基于綠色建筑理念的辦公建筑節(jié)能設(shè)計分析

龍佳林

（深圳市歐博工程設(shè)計顧問有限公司，廣東深圳 518053）

0 引言

近年來，我國建筑行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，新建大量高規(guī)格辦公建筑，工程建設(shè)質(zhì)量得到明顯提升，辦公建筑使用功能愈發(fā)完善。與此同時，建筑業(yè)作為我國能耗大戶，在辦公建筑全壽命周期內(nèi)消耗大量電力能源，由此引發(fā)能耗供需矛盾加劇、全球氣候變暖、建筑總體使用成本上漲等一系列問題出現(xiàn)。在這一工程背景下，綠色建筑已成為現(xiàn)代辦公建筑的必然發(fā)展趨勢，綠色建筑節(jié)能設(shè)計也是貫徹落實可持續(xù)發(fā)展目標的重要舉措，本文就此開展研究。

1 綠色建筑理念概述

1.1 綠色建筑涵義

綠色建筑是通過改善室內(nèi)環(huán)境條件、使用可再生能源取代常規(guī)能源、縮短建筑用電設(shè)備運行時長、降低建筑總體能耗水平等方式，來建造全壽命周期內(nèi)最大限度節(jié)約資源、減少污染與保護生態(tài)環(huán)境的新一代高質(zhì)量建筑。相比于傳統(tǒng)建筑，綠色建筑對室內(nèi)環(huán)境、室外環(huán)境提出了更高要求。從室內(nèi)環(huán)境角度來看，綠色建筑強調(diào)于實現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境的穩(wěn)定平衡，在不啟動用電設(shè)備的前提下，維持恒定室內(nèi)溫度、改善日光照明條件與提高空氣質(zhì)量。從室外環(huán)境角度來看，提出綠色環(huán)境地域主義，將綠色建筑視為一類依存于周邊生態(tài)環(huán)境的次級系統(tǒng)，強調(diào)于高效運用周邊自然環(huán)境資源來降低建筑能耗水平，如調(diào)整建筑窗墻比、外窗位置、布局朝向來改善自然通風條件，使室外新鮮冷空氣吹入室內(nèi)，起到室內(nèi)降溫、通風換氣的作用[1]。

1.2 綠色建筑節(jié)能設(shè)計原則

為取得理想辦公建筑節(jié)能效果，在引入綠色建筑理念時，設(shè)計師必須嚴格遵循能耗最低、消除污染、以人為本3項設(shè)計原則。

（1）能耗最低原則。以降低建筑總體能耗水平作為一項重要目標，在選取節(jié)能技術(shù)時，重點考慮各項技術(shù)的實際節(jié)能效果，在合理范圍內(nèi)優(yōu)先選取節(jié)能效果最為顯著的技術(shù)手段。例如，在運用太陽能時，如果在建筑屋面等部位具備足夠空間與良好日照條件，優(yōu)先采取節(jié)能效果更為理想的光伏發(fā)電技術(shù)，缺乏光伏組件鋪設(shè)空間時則采取節(jié)能效果略差的太陽能集熱技術(shù)。

（2）消除污染原則。綠色建筑強調(diào)于實現(xiàn)人與自然和諧共生，采集設(shè)計措施既要明顯降低建筑能耗水平與實際用電量，同時也要保證在辦公建筑施工建造、投運使用期間不會對周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染，例如，在選擇外墻保溫材料時應(yīng)挑選具備良好保溫隔熱性能、不具備污染性的材料種類。

（3）以人為本原則。在辦公建筑節(jié)能設(shè)計期間，設(shè)計師必須滿足建設(shè)單位所提要求和建筑使用需求，不得以犧牲建筑空間舒適度、縮減建筑使用功能為代價來提高節(jié)能系數(shù)[2]。例如，在照明節(jié)能設(shè)計方面，可以采取自然采光、智能控制等手段來取得節(jié)能效果，但需要保障室內(nèi)環(huán)境照度達到使用要求。

2 基于綠色建筑理念的辦公建筑節(jié)能設(shè)計方法

2.1 自然采光

自然采光是將室外自然光引入室內(nèi)環(huán)境當中，憑借太陽光輻射熱量來提高室內(nèi)溫度，以及由自然光來維持室內(nèi)光亮環(huán)境，自然采光方式取代人工照明方式，通過減少室內(nèi)空調(diào)冷負荷量、縮短照明系統(tǒng)運行時間、減少照明燈具開啟數(shù)量與降低照明負荷的方式來取得節(jié)能效果。目前來看，在現(xiàn)代辦公建筑工程中，自然采光技術(shù)主要分為采光窗采光、反光板采光、光導(dǎo)照明3種方式，設(shè)計方法如下。

