淺析綠色綜合能源站設(shè)計(jì)＊
——以天津北辰核心區(qū)1 號(hào)綜合能源站為例

程軒 董妍博 常鐘雋

中國建筑科學(xué)研究院有限公司

我國城市的集中供熱正處于設(shè)備更新、技術(shù)改革的關(guān)鍵時(shí)期，新技術(shù)與新能源的應(yīng)用、綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念以及智慧化的管理模式是供熱發(fā)展的趨勢，綜合區(qū)域能源規(guī)劃、綠色設(shè)計(jì)、智慧運(yùn)維的新一代能源站已逐漸成為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的時(shí)代要求。

天津北辰核心區(qū)1號(hào)綜合能源站在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初定位為綠色工業(yè)建筑二星級(jí)，在設(shè)計(jì)過程中注重綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用，因此在能源系統(tǒng)規(guī)劃、場地布置、建筑立面設(shè)計(jì)、建筑材料選擇和后期運(yùn)維方面都嚴(yán)格遵循綠色節(jié)能環(huán)保原則，以達(dá)到綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。下面以項(xiàng)目為例深入介紹綠色綜合能源站的建筑設(shè)計(jì)方法。

1 以綜合能源系統(tǒng)利用為導(dǎo)向的總體規(guī)劃

北辰核心區(qū)1號(hào)能源站位于天津市北辰區(qū)，建設(shè)用地4 972m2，供熱范圍北至北辰道，南至龍門東道，西至潞江東路，東至外環(huán)線。建筑面積201.91萬m2，其中公共建筑面積106.38萬m2，住宅建筑面積95.53萬m2。冬季，1號(hào)能源站為201.91萬m2的建筑提供集中采暖服務(wù)；夏季，1號(hào)能源站為46.63萬m2建筑提供集中供冷服務(wù)。項(xiàng)目供冷供熱范圍大，建設(shè)用地緊張，需要采用高效的能源利用形式，最大限度地保證供能需求。

1.1 建筑能源系統(tǒng)規(guī)劃

在能源系統(tǒng)規(guī)劃方面，結(jié)合周邊能源規(guī)劃及建設(shè)條件，選定燃?xì)饫錈犭娙?lián)供+冰蓄冷系統(tǒng)+燃?xì)忮仩t+冷水機(jī)組的系統(tǒng)組合形式（圖1）。在充分調(diào)研北辰區(qū)環(huán)境資源的基礎(chǔ)上，按照國家及天津市能源有關(guān)政策、招標(biāo)文件的要求，結(jié)合各初始能源的特點(diǎn)揚(yáng)長避短，設(shè)計(jì)混合能源融合增效系統(tǒng)，提高能源利用率，緩解電力能源緊張，以達(dá)到節(jié)約資源的目的。

1.2 建筑總體布局規(guī)劃

在建筑總體布局規(guī)劃方面，將低碳、環(huán)保、科普教育和展覽展示等功能納入整個(gè)用地，設(shè)置喬、灌、草復(fù)層綠化和局部鏡面水體，調(diào)節(jié)室外空間微氣候的同時(shí)提高室外風(fēng)環(huán)境及熱環(huán)境舒適度（圖2）。選擇淺色及可見光反射比小的金屬幕墻，減少熱島效應(yīng)，處理好工業(yè)建筑與周邊民用建筑之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)建筑低影響開發(fā)的目標(biāo)。

2 以綠色建筑設(shè)計(jì)為理念的單體設(shè)計(jì)方案

不同于常規(guī)的能源站類建筑設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目位于北辰核心區(qū)，秉承綠色工業(yè)建筑設(shè)計(jì)理念，在“去工業(yè)化”的總體原則下，以工藝要求為基礎(chǔ)，注重建筑形體和周邊環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。項(xiàng)目在平面布置、立面造型、材料選擇等方面均按照《綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保的要求執(zhí)行，在有限的用地范圍內(nèi)，進(jìn)行空間的高效布置，地下1層，地上5層，各功能縱向串聯(lián)。地下層與首層部分連通，功能為水泵及板換間、發(fā)電機(jī)間、儲(chǔ)能罐間；首層功能為門廳及收費(fèi)大廳；二層功能為走道、工具間、管理用房、管道間；三層功能為制冷機(jī)間、風(fēng)機(jī)間、水處理間、工具間、管理用房、衛(wèi)生間；四層功能為管道間；五層功能為鍋爐房、變配電室、工具間、電氣設(shè)備間。項(xiàng)目最終建筑面積11 000m2，建筑密度46.26%，容積率2.07。

1 項(xiàng)目能源系統(tǒng)圖

2 總平面圖

在設(shè)計(jì)階段充分考慮場地情況，對室外場地進(jìn)行綠色規(guī)劃布局，對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行綠色節(jié)能設(shè)計(jì)。在實(shí)際進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)中，遵循綠色建筑理念，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚝侠砝蔑L(fēng)能、光能等綠色能源，在保證建筑功能的同時(shí)節(jié)約能源。

2.1 雙層圍護(hù)結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目位于非工業(yè)區(qū)，周邊為住宅和商業(yè)用地，除了滿足工藝技術(shù)的要求以外，設(shè)計(jì)從建筑本身出發(fā)，力求綠色環(huán)保、去工業(yè)化，與周邊建筑和諧融洽（圖3）。

建筑的墻體并不是單單一層而是分為兩層，外層幕墻作為建筑的整體裝飾構(gòu)件，而內(nèi)層圍護(hù)墻體則起到防風(fēng)、遮雨、保溫的作用，并且在內(nèi)外墻之間有將近2m的間隔，既能保護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體也能隔熱保溫，使建筑產(chǎn)生冬暖夏涼的效果。

