綠色建筑技術(shù)在高層辦公建筑節(jié)能優(yōu)化中的應(yīng)用

莊洪亮

（天津市交通科學(xué)研究院路馳咨詢公司，天津 300000）

1 前言

利用綠色建筑技術(shù)建設(shè)高層辦公建筑的主要目的有兩種，一是為了節(jié)約能源資源，并實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的高效利用。二是方便人們的生活，提高人們的生活質(zhì)量。文章主要介紹了綠色建筑技術(shù)在現(xiàn)代高層辦公建筑中的應(yīng)用，有效解決高層辦公建筑能量消耗大的問題。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)理念概述

2.1 綠色建筑設(shè)計(jì)理念內(nèi)涵

建設(shè)高層辦公建筑實(shí)際上是一種破壞自然環(huán)境的行為，不僅會(huì)造成自然資源的大量消耗，而且還會(huì)改變自然環(huán)境，影響自然生態(tài)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。所以在設(shè)計(jì)高層辦公建筑時(shí)利用綠色建筑技術(shù)，可以將建筑施工對(duì)自然環(huán)境造成的危害降到最低。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑方案時(shí)，需要對(duì)建筑和環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行重點(diǎn)思考，將環(huán)境和建筑看作一個(gè)整體，還應(yīng)該對(duì)建筑內(nèi)部各組成部分的關(guān)系進(jìn)行全面考慮。根據(jù)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，在建筑施工時(shí)引入綠色建筑設(shè)計(jì)理念，可以對(duì)建筑能耗進(jìn)行控制，在不破壞自然環(huán)境的大前提下，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。

2.2 綠色建筑設(shè)計(jì)的原則

首先，全程監(jiān)控建筑施工的是一項(xiàng)內(nèi)容復(fù)雜的管理工作，為了在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)下建設(shè)高層辦公住宅，需要對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，選擇綠色建材，并且將綠色建筑設(shè)計(jì)理念融入到建筑施工當(dāng)中，以綠色施工為標(biāo)準(zhǔn)全程監(jiān)控施工過程，將低能耗、自然環(huán)保作為建筑方案設(shè)計(jì)、建筑材料選擇的主要標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)綠色節(jié)能環(huán)保的高層辦公建筑。

其次，對(duì)各類資源進(jìn)行綜合利用。在實(shí)際施工時(shí)需要通過運(yùn)用綠色建筑技術(shù)來整合施工的原材料，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類資源的優(yōu)化配置，不僅可以避免浪費(fèi)大量的建筑資源，而且可以將各類資源綜合運(yùn)用到建筑施工中，使建筑物的使用時(shí)間延長(zhǎng)。

最后，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)。節(jié)能設(shè)計(jì)是綠色建筑的主要體現(xiàn)，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)劃建筑的設(shè)計(jì)方案，并在進(jìn)行建筑施工時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工全過程的管控，對(duì)在施工時(shí)浪費(fèi)的能源量進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，可以充分利用自然界可再生的光、熱、風(fēng)等能源來代替建筑的采暖和制冷設(shè)備，對(duì)建筑材料、設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行合理規(guī)劃，利用全新的環(huán)保材料進(jìn)行建筑施工，建設(shè)綠色節(jié)能建筑。

3 在高層辦公建筑當(dāng)中運(yùn)用綠色建筑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能優(yōu)化

3.1 構(gòu)建建筑的信息環(huán)境模型

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化高層辦公建筑

信息環(huán)境模型當(dāng)中包含了高層辦公建筑的建筑信息和建筑施工所需要使用的材料，設(shè)計(jì)人員需要測(cè)量大樓外窗的形狀參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)來進(jìn)行高層辦公大樓信息環(huán)境模型的建設(shè)。首先，可以使用多邊形建筑平面來包圍建筑庭院，設(shè)置可以調(diào)整的平面圖形參數(shù)，通過對(duì)建筑的深度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以將辦公建筑的形態(tài)轉(zhuǎn)換為平面形態(tài)，進(jìn)而通過適當(dāng)調(diào)整高層辦公建筑的參數(shù)來對(duì)模型基的形狀進(jìn)行改變。其次，設(shè)置可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的庭院平面空間圖，對(duì)高層建筑大樓的各部分空間內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，滿足高層辦公大樓建設(shè)對(duì)于不同造型的需求。