（1）采光窗采光。設(shè)計師在建筑屋面、外墻等部位設(shè)置透明玻璃窗，室外自然光線透過采光窗射入室內(nèi)環(huán)境，起到提高室內(nèi)環(huán)境平均照度、滿足晝間室內(nèi)照明需要的作用，僅需在夜間或室內(nèi)光照條件不佳時開啟部分室內(nèi)照明燈具進行補充照明即可。同時，根據(jù)室內(nèi)照明要求與平面布局情況來選擇開窗位置、采光窗類型。一般情況下，在辦公建筑中采取側(cè)窗采光形式，在雙側(cè)墻面或是單側(cè)墻面上設(shè)置普通垂直窗，縱向采光效果較差，可以搭配其他自然采光方法，或是在遠離采光窗位置長期開啟照明燈具。而在辦公建筑頂部樓層中，則采取采光效果更佳的天窗采光形式，在建筑屋頂設(shè)置采光天窗，太陽光透過采光窗照射至室內(nèi)房間的各個角落。

（2）反光板采光。相比于人工照明，自然采光期間普遍存在光線室內(nèi)分布不均的問題，房間遠離采光窗部位較為昏暗，需要長時間開啟部分照明燈具，照明系統(tǒng)能耗水平有待進一步降低。因此，設(shè)計師可以在方案中搭配采取采光窗采光、反光板采光兩項措施，在垂直采光窗外側(cè)以水平或傾斜角度來放置反光板，反光板將太陽光以特定角度折射入室內(nèi)環(huán)境，以此來提高室內(nèi)房間遠離采光窗部位的照度值。同時，反光板具備角度調(diào)節(jié)功能，使用者可以實時調(diào)節(jié)反光板角度來改變室內(nèi)自然光線分布情況。

（3）光導(dǎo)照明。此項技術(shù)多用于大縱深辦公建筑，這類建筑直接采光條件檢查，需要在建筑外立面部位安裝采光罩，穿過建筑外墻、屋頂?shù)炔课粯?gòu)造來敷設(shè)光導(dǎo)管，以及在室內(nèi)房間吊頂部位安裝漫射器，保持采光罩、光導(dǎo)管與漫射器的整體連接狀態(tài)。如此，在辦公建筑使用期間，使用采光罩來收集建筑屋頂、外立面上的自然光線，將天線經(jīng)由光導(dǎo)光傳遞到漫射器，再由漫射器對自然光線進行二次分配，均勻照射在室內(nèi)房間的各處角落，實現(xiàn)自然采光目的。

2.2 自然通風

自然通風是憑借室內(nèi)外風壓差來驅(qū)動室外新鮮空氣吹入室內(nèi)、同步排出室內(nèi)渾濁熱空氣的一項節(jié)能技術(shù)，有限降低室內(nèi)環(huán)境溫度與減少空調(diào)冷負荷量，無須啟動機械通風裝置即可實現(xiàn)室內(nèi)通風換氣目的。在應(yīng)用此項技術(shù)時，要求設(shè)計師根據(jù)當?shù)丨h(huán)境冬夏兩季主導(dǎo)風向來選擇進排風口位置。一般情況下，在建筑迎風面、室外空氣較為清潔的位置設(shè)置進風口，要求進風口下元與室外地坪間距在2.0m以上。在建筑背風面、遠離人行道和有人停留區(qū)域設(shè)置排風口，要求排風口離地高度在2.5m以上、與環(huán)境敏感目標間距超過10m。同時，根據(jù)辦公建筑室內(nèi)面積、通風換氣次數(shù)要求來計算最佳的進排風口面積值和數(shù)量[3]。

