西北地區(qū)綠色建筑技術(shù)綜合應(yīng)用

陜西建工集團(tuán)總公司 西安 710003

1 工程背景

西安屬于暖溫帶半濕潤的季風(fēng)氣候區(qū)，年最高氣溫40 °C左右，年最低溫度零下8 °C左右，年平均降水量558～750 mm。在國內(nèi)沒有同類型綠色建筑工程可參照條件下，基于地區(qū)氣候和資源狀況，進(jìn)行技術(shù)綜合應(yīng)用和技術(shù)應(yīng)用的地域化開發(fā)，成為本項(xiàng)目研究需解決的首要難題。

在項(xiàng)目研發(fā)初期，課題組通過大量的現(xiàn)場調(diào)研，克服了當(dāng)時國內(nèi)缺乏大型綜合性綠色節(jié)能建筑的困難，提出了“開源節(jié)流”的超低能耗建筑技術(shù)路線，將“節(jié)省資源、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、以人為本”的生態(tài)理念貫穿建筑設(shè)計(jì)始終，確定將資源中心建設(shè)成集綠色、節(jié)能、生態(tài)、低碳于一體的科技示范建筑。

爾后，總結(jié)出適宜于西北地區(qū)氣候特征的綠色建筑技術(shù)策略——以建筑的體型、構(gòu)造、遮陽措施改善建筑的物理環(huán)境，利用大地資源作為冬季采暖夏季制冷的主要能耗來源，力求最大限度地降低建筑的主要能耗，并輔助其它節(jié)能技術(shù)，如節(jié)材、節(jié)電、節(jié)水、太陽能利用等技術(shù)，來減少建筑對環(huán)境的影響（圖1）。

2 某項(xiàng)目建筑集成創(chuàng)新

2.1 采用數(shù)據(jù)模擬技術(shù)設(shè)計(jì)總體布局與體型系數(shù)

合理的總體布局與體型設(shè)計(jì)是降低建筑使用過程中能源消耗的先決條件。通過DEST模擬技術(shù)，研究建立了建筑體形系數(shù)S與建筑能耗之間的關(guān)系：

圖1 西北某項(xiàng)目綠色低碳技術(shù)策略

（a）S＜0.3時，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率為0.5%～2.3%，空調(diào)增加率為0.5%～2.1%；

（b）0.3＜S＜0.4時，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率為2.6%～5.0%；空調(diào)增加率為2.3%～3.9%；

（c）0.4＜S＜0.5時，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率為5.2%～7.6%；空調(diào)增加率為4.1%～5.7%。

基于上述研究，本項(xiàng)目的整體規(guī)劃采用了南北方向布置，在滿足建筑功能需求的前提下，使得大部分房間獲得了面南的好朝向，達(dá)到采光通風(fēng)的最大化。并且盡量簡化形體，將建筑的體形系數(shù)控制在0.19，努力降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積，為建筑節(jié)能提供有利條件。

同時還通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對建筑的自然采光水平進(jìn)行了二次優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過下沉庭院實(shí)現(xiàn)地下空間自然采光率達(dá)到13%，建筑整體的自然采光滿足率達(dá)到94%，遠(yuǎn)超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 圍護(hù)系統(tǒng)

2.2.1 墻體保溫系統(tǒng)

建筑外墻保溫性能的優(yōu)劣直接影響著建筑能耗的高低。項(xiàng)目坐北朝南，南面區(qū)域?yàn)? 層和5 層，根據(jù)不同朝向，將保溫層厚度略有所不同：玻璃絲棉保溫板東西向厚120 mm、南北向厚100 mm。

2.2.2 屋面保溫系統(tǒng)

西北地區(qū)對于晝夜溫差和季節(jié)性溫差的影響都會遠(yuǎn)大于墻體。所以采用了厚120 mm的擠塑聚苯乙烯保溫板（XPS）倒置式屋面保和種植屋面。

2.2.3 門窗系統(tǒng)

窗戶作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫的薄弱環(huán)節(jié)，其能耗約占整個建筑使用能耗的40%～50%。項(xiàng)目在有外窗采用了斷熱鋁合金LOW-E中空玻璃窗。

3 設(shè)備系統(tǒng)集成創(chuàng)新

3.1 土壤源熱泵+高溫水制冷系統(tǒng)

該工程使用了技術(shù)先進(jìn)的“土壤源熱泵+冷梁末端”系統(tǒng)。熱響應(yīng)試驗(yàn)得出本工程設(shè)計(jì)參數(shù)，效率優(yōu)于常規(guī)空調(diào)45%以上。

3.2 多種形式的遮陽系統(tǒng)

3.2.1 金屬機(jī)翼遮陽系統(tǒng)