3.1.2 柔性非標(biāo)高層辦公建筑

在收集幾何信息時(shí)，可以通過控制建筑的平面形狀和三維形狀來進(jìn)行高層辦公建筑信息環(huán)境模型的建設(shè)，此時(shí)設(shè)計(jì)人員可以采用點(diǎn)集控制形式來控制建筑的平面形狀，利用漸變控制形式來控制三維形狀。通過對(duì)建筑的中點(diǎn)和端點(diǎn)組成的點(diǎn)集進(jìn)行控制，對(duì)辦公大樓的實(shí)際平面形狀進(jìn)行控制的方法叫做平面形狀控制角度，可以單獨(dú)調(diào)整不同點(diǎn)的參數(shù)，進(jìn)而對(duì)調(diào)整和分割子點(diǎn)集進(jìn)行約束，構(gòu)建更加靈活的平面形狀結(jié)構(gòu)。三維形態(tài)控制角度就是借用梯度控制法來對(duì)建筑的每一層形態(tài)進(jìn)行傾斜和旋轉(zhuǎn)控制，對(duì)建筑層進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使建筑可以更加準(zhǔn)確地反映出環(huán)境對(duì)其造成的影響。

3.2 基礎(chǔ)節(jié)能優(yōu)化

將高層辦公建筑與綠色建筑技術(shù)融為一體，需要設(shè)計(jì)人員考慮建筑的日照情況，并對(duì)建筑物的陰影范圍進(jìn)行確認(rèn)，合理設(shè)置高層辦公建筑的樓間間距和朝陽方向，能夠讓建筑將自然季風(fēng)利用起來，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的良好通風(fēng)，降低辦公建筑內(nèi)部的噪聲，還需要分析風(fēng)環(huán)境和噪聲，降低辦公區(qū)域的噪聲污染?？梢栽诟邔愚k公建筑的外圍區(qū)域設(shè)置綠化帶，隔絕交通噪聲對(duì)內(nèi)部辦公環(huán)境造成的噪聲污染，然后在建筑區(qū)域內(nèi)設(shè)置收集雨水裝置，在后續(xù)使用收集到的雨水來對(duì)綠化帶進(jìn)行灌溉。在對(duì)高層辦公建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)框架，而且為了避免在施工時(shí)產(chǎn)生噪音污染，破壞生態(tài)環(huán)境，可以在預(yù)拌混凝土?xí)r使用商品混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑施工和裝飾作業(yè)的同步進(jìn)行。

3.3 對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)

通過分析建筑辦公大樓的分布格局可以發(fā)現(xiàn)，只要擴(kuò)大建筑辦公大樓的采光區(qū)域，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)辦公大樓的照明系統(tǒng)時(shí)，需要合理設(shè)置采光區(qū)域和工作照度，利用天然能源打造節(jié)能照明系統(tǒng)。

3.3.1 使用LED節(jié)能系統(tǒng)

在建設(shè)高層辦公大樓時(shí)，可以通過結(jié)合智能控制和紅外感應(yīng)設(shè)備，打造LED燈具節(jié)能系統(tǒng)，能夠降低高層辦公建筑的能源消耗量。通過測(cè)量該建筑的現(xiàn)場(chǎng)用電可以發(fā)現(xiàn)，相比其他照明系統(tǒng)，LED燈具節(jié)能系統(tǒng)每年的用電量可以降低25%左右，與國家節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求相匹配，所以可以應(yīng)用到高層辦公建筑的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

3.3.2 利用自然采光，降低電量的消耗

第一，設(shè)置水載體光煤系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)高層辦公建筑時(shí)，可以在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域設(shè)置水池，不僅可以對(duì)辦公大樓的環(huán)境進(jìn)行裝飾和美化，還可以通過水池將陽光引入到地下空間，通過對(duì)設(shè)備層采光玻璃進(jìn)行設(shè)置，還可以通過水池將陽光引入到地下二層區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的最大程度利用。

第二，設(shè)置光導(dǎo)照明系統(tǒng)。設(shè)計(jì)師可以組合設(shè)計(jì)采光器和導(dǎo)光管等形成光導(dǎo)照明系統(tǒng)，符合綠色設(shè)計(jì)的理念要求。設(shè)計(jì)師可以通過設(shè)計(jì)光導(dǎo)照明系統(tǒng)向高層建筑的地下空間送入陽光，對(duì)地下空間的照明問題進(jìn)行處理，滿足地下室的照明要求。

