低能耗綠色建筑技術在某辦公樓中的應用

魏曙光李龍李寶業胡振強

1山東同圓設計集團有限公司

2東營市黃河河口管理局

低能耗綠色建筑技術在某辦公樓中的應用

魏曙光1李龍2李寶業2胡振強2

1山東同圓設計集團有限公司

2東營市黃河河口管理局

本文介紹了濟西濕地某辦公樓為達到低能耗、低排放、綠色循環利用能源、減小對周邊自然環境不利影響的設計目標，在設計過程中采取了各項措施，如：主動被動措施降低空調能耗、盡可能使用各種可再生能源、固體、液體廢棄物經過集中收集處理后部分循環利用、科學分析優化設計為建筑室內提供舒適的熱、風及光環境等，經過模擬分析表明達到了設計目標，為以后類似項目的設計提供一些設計經驗。

綠色建筑 低能耗 低排放 可再生能源利用

濟西濕地辦公樓地處濟西國家濕地公園內，濕地公園位于濟南市西部，面積約33.4km2，是濟南市城市建設工程重點推進項目，周圍生態環境良好，自然環境優美。濟西濕地辦公樓，總用地面積2.3km2，分三期建成，本次設計為一期，地上2+1層，地下1層，建筑高度10.25m，總建筑面積5953.40m2，主要功能為辦公、會議、餐飲、宿舍等?，F該區域內無市政給水、排水、熱力、燃氣管網，僅有電能可提供穩定供給。根據項目背景情況及建設單位要求，本項目需要實現以下設計目標：低能耗，運營維護成本低；低排放，減小對周邊自然環境的不利影響；綠色循環利用能源；保證辦公和生活的較高舒適度。

1 項目措施

本項目在設計過程中為實現以上的設計目標采用了以下的設計措施：

1）低能耗：主動被動措施降低建筑夏季制冷、冬季采暖的能源消耗。

2）再生能源利用：盡可能使用可再生能源來滿足部分能源需求。

3）綠色循環利用資源：固體、液體廢棄物經過集中收集處理后，部分循環利用，達到降低廢氣物排放的目的。

4）提高舒適度：經過科學分析優化設計，為建筑室內提供舒適的熱環境、風環境以及光環境。

整個項目措施流程如圖1，所采用的綠色節能降耗技術匯總如圖2。

圖1 項目措施流程圖

圖2 本工程綠色節能降耗技術匯總

2 降低空調能耗措施

降低空調能耗，主要從“被動”和“主動”兩方面來解決，即：“被動優先降低空調能耗”、“主動優化提高能源利用效率”。

2.1 被動措施

降低空調能耗被動措施需要在建筑方案設計階段，在建筑物的位置布局、建筑設計方案、室內開窗位置、綜合遮陽、墻體保溫等方面綜合設計。

2.1.1 保證室外良好風環境

建筑室內微環境受風環境影響很大[1]，合理規劃室外布局，提高建筑周邊風環境是創造健康、舒適生活環境的重要保證；同時，良好的風環境既能減少自然環境對人的傷害，又能有效降低建筑能耗，實現資源的節約型可持續型利用。在本次設計中室外風環境的要求為：室外風環境要做到冬季防風，夏季促進室內自然通風。在方案設計階段進行了充分考慮，利用數值模擬技術，模擬室外風環境場，調整建筑模型，在建筑中增加兩個庭院的設計為夏季建筑的自然通風創造了有利條件。

如圖3所示為建筑在夏季的室外風環境情況，由分析結果可以看出：在夏季建筑室外風環境良好，沒有對人活動區域產生不利影響，1.5m高度處的風速均小于5m/s，且場地內風壓分布均勻，無明顯滯風區，前后壓差大于1.5Pa，有利于室內自然通風的形成。

圖3 夏季室外風環境數值模擬圖

如圖4所示為建筑在冬季的室外風環境情況，由分析結果可以看出：北側比較完整規則的界面并沒有使冬季冷風進入兩個庭院，在1.5m高度人行活動區域的風速較小，建筑迎風面前后壓差不大于5Pa，在環境中沒有形成大風環境，冬季風環境良好，有利于建筑冬季保溫，減少冬季采暖能耗。

