張江集電港總部辦公中心綠色改造

侯亦南

HOU Yi-nan

（中國建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司）

（China Shanghai Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.）

1 項(xiàng)目介紹

張江集電港總部辦公中心（以下簡稱“辦公中心”）位于上海浦東張江高科技園區(qū)內(nèi)，由上海張江集成電路產(chǎn)業(yè)區(qū)開發(fā)有限公司投資建設(shè)。辦公中心目最早建于2005年，但在功能、節(jié)能等方面有所欠缺。之后美國JWDA建筑事務(wù)所對(duì)其進(jìn)行了綜合技術(shù)改造設(shè)計(jì)，將該項(xiàng)目建設(shè)為一個(gè)綠色三星級(jí)的生態(tài)建筑，并且進(jìn)行了上海地區(qū)建筑“零能耗”的探索。

2 改造前存在的問題

辦公中心原有A棟～F棟，共六座單體建筑。在改造之前，項(xiàng)目在建筑節(jié)能方面存在著諸多缺陷。

①建筑外墻和屋頂實(shí)際傳熱系數(shù)沒有達(dá)到《公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》的要求；

②建筑立面大量采用普通中空玻璃和非斷熱鋁合金型材的玻璃幕墻；

③項(xiàng)目設(shè)計(jì)沒有考慮到可再生能源或非傳統(tǒng)水源的利用，缺乏可持續(xù)發(fā)展的理念。

3 改造目標(biāo)

2006年，辦公中心進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，新建了A、B棟之間的中庭，C、D棟之間的擴(kuò)建區(qū)以及建筑之間的連廊等。對(duì)于建筑節(jié)能方面，改造設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了節(jié)能改造的兩大目標(biāo)：

1）建筑節(jié)能≥65%

設(shè)計(jì)針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑的特點(diǎn)，對(duì)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了多種建筑節(jié)能措施，如外墻保溫，種植屋面，雙層幕墻，活動(dòng)遮陽等。同時(shí)，積極利用可再生能源技術(shù)，如太陽能光伏發(fā)電，地源熱泵，雨水收集，中水回用，結(jié)合拔風(fēng)井等建筑設(shè)計(jì)手法，極大的降低了建筑能源的消耗。最終通過模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能65%的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2）零能耗中庭

A棟、B棟之間新建的中庭是改造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部位。中庭采用多種建筑生態(tài)技術(shù)，如雙層呼吸式幕墻、屋頂智能活動(dòng)遮陽、太陽能拔風(fēng)井、太陽能光伏發(fā)電、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、中水冷卻等技術(shù)，打造了一個(gè)高質(zhì)量的綠色生態(tài)建筑，實(shí)現(xiàn)了“零能耗”。

此外，新的建筑還運(yùn)用了污水處理系統(tǒng)和環(huán)境傳感器，實(shí)現(xiàn)了建筑生活污水零排放和對(duì)建筑節(jié)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造措施

4.1 外墻節(jié)能改造

因?yàn)樵谶M(jìn)行改擴(kuò)建之時(shí)，辦公中心已有建筑早已完成了建設(shè)。如果要對(duì)已有建筑外墻進(jìn)行外墻保溫改造，勢(shì)必要破壞建筑的外墻主體及飾面，造成更大的損失和浪費(fèi)。所以，最終項(xiàng)目采用了外墻內(nèi)保溫體系進(jìn)行改造。外墻內(nèi)保溫體系相比外墻外保溫體系，具有易于改造，施工安全性高，使用壽命長能優(yōu)點(diǎn)，更主要的是，內(nèi)保溫體系的外墻熱惰性D值小，非常適用于像辦公建筑這樣使用時(shí)間段明顯的建筑。

最終保溫材料選用了30mm厚的擠塑聚苯板，外墻平均傳熱系數(shù)達(dá)到0.86W/(m2K)，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)≤1.0 W/(m2K)的要求。外墻保溫構(gòu)造從內(nèi)到外為：8mm石灰砂漿+空氣層+30mm擠塑聚苯板+200mm混凝土空心砌塊+20mm水泥砂漿+外飾面。本項(xiàng)目外立面大部分為玻璃幕墻體系，所以由鋼筋混凝土形成的外墻熱橋不多，一般集中在外墻與屋頂、樓板、陽臺(tái)的交接處和框架柱的部位。由于內(nèi)保溫對(duì)熱橋的割斷作用比較差，所以重點(diǎn)考慮了這些部位的保溫節(jié)能改造。