此外，考慮到建筑進排風口開設(shè)數(shù)量有限，為進一步改善建筑自然通風條件，還可采取幕墻通風、冷墻通風兩項設(shè)計措施。第一，幕墻通風是由內(nèi)外兩層玻璃板材組合單元板塊，在內(nèi)側(cè)與外側(cè)玻璃上預(yù)留開口，在冬季室外溫度較低時，吹入新風在腔體內(nèi)部停留一段時間，待空氣溫度升高后，在熱氣流作用下上升吹入建筑內(nèi)部，起到減少建筑空調(diào)熱負荷量、提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的作用。第二，冷墻通風是在外墻靠近室內(nèi)一段錯位開孔，平面采取鋸齒形狀，室外空氣通過外墻預(yù)留孔隙吹入室內(nèi)，氣流經(jīng)過墻體內(nèi)部是形成漩渦，起到降低氣流溫度的作用，適用于位于夏熱冬暖地區(qū)的辦公建筑。

2.3 建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

在辦公建筑外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，為降低建筑總體能耗水平，設(shè)計師需要從簡化立面造型、雙層幕墻、外墻保溫、外窗節(jié)能、屋面節(jié)能5方面著手，具體如下。

（1）簡化立面造型。在設(shè)計建筑外立面造型時，非必要情況下，禁止使用飄板、構(gòu)架、格柵等不具備使用價值的裝飾性材料，或是將這類材料用量控制在合理范圍內(nèi)。如此，既可以消除外裝飾材料對建筑自然采光通風條件造成的影響、取得理想節(jié)能效果，同時，還可以控制工程造價成本，減少施工材料用量，契合綠色發(fā)展觀念。

（2）雙層幕墻。這類幕墻由內(nèi)外兩層立面構(gòu)造所組成，在內(nèi)外玻璃層間隔部位設(shè)置空氣緩沖層，并在內(nèi)側(cè)幕墻下部、外側(cè)幕墻上部預(yù)留通風口。如此，在辦公建筑需要自然通風時，開啟幕墻上下部通風口，引導(dǎo)室外新鮮空氣吹入室內(nèi)環(huán)境，取代機械通風裝置。而在辦公建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量較高、不需要自然通風時，則關(guān)閉幕墻上下部通風口，幕墻內(nèi)部空氣夾層的導(dǎo)熱系數(shù)較低，有效阻隔室內(nèi)外熱量交換，起到維持室內(nèi)恒定溫度、減少建筑空調(diào)冷熱負荷量的節(jié)能作用[4]。

（3）外墻保溫?？刹扇⊥鈮ν獗亍?nèi)保溫、夾芯保溫三種方法來強化建筑外墻保溫隔熱性能。其中，外保溫是在外墻外側(cè)鋪設(shè)保溫層并粘貼固定，對保溫材料耐候性與防水性有著嚴格要求，可選用石墨改性水泥基保溫板、發(fā)泡陶瓷保溫板等作為保溫材料。內(nèi)保溫是在外墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)保溫層，有著保溫層不易脫落、損壞的優(yōu)勢，但會占用一定的室內(nèi)空間，應(yīng)用頻率較低。夾芯保溫是在內(nèi)外側(cè)墻片間隔部位設(shè)置保溫材料，選用混凝土空心砌塊作為墻片即可，在墻片中放置聚苯乙烯或玻璃棉等保溫材料。

（4）外窗節(jié)能。一方面，根據(jù)工程情況與周邊環(huán)境氣候條件，準確計算窗墻比最佳值，合理設(shè)置外窗開窗面積，窗墻比過小會影響辦公建筑自然通風效果，窗墻比過大會削弱圍護結(jié)構(gòu)整體熱工性能與增加室內(nèi)空調(diào)冷熱負荷量。另一方面，選用傳熱系數(shù)較低的外窗玻璃，如新型6mmLow-E+6mm鋼化中空玻璃的傳熱系數(shù)僅為1.62W/（m2·K），而普通12mm透明玻璃的傳熱系數(shù)高達5.02W/（m2·K）[5]。

（5）屋面節(jié)能?？蛇x擇采取保溫屋面、綠化屋面兩種構(gòu)造形式來實現(xiàn)節(jié)能目標。其中，保溫屋面是在建筑屋面通用建造結(jié)構(gòu)中，額外鋪設(shè)40mm厚度的XPS保溫板，通過強化屋面結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能來阻隔室內(nèi)熱量/冷量向外逸散。而綠化屋面是在屋面上方逐層設(shè)置石灰砂漿層、鋼筋混凝土層、泡沫混凝土保溫層、水泥砂漿層、卵石混凝土層與種植土層，在土層中栽植綠化植物，既可以為使用者提供休閑區(qū)域，還將起到吸附塵埃、阻隔室外噪音、營造微氣候、保持建筑冬暖夏涼等多重作用。