第三，安裝反光板系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)反光板系統(tǒng)時(shí)，核心主題就是需要向室內(nèi)引入自然光，使用自然光照亮室內(nèi)空間，這與辦公建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要求相符合。利用反光板系統(tǒng)可以對(duì)室外的多余照明進(jìn)行控制，并與淺色頂棚相結(jié)合，向辦公區(qū)域的縱深空間反射陽光，利用自然光照亮室內(nèi)區(qū)域，符合照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的根本要求。

3.4 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)高層辦公建筑的通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要考慮高層辦公建筑的舒適性要求，并且分析建筑所在地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)來設(shè)置節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)，確保高層辦公建筑內(nèi)部的舒適性，降低空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷和高層辦公建筑的空調(diào)消耗。

3.4.1 根據(jù)立面風(fēng)壓的分布情況來對(duì)開窗方式進(jìn)行選擇

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的精細(xì)化處理，設(shè)計(jì)師需要了解室外的風(fēng)場(chǎng)規(guī)律和風(fēng)場(chǎng)的分布位置，以風(fēng)壓分布情況為基礎(chǔ)，對(duì)不同樓層的開窗位置和形式進(jìn)行合理設(shè)置，擴(kuò)大外窗的可開啟面積，增大窗口的通風(fēng)效果。

3.4.2 “呂字形”平面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員需要提前對(duì)高層建筑場(chǎng)地內(nèi)的自然通風(fēng)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究，了解該地區(qū)的風(fēng)向，確定高層建筑外部的壓力場(chǎng)分布情況，然后根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)來進(jìn)行開窗設(shè)計(jì)，使建筑外的壓力場(chǎng)能夠兩兩相對(duì)，可以在夏季利用自然風(fēng)帶走室內(nèi)的熱量，降低空調(diào)的制冷負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.5 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

3.5.1 雙層智能型幕墻

雙層幕墻是根據(jù)“玻璃溫室”建設(shè)所提出的一類新型設(shè)計(jì)概念，引入雙層智能型幕墻建設(shè)建筑外圍結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高層辦公建筑環(huán)境舒適的改善，使傳統(tǒng)環(huán)境舒適度有限的局限性被打破。雙層智能幕墻和中空玻璃鋁合金窗搭配設(shè)計(jì)，既可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的節(jié)能性要求，而且還可以避免在靠窗區(qū)域辦公由于陽光直射而帶來的眩光和高輻射，保證辦公人員的舒適度。

3.5.2 外墻復(fù)合系統(tǒng)

在對(duì)辦公大樓的外墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用多種措施來進(jìn)行保溫隔熱設(shè)計(jì)，比如可以使用鋁板加聚苯板來設(shè)置保溫墻，或者是使用聚氨酯泡沫噴涂材料復(fù)合墻板來建設(shè)保溫外墻，設(shè)計(jì)外墻復(fù)合系統(tǒng)能夠使外墻的傳熱系數(shù)降低，而且在冬季維持室內(nèi)溫度，在夏季時(shí)避免室外熱量傳入室內(nèi)。

3.6 可再生能源的利用

3.6.1 太陽能光伏建筑一體化技術(shù)

技術(shù)人員需要事先對(duì)辦公樓接受的日照強(qiáng)度進(jìn)行仔細(xì)分析，根據(jù)分析結(jié)果在辦公樓的頂層位置設(shè)置太陽能光板，將太陽能光幕墻安裝在辦公樓雙通道幕墻的外側(cè)位置，并在辦公樓的東側(cè)和南側(cè)安裝光電幕墻，建設(shè)太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)辦公大樓時(shí)運(yùn)用太陽能光伏建筑一體化技術(shù)，可以使太陽能發(fā)電板的運(yùn)轉(zhuǎn)效率有所提升，使用太陽能發(fā)電降低電量的消耗。