4.2 種植屋面

改造后辦公中心將一部分原普通屋面改造為生態(tài)種植屋面。種植屋面可以緩解冷熱對(duì)屋面的“沖擊”，防止屋面因溫度差導(dǎo)致的膨脹收縮而造成的裂縫滲漏現(xiàn)象，可以作為屋面的保護(hù)層，減緩屋面老化速度。

在植物選擇方面，辦公中心屋頂綠化選用了佛甲草、中華景天等景天科的織物。這類植物耐旱、耐寒、耐污染，可以粗放養(yǎng)護(hù)管理，且景觀效果好，適宜上海的氣候環(huán)境。為防止植物根系刺破防水材料，設(shè)計(jì)特地引進(jìn)了德國威達(dá)公司的技術(shù)，同時(shí)兼顧防水、根系阻攔、以及輕質(zhì)栽培土，屋面減重等方面。

4.3 建筑外遮陽

辦公中心原先建筑都含有大面積的玻璃幕墻及外窗，但是由于僅采用了普通中空玻璃和非斷熱鋁合金型材，造成幕墻的節(jié)能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國家及上海節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是如果把已有的玻璃和型材全部換成節(jié)能材料，將會(huì)造成巨大的浪費(fèi)，增加改造的成本，與改造的綠色可持續(xù)發(fā)展的初衷像背離。所以，對(duì)采用遮陽技術(shù)成為了玻璃幕墻節(jié)能改造最有效的部分。

當(dāng)然，本項(xiàng)目沒有一味的對(duì)所有玻璃幕墻及外窗部位統(tǒng)一設(shè)置一樣的遮陽措施。由于項(xiàng)目新建了連接六棟建筑的連廊，連廊底層架空，距地4m，所以可以對(duì)原有建筑部分的一、二層立面產(chǎn)生固定遮陽的作用。所以對(duì)于這部分立面，設(shè)計(jì)就不再設(shè)置遮陽措施，避免造成浪費(fèi)或過度遮陽。

對(duì)于是設(shè)置固定遮陽還是活動(dòng)遮陽，設(shè)計(jì)也有充分的考慮。在建筑的東、西、南面，對(duì)于部分采光要求較小的辦公室、走廊，及一些不適宜設(shè)置活動(dòng)遮陽的斜面玻璃設(shè)置固定外遮陽外，其余部位均設(shè)置電動(dòng)遮陽卷簾。電動(dòng)遮陽卷簾由智能系統(tǒng)控制，可以根據(jù)室外的溫度、太陽光強(qiáng)度及室內(nèi)光照要求，調(diào)整遮陽卷簾的狀態(tài)。如在陽光強(qiáng)烈的時(shí)候，遮陽百葉可設(shè)置為全開狀態(tài)；在溫度不高，陽光不夠強(qiáng)烈的時(shí)候，設(shè)置為收起狀態(tài)等。對(duì)于遮陽材料，設(shè)計(jì)選擇了更貼近原有建筑風(fēng)格的，具有現(xiàn)代質(zhì)感的鋁合金金屬百葉遮陽。

4.4 “零能耗”中庭

辦公中心A、B棟之間新建的中庭可以說是這次節(jié)能改造的集大成者，是本項(xiàng)目進(jìn)行生態(tài)規(guī)劃和技術(shù)集成的重點(diǎn)部位，也是綠色生態(tài)項(xiàng)目的關(guān)鍵所在。一般而言，此類中庭為建筑能耗較高的空間，但新建中庭采用了多種節(jié)能手段，如雙層呼吸式幕墻，中水冷卻玻璃頂，太陽等光伏發(fā)電等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中庭空間的零能耗，為我國綠色節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)的思路及方法做出了一次積極的探索。

4.4.1 雙層呼吸式玻璃幕墻

一般來說，采用玻璃幕墻的節(jié)能建筑一直存在著一個(gè)不利因素就是玻璃幕墻的能耗很大，并不節(jié)能。但一種來自歐洲的新的幕墻形式——雙層呼吸式玻璃幕墻改變?nèi)藗儗?duì)于玻璃幕墻節(jié)能印象。呼吸式玻璃幕墻一般由內(nèi)外兩層幕墻，兩層幕墻之間有一個(gè)通風(fēng)換氣層。通風(fēng)換氣層通過流通或循環(huán)，使內(nèi)層的幕墻的溫度更接近于室溫，減少室外溫度對(duì)內(nèi)層幕墻溫度的影響，降低幕墻的能耗。