外層幕墻充分考慮建筑與周圍環(huán)境的關(guān)系，以水的波動(dòng)及白藍(lán)兩種基本顏色寓意水這一能源站運(yùn)行的基本載體?？紤]到幕墻對建筑主體帶來的采光影響，幕墻系統(tǒng)由若干六邊形鋁單板拼接而成，以邊長為1m的正六邊形為基礎(chǔ)模塊，其他六個(gè)模塊由基礎(chǔ)模塊演變而來?；A(chǔ)模塊為白色整體鋁單板，其他模塊均為白色鋁單板內(nèi)嵌藍(lán)色穿孔鋁板（圖4）。

3 透視圖

4 幕墻節(jié)點(diǎn)

2.2 室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的營造

通過對建筑設(shè)計(jì)與氣候的研究可以發(fā)現(xiàn)，建筑對氣候的適應(yīng)性已經(jīng)成為綠色建筑的主要特點(diǎn)。本項(xiàng)目在方案設(shè)計(jì)之初就采用模擬手段，對項(xiàng)目通風(fēng)進(jìn)行有效模擬，確定最優(yōu)的建筑布局，保證辦公區(qū)域的自然通風(fēng)。以含有展示區(qū)的三層為例（圖5），左側(cè)為辦公管理用房、展示區(qū)、休息廳、走廊等空間，其他部分為設(shè)備空間，功能空間能進(jìn)行有效自然通風(fēng)，換氣次數(shù)在2次/h以上（表1）。

5 三層1.2m 高度平面風(fēng)速矢量圖

表1 三層室內(nèi)換氣次數(shù)情況統(tǒng)計(jì)表

6 首層采光系數(shù)分布圖

經(jīng)過模擬，項(xiàng)目在過渡季工況下，各層的管理用房、設(shè)備房等可以形成有效的自然通風(fēng)，換氣次數(shù)均在2次/h以上，滿足《綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50878-2013）第5.2.3條對自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的要求。

2.3 室內(nèi)光環(huán)境的營造

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段采用PKPM-Daylight軟件進(jìn)行建模和室內(nèi)采光計(jì)算，分析室內(nèi)主要功能空間的采光效果。通過模擬優(yōu)化空間布局，使人員長期停留的地方能充分利用自然光，達(dá)到既舒適又節(jié)約源的目的。以首層為例，其采光系數(shù)分布如圖6所示。

從模擬結(jié)果可知，本項(xiàng)目的功能房間能滿足《綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50878-2013）和《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50033-2013）的要求，各功能房間均能有效自然采光（表2）。

表2 各層采光情況匯總表

2.4 高性能的建筑設(shè)備體系

本項(xiàng)目的工藝設(shè)備經(jīng)過優(yōu)化組合，選用高能效機(jī)組實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。在生活給排水方面，衛(wèi)生器具均采用1級(jí)節(jié)水器具，生活用水設(shè)置減壓閥，保證閥后壓力不大于0.2MPa；在暖通空調(diào)方面，辦公區(qū)采用能效為1級(jí)的空調(diào)機(jī)組；在電氣方面，選用高性能變壓器和節(jié)能燈具分區(qū)控制照明，以達(dá)到節(jié)能效果。

綜上所述，本項(xiàng)目的綠色建筑設(shè)計(jì)以“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”為原則，從被動(dòng)與主動(dòng)兩個(gè)層面進(jìn)行考量（圖7）。被動(dòng)層面從城市微環(huán)境、建筑形體、海綿設(shè)計(jì)及內(nèi)部空間組織、自然通風(fēng)、自然采光等方面來營造節(jié)能舒適的建筑內(nèi)外環(huán)境；主動(dòng)層面主要涉及高效的建筑設(shè)備系統(tǒng)，如節(jié)水系統(tǒng)、節(jié)能電器系統(tǒng)、綠色照明及智能控制系統(tǒng)等。

7 綠色技術(shù)體系匯總示意圖

3 以綠色運(yùn)維為目標(biāo)的智能化運(yùn)營管理

項(xiàng)目依靠“一中心+三平臺(tái)”的智慧運(yùn)維進(jìn)行多級(jí)化的調(diào)度管理（圖8），一中心是指能源站調(diào)度中心，三平臺(tái)包括能源全網(wǎng)監(jiān)測與控制平臺(tái)、客服維修與設(shè)備管理平臺(tái)、能源公司項(xiàng)目管理平臺(tái)。

8 智慧供熱平臺(tái)

4 結(jié)語

綜合能源站以綠色設(shè)計(jì)理念為導(dǎo)向，以“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”為原則，以工藝需求為基礎(chǔ)，以被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)技術(shù)為主導(dǎo)，綜合考慮區(qū)域能源系統(tǒng)，進(jìn)行全過程的服務(wù)設(shè)計(jì)。同時(shí)，能源站還以集約的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“節(jié)地與可持續(xù)發(fā)展”，以氣候適應(yīng)性的建筑造型和構(gòu)造形式實(shí)現(xiàn)“節(jié)能與能源利用”，以高效低耗的設(shè)備實(shí)現(xiàn)“節(jié)水與水資源利用”，以綠色建材的選用和綠色建造理念實(shí)現(xiàn)“節(jié)材與材料資源利用”，最終完成綠色綜合的能源站設(shè)計(jì)。

圖表來源

圖1～8，表1，2 均為作者自繪。