3.6.2 風(fēng)渦輪發(fā)電機(jī)和風(fēng)能發(fā)電

建筑的樓層高度越高，風(fēng)速和溫度參數(shù)就越高，而太陽輻射是不會(huì)有變化的，所以為了節(jié)省建筑的電源消耗，可以使用風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。利用風(fēng)能發(fā)電來支撐建筑內(nèi)的用電，可以將電源的消耗降低20%，是一種可以廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的綠色建筑技術(shù)。

3.7 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

為了降低空調(diào)的運(yùn)行負(fù)荷，減少因?yàn)殚L(zhǎng)期運(yùn)行空調(diào)而造成的能量浪費(fèi)，需要在標(biāo)準(zhǔn)辦公層建設(shè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，建設(shè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可以降低能耗，方便辦公人員控制，而且在進(jìn)行送風(fēng)時(shí)，可以自動(dòng)感應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化情況，并以此為依據(jù)對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，可以減低風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能耗。

3.7.1 修正新風(fēng)量

為了控制全空氣系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的新風(fēng)能耗，需要對(duì)辦公樓層不同區(qū)域的空調(diào)新風(fēng)量進(jìn)行修正，滿足樓層對(duì)新風(fēng)量的要求，對(duì)全空氣系統(tǒng)的新風(fēng)比進(jìn)行控制，控制空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。在修正空調(diào)的新風(fēng)量之后，全空氣系統(tǒng)的新風(fēng)保持在2500 m3/h。

3.7.2 回收排風(fēng)熱

空調(diào)在工作時(shí)會(huì)排出大量的能量，如果將排風(fēng)熱回收再利用，則可以實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，并且可以保護(hù)環(huán)境。利用空氣熱回收設(shè)備可以對(duì)排風(fēng)和新風(fēng)進(jìn)行集中熱處理，將空調(diào)在夏季和冬季產(chǎn)生的冷量和熱量回收起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的再利用。在回收空調(diào)的排風(fēng)熱時(shí)，需要將排風(fēng)和新風(fēng)集中引入到樓層的固定區(qū)域，這就需要在樓層設(shè)置進(jìn)行熱交換的管道，減小了樓層的可使用面積，如果在辦公區(qū)域直接進(jìn)行熱交換，則會(huì)污染環(huán)境衛(wèi)生，所以為了對(duì)這一問題進(jìn)行處理，就需要降低熱回收的效率。現(xiàn)如今，技術(shù)人員在進(jìn)行排風(fēng)熱回收處理時(shí)，會(huì)使用液體循環(huán)式回收法，操作更加方便靈活，而且能夠在進(jìn)行能量回收時(shí)進(jìn)行新風(fēng)預(yù)冷或預(yù)熱處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.8 立體綠化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于建筑的頂部會(huì)直接受到太陽的輻射，熱量會(huì)進(jìn)入到建筑內(nèi)部，所以，為了避免因?yàn)槭覂?nèi)溫度過熱開空調(diào)降溫而產(chǎn)生的能量消耗，可以在屋頂部位鋪設(shè)隔熱板，隔絕外界太陽光的直接輻射，也可以在頂部設(shè)置通風(fēng)層，或者是采用植物隔熱法來降低太陽輻射。為此，在建設(shè)高層辦公建筑時(shí)，可以在上層搭建一個(gè)開放的共享綠化區(qū)域，方便辦公人員在綠化開放空間里休息交流。另外，對(duì)高層辦公建筑的綠化系統(tǒng)進(jìn)行多層次立體設(shè)計(jì)，可以降低熱島效應(yīng)對(duì)建筑的影響。

4 結(jié)論

在進(jìn)行高層辦公建筑施工時(shí)引入綠色建筑技術(shù)，應(yīng)該將節(jié)能理念貫徹建筑施工的整個(gè)過程，從方案設(shè)計(jì)一直到竣工驗(yàn)收，不同技術(shù)的應(yīng)用方式存在差異，最終展現(xiàn)出的形態(tài)也有所不同。所以，應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和模擬分析來對(duì)綠色建筑技術(shù)在高層辦公建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探究，進(jìn)而創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建筑與技術(shù)的完美融合。最后，要求相關(guān)工作人員應(yīng)該遵循綠色設(shè)計(jì)理念來對(duì)建筑生命全周期進(jìn)行管理，并堅(jiān)持節(jié)能設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)施工，這樣才能夠持續(xù)發(fā)展綠色建筑，更好地運(yùn)用綠色建筑技術(shù)。