圖4 冬季室外風環境數值模擬圖

2.1.2 增加建筑自然通風

由于本建筑體量較小，進深不大，可采用窗戶的形式對室內進行自然通風。根據室內通風模擬報告的結果對建筑開窗位置、大小、數量進行優化設計。

采用數值模擬技術對室內通風分析顯示（圖5），建筑大部分房間夏季自然通風效果較好，可在一定程度減少空調的使用，同時室內空氣質量品質較高。只有少量東側房間通風不暢，原因在于氣流需先經過走廊再進入室內，在室內沒有直接形成穿堂風。這些房間為了增強室內通風效果，將進風口設置在較低的位置，房間對側外墻增設高窗作為出風口，利用煙囪效應加強室內通風。

圖5 自然通風數值模擬圖

2.1.3 增加綜合遮陽措施

窗口遮陽是改善建筑夏季室內熱環境、降低空調能耗的一個重要措施[2]，但是太陽輻射對冬季室內熱環境是非常有利的，因此，遮陽設計要平衡冬、夏季對太陽輻射的不同需求。本工程外立面玻璃幕墻區域較多，主要采用了三種高效的外遮陽方式，分別為建筑自遮陽、南向水平遮陽以及東西向垂直遮陽。同時，在南向展廳和建筑東西向外遮陽上采用可調節遮陽葉片，在冬季設置適宜的角度，以不阻擋冬季窗戶獲得太陽輻射。

由建筑窗洞口得熱情況分析可以看出（圖6～圖7），通過綜合遮陽方式地使用，建筑中使用這樣的部位外圍護結構在夏季得熱顯著下降，據粗略計算結果顯示，使用遮陽后建筑圍護結構得熱降低約40%，從而使得夏季空調制冷能耗可顯著降低。

圖6 不采用遮陽措施時建筑圍護結構得熱分析

圖7 采用遮陽措施時建筑圍護結構得熱分析

2.1.4 加強外圍護結構的保溫隔熱性能

本項目的建筑外圍護結構主要包括屋面、墻體、樓板、窗戶以及玻璃幕墻。采用的保溫隔熱措施有：自保溫砌塊墻、外墻增加輕型隔熱表皮、雙層玻璃幕墻、Low-E中空保溫玻璃等。通過這些保溫隔熱措施，將會顯著降低空調能耗。

2.1.5 夜間通風技術

夜間通風技術配合蓄冷蓄熱圍護結構使用[3]。夏季白天室外溫度較高，夜間往往比白天低很多，可以在夜間加大通風量，利用建筑圍護結構夜間通風的蓄冷，白天建筑圍護結構將蓄冷釋放，滿足建筑一部分供冷需求。通風量越大，帶走熱量越多，降溫效果越好。在建筑屋面開設天窗，輔助夜間通風技術。夜間通風技術完全是被動措施，不會額外增加建筑能耗。

2.2 主動措施

1）空調冷熱源采用地埋管地源熱泵系統。本工程周圍有大量綠化用地，三期總建筑面積僅有15000m2、對周圍自然環境要求較高、要求能源消耗低等，非常適合采用地埋管地源熱泵系統。本工程選用兩臺制冷量為650kW制冷熱泵機組，設于地下熱泵機房內，室外埋管面積3500m2，均埋設在室外綠化用地內。通過采用此系統形式，能夠大幅降低空調系統運行能耗。

2）采用蓄冷蓄熱地板。樓板蓄冷蓄熱技術，是一種較好的降低空調系統運行能耗的方法，有兩種做法：在地板中加入相變材料或直接使用熱惰性較大的混凝土樓板。冬季，白天吸收太陽輻射熱量并儲存在地板中，在太陽降落后向室內釋放熱量，從而增加室內溫度減少供暖能耗；夏季，白天太陽輻射熱量被阻隔在墻體中而不進入室內，到了夜晚，與夜間通風相結合，利用建筑圍護結構夜間通風的蓄冷，白天建筑圍護結構將蓄冷釋放，滿足建筑一部分供冷需求。不過由于造價等各方面原因，建設單位最終未采用此項技術。

