談高層辦公樓節(jié)能設(shè)計(jì)

張 鵬

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 高層辦公樓主要能耗分析

1)自身定位導(dǎo)致其能耗特點(diǎn)。與同等占地面積的低層及多層辦公樓相比較，高層辦公樓其容納人數(shù)以及信息處理量都要大的多，導(dǎo)致其能耗消耗的方面也要多出許多。具體表現(xiàn)在其內(nèi)部公共電梯的運(yùn)行、室內(nèi)通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作、分區(qū)供水、分區(qū)供暖等方面都要消耗大量的能源。其中通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)、日常照明系統(tǒng)、垂直交通的動(dòng)力系統(tǒng)和辦公弱電系統(tǒng)是整個(gè)單體能耗最為主要的四部分。通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)耗能量大約占整個(gè)能耗的50%以上、日常照明系統(tǒng)大約為20%、垂直交通的動(dòng)力系統(tǒng)大約為10%、辦公弱電系統(tǒng)大約為10%，4個(gè)系統(tǒng)大約占到了整個(gè)能耗的90%以上。同時(shí)辦公建筑還有這一些自身能耗消耗的特點(diǎn)，具體包括以下幾個(gè)方面:a.日常照明系統(tǒng)能耗偏高;b.人員密度較大，導(dǎo)致其內(nèi)熱源量大;c.白天人員集中，夜晚人員稀少，導(dǎo)致其能耗高峰過(guò)于集中。2)自然采光通風(fēng)利用率低。高層辦公樓設(shè)計(jì)時(shí)常采用方、矩、圓形的形式，導(dǎo)致其辦公空間常圍繞交通核心布局。設(shè)計(jì)進(jìn)深尺度一般在8 m～12 m左右。自然光線很難滿(mǎn)足這樣進(jìn)深的采光要求，從而致使人工照明方式增加。高層辦公樓設(shè)計(jì)時(shí)由于進(jìn)深尺度較大，同時(shí)辦公樓內(nèi)部人員較多，單純的自然通風(fēng)無(wú)法滿(mǎn)足其內(nèi)部的要求。導(dǎo)致其空調(diào)系統(tǒng)使用率較高，從而急劇增大了空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。3)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱能力偏低。單體外圍結(jié)構(gòu)包含屋面、外墻、外窗以及室外懸挑部分的底、頂板等部位。高層辦公樓，它的外墻豎向面積是在這幾個(gè)方面中最大的部分，所以其外墻與外窗的保溫隔熱效果決定其整體保溫隔熱效果的決定性因素。當(dāng)下高層辦公樓外墻基層大部分采用加氣混凝土墻面，外裝飾面大體為兩種形式:其一選用干掛石材墻面配以洞窗;其二是采用大面積玻璃幕墻配以干掛鋁塑板墻面。以上兩種外墻設(shè)計(jì)符合當(dāng)下的規(guī)范規(guī)程，但是其外窗開(kāi)啟扇面積小，不能滿(mǎn)足完全自然通風(fēng)條件。使得室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致其能耗增加。采用幕墻時(shí)大部分僅用玻璃作為其保溫層，由于玻璃自身調(diào)節(jié)能力很弱，導(dǎo)致室內(nèi)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以平衡室內(nèi)溫度，急劇提高了空調(diào)系統(tǒng)耗能量。

2 高層辦公樓節(jié)能方式分析

1)提高建筑物朝向合理性。在初始設(shè)計(jì)及單體定位時(shí)，確定相對(duì)較好及合理的建筑定位以及主要朝向，使得單體可以增加光照時(shí)間、有較好的自然通風(fēng)條件。這樣一來(lái)可以盡可能的減少人工采光范圍以及機(jī)械通風(fēng)范圍。