2.4 運用可再生能源

在早期辦公建筑工程中，雖然提出節(jié)能設(shè)計號召，但主要采取被動節(jié)能技術(shù)，以縮短用電設(shè)備運行時間、降低建筑總體能耗水平為目的，在建筑使用期間仍舊需要消耗一定的電力能源，并在電能遠距離輸送期間產(chǎn)生較大線損量。對此，為深挖辦公建筑節(jié)能潛力，需要應(yīng)用到主動節(jié)能技術(shù)，靈活運用周邊環(huán)境中分布的地熱能、太陽能、風能等可再生能源，由新型能源逐漸取代常規(guī)能源，打造真正意義上的“零能耗建筑”。

目前來看，現(xiàn)代辦公建筑中成熟的可再生能源利用方式共分為光伏發(fā)電、太陽能熱水與土壤源熱泵3種。

（1）光伏發(fā)電是在建筑外立面幕墻、屋面等部位大面積鋪設(shè)光伏組件，如在幕墻結(jié)構(gòu)中使用光伏玻璃組件，在屋面安裝太陽能電池板，由光伏組件持續(xù)將太陽能輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，再將電能經(jīng)由線路供給至照明燈具、空調(diào)機組等用電設(shè)備，擺脫辦公建筑對外部能源的依賴。設(shè)計師應(yīng)根據(jù)建筑用電需求、周邊建筑物分布情況、當?shù)厝照諚l件來選擇光伏建筑一體化結(jié)合形式，如光電幕墻、光電采光頂、光電遮陽。

（2）太陽能熱水技術(shù)用于無法大面積鋪設(shè)光伏組件的辦公建筑，在屋頂部位安裝太陽能集熱器與蓄水箱，集熱器持續(xù)把太陽光輻射能量轉(zhuǎn)換為熱能來提高水溫，把水溫保持在45～60℃區(qū)間內(nèi)。

（3）土壤源熱泵，安裝地源熱泵，在寒冷冬季啟動地源熱泵持續(xù)將深層土壤熱量抽取至暖通空調(diào)系統(tǒng)進行供暖，并將冷量蓄存在土層。而在炎熱夏季，則從深層土層中提取蓄存冷量進行空調(diào)制冷，再將熱量蓄存至土層。

2.5 照明節(jié)能

在照明節(jié)能設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計師需要從選用高效光源、照明智能控制兩方面著手。①在選用光源方面，優(yōu)先選用第三代LED燈來取代金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源，LED燈有著發(fā)光視覺能率高、功率因數(shù)高、無頻閃現(xiàn)象、使用壽命長、能耗低的優(yōu)勢，可以將辦公建筑照明系統(tǒng)能耗水平控制在較低程度。②在照明智能控制方面，早期照明系統(tǒng)主要采取手動控制方式，由于控制不及時，時常出現(xiàn)照明燈具長時間運行情況，產(chǎn)生不必要的能源浪費，因而需要搭建智能控制系統(tǒng)，在建筑內(nèi)部設(shè)置若干傳感器與終端控制器。在系統(tǒng)運行期間，持續(xù)探測室內(nèi)環(huán)境照度、照明燈具亮度和判斷自然采光條件，在自然采光條件較佳時關(guān)閉全部燈具或保留少數(shù)燈具開啟，在自然采光條件不佳、室內(nèi)環(huán)境昏暗時，則開啟多數(shù)照明燈具。同時，也可提前在系統(tǒng)中設(shè)定多套照明方案，使用者通過語音指令等方式控制系統(tǒng)切換會議模式等指定照明模式，或是在到達特定時間點后自動切換至對應(yīng)照明模式。

3 結(jié)語

綜上所述，為推動我國建筑行業(yè)健康發(fā)展，建立一套科學合理、內(nèi)容完善的辦公建筑節(jié)能設(shè)計體系。設(shè)計人員需要引入綠色建筑理念進行融合研究，基于綠色建筑理念來掌握辦公建筑在自然采光、自然通風、建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能、運用可再生能源、照明節(jié)能五方面的節(jié)能設(shè)計方法，遵循實際出發(fā)、因地制宜原則，結(jié)合工程情況來制定一套切實可行的辦公建筑綠色節(jié)能設(shè)計方案，向業(yè)主提供更為人性化、更加健康舒適的綠色辦公場所。