西南立面日照受高度角影響較大，采用水平金屬機(jī)翼遮陽系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)太陽高度自動調(diào)節(jié)百葉的角度，阻擋多余光線的照射，降低建筑室內(nèi)的輻射熱。夏季節(jié)約空調(diào)能耗約20%以上，冬季節(jié)約采暖能耗約15%。西立面日照強(qiáng)度較大，在有開窗的位置采用了固定遮陽系統(tǒng)。

3.2.2 燕尾型遮陽膜系統(tǒng)

中庭、前庭部分，為防止因?yàn)闇厥倚?yīng)而造成的室內(nèi)過熱，對中庭、前庭空間的空氣對流、通風(fēng)來改善環(huán)境溫度，降低能耗，并且在中庭、前庭頂部安裝了電動遮陽膜系統(tǒng)（圖2）。該系統(tǒng)可以根據(jù)太陽輻射的強(qiáng)弱以及溫度的改變自動進(jìn)行圖案變化，有效減少了太陽輻射熱，綜合提高節(jié)能效率40% 以上。遮陽膜的圖案變化并不是簡單隨意的，而是通過大量計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，得到的遮陽膜開啟面積與室內(nèi)溫度的耦合關(guān)系，形成16 個不同的圖案。

圖2 燕尾型遮陽膜

3.3 非傳統(tǒng)水源利用

項(xiàng)目屋面雨水全部收集，地面雨水處理滲透，并將處理過的雨水用于園區(qū)內(nèi)植物的灌溉、澆灑道路、洗車和景觀補(bǔ)水。建筑的雨水匯水面積28 000 m2，按西安市年均降雨量計(jì)算，年均可直接利用的雨水量達(dá)到11 657.1 m3。然而在中水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮基地周邊已經(jīng)設(shè)置了市政中水管網(wǎng)，并且建筑自身運(yùn)行所產(chǎn)生的污水量較小，獨(dú)立建設(shè)中水系統(tǒng)不夠經(jīng)濟(jì)，因此，采用并入市政管網(wǎng)的方式，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

3.4 太陽能光熱光電技術(shù)與LED智能照明系統(tǒng)

項(xiàng)目中安裝了240 塊的多晶硅太陽能光電板和面積196 m2的太陽能集熱器，用來提供公共區(qū)域和地下空間的照明用電以及全樓的熱水需求，而地下室的照明系統(tǒng)均采用節(jié)能效果更優(yōu)異的大功率LED燈具。

4 綠色施工技術(shù)集成創(chuàng)新[1,2]

在實(shí)踐過程中，建筑大量的使用了輕集料小型混凝土空心砌塊、再生混凝土、摻合料混凝土等“綠色建筑材料”來代替部分自然資源，從而達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)約資源，改善生態(tài)環(huán)境的目的。并且在內(nèi)部的裝飾裝修材料中均采用了質(zhì)量優(yōu)、環(huán)保性能佳、安裝簡便、省工省料、能再生或可降解利用的“質(zhì)優(yōu)、健康、安全、環(huán)保”材料。

此外，在現(xiàn)場施工中還采取了多種合理利用建筑廢料的方法，如方木接長再利用過程、廢舊多層板再利用方法、鋼筋下腳料的再利用等。

5 項(xiàng)目示范實(shí)施效果

研究設(shè)計(jì)的該項(xiàng)目，建成使用一年后的實(shí)際年耗電量為1 729 022 kW·h，單位面積能耗為 43.59 kW·h·m-2·a-1，而目前普通大型公共建筑單位面積能耗一般在100 kW·h·m-2·a-1左右，本項(xiàng)目每年能夠節(jié)能223.74 萬kW·h，能夠節(jié)省約268.5 萬元資金。

該項(xiàng)目建成后一年總耗水量為17 897 t，其中非傳統(tǒng)水源利用量為7 468 t，占總用水量的41.73%，即本項(xiàng)目接近一半的生活用水消耗來源為非傳統(tǒng)水源。

綠色建筑綜合技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用研究，以新技術(shù)為主導(dǎo)，針對建筑全壽命的各個環(huán)節(jié)，通過科學(xué)的整體設(shè)計(jì)，全方位體現(xiàn)“節(jié)約能源、節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、以人為本”的基本理念，創(chuàng)造高效低耗、無廢無污、健康舒適、綠色平衡的建筑環(huán)境，提高建筑的功能、效率與舒適性水平。建筑實(shí)際運(yùn)行總能耗為同類型建筑能耗的1/3，其建筑性能與指標(biāo)達(dá)到“國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流”的水平，其中多項(xiàng)單項(xiàng)技術(shù)也在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。