2)提高自然光照及通風(fēng)能力。要提高建筑物自然光照及通風(fēng)能力就要盡可能減小單體總的進(jìn)深尺度。在用地范圍允許的前提下，主體標(biāo)準(zhǔn)層布置盡可能的趨向于板式布局、交叉式布局。減少筒式布局的出現(xiàn)幾率。這樣一來(lái)減少了單體的總進(jìn)深尺度，增加可以自然光照及通風(fēng)的幾率。其次，改變單體平面形式。高層辦公樓的平面形式中盡可能的出現(xiàn)內(nèi)院布局或者中庭布局的設(shè)計(jì)，可以提高其自然光照及通風(fēng)的能力。也可選用立面邊庭布置，通常手法為隔幾層設(shè)置一個(gè)或多個(gè)能與室外相連通的通體空間。在邊庭內(nèi)部可以放置盆景或者栽培一些綠色植物，這樣不僅可獲取更多的自然光照外，還可改善室內(nèi)通風(fēng)能力，創(chuàng)造垂直綠化空間，提高空氣自然過(guò)濾能力以及辦公環(huán)境。室內(nèi)自然風(fēng)大體可以通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)提高，一方面在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)單體空間的形式進(jìn)行合理規(guī)劃，盡最大可能創(chuàng)造有效的“穿堂風(fēng)”，在板式單體中有較好的體現(xiàn)。對(duì)于點(diǎn)式以及塔式建筑，需要最大化的組織兩相對(duì)垂直的墻面窗戶(hù)間的有效通風(fēng)環(huán)境。當(dāng)單體外墻面大面積選用玻璃幕墻時(shí)，其一需要盡最大可能提高開(kāi)啟扇的面積。其二利用辦公樓“間歇使用”的特點(diǎn)來(lái)提高自然通風(fēng)效率，最有效的方法就是采用雙層樓板，同時(shí)設(shè)置相變材料提高夜間的蓄冷量。其三外層幕墻采用雙層中空(或內(nèi)部填充惰性氣體)玻璃來(lái)提高保溫效果。在相對(duì)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐洲各國(guó)已經(jīng)大量的利用夜間通風(fēng)技術(shù)，我國(guó)還處在起步階段，這種技術(shù)可以大幅度的提高單體的換熱效率，應(yīng)得到有效的大面積推廣。

3)有效提高各圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效率。我國(guó)現(xiàn)有高層辦公樓外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大體可以分為實(shí)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)和透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。由于高層辦公樓外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大多不承擔(dān)主體建筑的受力，所以其材料的選擇也相對(duì)多樣化。但是結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行的節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范及地方規(guī)程來(lái)看，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的選用導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低的空心磚砌筑或加氣混凝土砌塊砌筑，同時(shí)還需要添加外墻保溫。在設(shè)計(jì)時(shí)還需要有效的控制其墻面的窗墻比，當(dāng)選用幕墻是可以適當(dāng)降低玻璃幕墻的使用范圍。當(dāng)砌體部分已經(jīng)達(dá)到節(jié)能規(guī)范及規(guī)程要求后，其他透明部分需注意以下方面:a.盡可能降低使用玻璃幕墻的范圍;b.合理控制外墻的窗墻比，盡可能的提高可開(kāi)啟扇面積;c.選用單框雙玻中空玻璃同時(shí)選用傳熱系數(shù)相對(duì)較低的框料;d.根據(jù)單體需要增設(shè)單體部分朝向的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，從而降低室內(nèi)空調(diào)的使用頻率;e.在采暖與非采暖空間處增設(shè)保溫層以降低采暖部分的熱能損耗;f.在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的降低冷、熱橋的出現(xiàn)，從而提高建筑整個(gè)單體的保溫效果。

4)有效提高垂直交通的利用效率。根據(jù)辦公建筑的使用特點(diǎn)可以合理規(guī)劃電梯的使用。例如多部電梯聯(lián)動(dòng)設(shè)置其控制系統(tǒng)使得電梯的無(wú)效運(yùn)行率盡可能的降低。在夜間可以適當(dāng)?shù)年P(guān)閉部分電梯以提高其使用效率。

5)較多的利用可再生能源。單體的供暖系統(tǒng)可以采用地源或者空氣源的提供其供熱熱源，從而降低對(duì)常規(guī)能源的使用頻率。同時(shí)在其他能源部分的使用方面，可以開(kāi)發(fā)可再生能源來(lái)減少對(duì)常規(guī)能源的使用頻率。例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等。這樣可以大幅度的降低通風(fēng)及采暖系統(tǒng)的能源消耗。

隨著我國(guó)節(jié)能設(shè)計(jì)的日趨成熟和規(guī)范，高層辦公樓在節(jié)能方面有很多的地方可以提高和改進(jìn)。這將是擺在我們?cè)O(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)新的課題，只有通過(guò)大家的共同努力才能有效的得以實(shí)現(xiàn)。本文只是就高層辦公樓的部分節(jié)能設(shè)計(jì)方面做了一些分析，可能有很多地方還沒(méi)有涉及到，希望可以通過(guò)這篇文章達(dá)到“拋磚引玉”的效果，使大家更多的重視這方面的探討和研究，從而使高層辦公樓節(jié)能設(shè)計(jì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。