜合體而言，電能的消耗是巨大的?？茖W(xué)合理的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可以滿足城市綜合體各個(gè)方面對(duì)于電能的需求，也符合低碳生活、環(huán)保節(jié)能政策的要求[8]。

照明節(jié)能主要是通過(guò)采用高效節(jié)能照明產(chǎn)品、提高質(zhì)量、優(yōu)化照明設(shè)計(jì)等手段達(dá)到受益的目的?？赏ㄟ^(guò)關(guān)注用電節(jié)能措施、根據(jù)功能空間需求配置照明、充分利用自然光源實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能。在電氣節(jié)能方面，充分考慮變壓器自身的阻抗消耗電能，減小變壓器的有功損耗，提高變壓器的負(fù)載率。在配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面，在規(guī)劃設(shè)計(jì)前期，確定線路負(fù)荷，加強(qiáng)用電設(shè)備監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

城市商業(yè)綜合體建筑節(jié)能技術(shù)可以劃分為被動(dòng)節(jié)能技術(shù)與主動(dòng)節(jié)能技術(shù)。

被動(dòng)節(jié)能技術(shù)包括以場(chǎng)地、建筑體形、屋面、立面的設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能利用方面主要內(nèi)容的外部被動(dòng)節(jié)能技術(shù)，以內(nèi)部空間功能布局和內(nèi)部空間組織形式為主要內(nèi)容的內(nèi)部被動(dòng)節(jié)能技術(shù)。

主動(dòng)節(jié)能技術(shù)包括以供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、給水排水、電氣節(jié)能為主要內(nèi)容的主動(dòng)節(jié)能技術(shù)。

通過(guò)對(duì)被動(dòng)與主動(dòng)節(jié)能技術(shù)的研究，在城市商業(yè)綜合體的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中不僅可以積極響應(yīng)政策方面有關(guān)綠色建筑的要求，還有利于城市商業(yè)綜合體在自身發(fā)展過(guò)程中找出節(jié)能側(cè)重點(diǎn)、節(jié)約成本、減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，確保持續(xù)健康良性發(fā)展。