雙層呼吸式玻璃幕墻一般分為“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”和“敞開式外循環(huán)體系”。 辦公中心新建中庭的部分玻璃幕墻采用了敞開式外循環(huán)呼吸式玻璃幕墻。其構(gòu)造為：內(nèi)層幕墻采用斷熱鋁合金低輻射中空玻璃（6+12A+6），外層幕墻采用8mm厚單片玻璃，內(nèi)外層玻璃幕墻之間是寬度為600mm的換氣層，起到通風(fēng)換氣的作用。在夏季時(shí)，打開外層玻璃幕墻上的進(jìn)排風(fēng)百葉，形成煙囪效應(yīng)，在換氣層內(nèi)引入室外氣流，帶走換氣層內(nèi)的熱空氣，降低內(nèi)玻璃幕墻的溫度。在冬季，關(guān)閉百葉，換氣層形成一個(gè)封閉的空氣間層，增強(qiáng)了幕墻的保溫能力，降低建筑能耗。

4.4.2 太陽能光伏發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，是一種產(chǎn)生綠色清潔能源技術(shù)，在德國和日本已得到大規(guī)模的使用。新建中庭的部分玻璃頂采用了太陽能光伏電池組件夾膠玻璃，A、B樓的屋頂安裝了普通光伏組件，其太陽電池組件總?cè)萘繛?0kW，為中庭的空調(diào)，照明等能耗提供了所必須的電能。而且在中庭顯著位置安裝了電子顯示屏，顯示光伏電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。整個(gè)光伏電站無人值守，自動(dòng)保護(hù)。

4.4.3 中水冷卻玻璃屋頂

為了防止夏季中庭空調(diào)負(fù)荷過大，中庭設(shè)計(jì)了中水冷卻玻璃屋頂系統(tǒng)。冷卻水的水源為人工濕地的中水，獨(dú)立設(shè)置水箱。當(dāng)水箱水位過低時(shí)，可由中水池補(bǔ)水。冷卻水不僅可以冷卻屋頂，而且動(dòng)態(tài)的水流在陽光的照射下，在中庭地面造成了動(dòng)態(tài)的光影效果，為中庭帶來了生趣。

4.4.4 其它節(jié)能技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)“零能耗”，辦公中心中庭及其它建筑還采用了其它多種節(jié)能技術(shù)：

1）地源熱泵

利用地下溫度“冬暖夏涼”的原理，中庭運(yùn)用地源熱泵將地下的空氣抽送到室內(nèi)，在冬季作為熱源，在夏季作為冷源，這樣可降低常規(guī)空調(diào)能耗的30%～40%。

2）太陽能拔風(fēng)井

中庭內(nèi)部有一個(gè)貫穿建筑各樓層的太陽能拔風(fēng)。井拔風(fēng)井高出屋面4m，利用“煙囪效應(yīng)”形成建筑室內(nèi)自然通風(fēng)的效果，也降低了建筑空調(diào)的能耗。

3）雨水回滲與收集

園區(qū)非機(jī)動(dòng)車道路采用透水地面，鋪設(shè)透水磚，增加雨水的自然滲透，補(bǔ)充地下水資源。同時(shí)，采用雨水收集系統(tǒng)，對(duì)于屋頂雨水及無法滲透的地表雨水進(jìn)行收集。雨水收集流入園區(qū)中水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池，用于沖廁、綠化灌溉和景觀水體。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

辦公中心的建筑面積約為22.9萬m2，通過計(jì)算，其增量成本約為541元/m2。根據(jù)中國城市科學(xué)研究會(huì)2012年對(duì)148個(gè)項(xiàng)目綠色建筑增量成本統(tǒng)計(jì)，公共建筑項(xiàng)目一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)綠色建筑的增量成本分別為29.9元/ m2、87.3元/ m2、216.4元/ m2?？梢钥匆娹k公中心的增量成本過于巨大，甚至超過了全國平均值的100%以上。雖然如此巨大的增量成本，對(duì)我國綠色建筑設(shè)計(jì)嘗試和探索的意義值得商榷，但對(duì)全國其它新建綠色建筑仍能起到一定的示范作用。

6 結(jié)語

辦公中心節(jié)能改造項(xiàng)目不僅運(yùn)用了大量先進(jìn)有效建筑節(jié)能技術(shù)，更是國內(nèi)首次嘗試將 “零能耗”付諸于實(shí)際設(shè)計(jì)行動(dòng)中，改變了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)價(jià)值觀，體現(xiàn)了人與自然和諧統(tǒng)一的思想，對(duì)我國的綠色建筑的建設(shè)具有標(biāo)志性的 作用。