3）末端設計高效風機盤管及新風換氣系統?？照{末端采用風機盤管加新風系統。根據冷熱負荷計算，合理選擇室內風機盤管，采用新風換氣系統節能降耗，空調水系統設靜態及動態水力平衡閥保證水力系統平衡。

3 可再生能源利用

本項目中有客房和餐飲區，需要生活熱水供應。本項目所有生活熱水，均由集中式屋頂太陽能熱水系統提供，充分利用可再生能源，節能降耗。太陽能集熱板設于南向部分坡屋頂處，實現太陽能集熱板與屋面一體化設計（圖8），與屋面完美結合，太陽能熱水機房設于地下。

圖8 太陽能集熱板示意位置

4 降低固體、液體廢棄物物排放措施（循環利用）

本項目是集合科研辦公、餐飲、宿舍為一體的綜合辦公建筑，建筑的廢棄物排放主要來源于普通生活垃圾、餐飲垃圾以及生活污水。滿足建筑低排放要求應遵循的兩個原則是：加強廢物的循環利用和選用合理經濟的廢物處理措施。

1）降低液體廢棄物排放措施。本項目周圍無市政污水管網，本項目設中水站一個，所有污水均經管道收集后排至中水站，處理后中水全部回用?；赜梅绞街饕ǎ盒l生間沖廁、沖洗室外道路、室外綠化灌溉、中水洗車等。由于室外綠化面積較大，可滿足所有中水均回用的要求。

2）降低固體廢棄物排放措施——厭氧處理生產沼氣。本項目中有餐飲功能，需消耗燃氣能源，本項目周圍無市政燃氣管網。餐廚垃圾和部分生活垃圾是很好的沼氣產生源[4]，本項目設計沼氣生產處理設備一套，餐廚垃圾和部分生活垃圾投入沼氣發生器，經厭氧處理后，產生沼氣，設計連接廚房沼氣管線，代替部分燃氣為餐廚提供能源。本項目周圍有農業養殖示范基地一個，有牛、羊、鹿等養殖項目，牲畜糞便是最好的沼氣產氣源，設計中采用污水管道將牲畜糞便排至沼氣發生器，補充生產沼氣物來源。通過此措施，既減少固體廢棄物排放，又補充了部分廚房炊事用氣的來源。

5 總結

本項目采用了多項綠色節能降耗技術和方法，通過這些技術地使用，能夠達到低能耗、低排放、綠色循環利用的項目目標，是一個值得推廣的案例，期待能為后來設計者提供一些幫助。

[1]王旭.建筑室外風環境和室內通風的試驗和數值模擬研究[D].杭州:浙江大學,2011

[2]任敏.建筑外遮陽與建筑設計[D].南京:東南大學,2007

[3]周軍莉,彭暢,胡艷.夜間通風實驗及計算研究[J].湖南大學學報(自然科學版),2012,(5):45-49

[4]張存勝.厭氧發酵技術處理餐廚垃圾產沼氣的研究[D].北京:北京化工大學,2013

Applic a tion of Low Ene rgy Cons um ption, Gre e n Building in the Offic e Building

WEI Shu-guang1,LI Long2,LI Bao-ye2,HU Zhen-qiang2
1 Shan Dong Tong Yuan Design Group Co.,Ltd.
2 The Yellow River Estuary Administration

This paper introduces an office building of the wetland in order to achieve low consumption,low emission, green recycling energy,reduce adverse impacts on the surrounding natural environment,in the design process has taken various measures,such as:active and passive measures to reduce the energy consumption of air-conditioning,the use of various renewable energy,solid and liquid waste after concentrated collecting the treated part of recycling,scientific analysis and optimum design for comfortable indoor environment,through the simulation analysis reaches the design goal,provide some experience for the similar project design.

green building,low energy consumption,low emissions,use of renewable energy

1003-0344（2015）03-080-4

2014-2-24

魏曙光（1982～），碩士，工程師；濟南市高新區舜華路2000號舜泰廣場11號樓四樓（250101）；E-mail:weisg1982@163.com