主動與被動節能技術在城市商業綜合體中的應用研究

魏留明 郭建峰 高貝貝2]

（河南建筑職業技術學院[1]， 河南省水利科學研究院巖土所[2]）

隨著經濟的發展和城鎮化進程的不斷推進，人們對生活空間的品質有了更高要求，于是能滿足人們對居住、消費、休閑、娛樂、購物等多樣性需求的城市商業綜合體應用而生。城市商業綜合體常處于城市中心地段，用地面積寸土寸金，其高能耗、高運營成本等一些突出問題越來越引起研究學者的重視[1]。國務院2019年政府工作報告指出為促進資源節約和循環利用，應推廣綠色建筑。有效降低能耗、減少運營成本，可以為城市商業綜合體的綠色健康可持續發展提供幫助。

近年來，在解決建筑能耗問題方面，我國制定了一系列政策措施，如2015年住建部發布實施了《公共建筑節能設計標準（GB 50189-2015）》，為公共建筑提高能源利用效率，降低建筑能耗提供設計依據。2017年，結合地域特點，河南省住房和城鄉建設廳發布實施了《河南省居住建筑節能設計標準(寒冷地區 65%+)（DBJ41-062-2017）》，以進一步提升居住建筑能效水平，響應國家對建筑節能、提高建筑能效的要求。雖然現行建筑節能政策中，未制定專門針對城市商業綜合體節能的標準，但我們可以從現行建筑節能標準規范中積極探索城市商業綜合體建筑節能的要點。

在《建筑工程施工質量驗收統一標準（GB50300-2013）》（以下簡稱“13版統一標準”）中，建筑節能作為十大分部工程之一被列入，其所含子分部工程包括維護系統節能、供暖空調設備及管網節能、電氣動力節能、監控系統節能和可再生能源。

根據查閱文獻資料，目前對城市商業綜合體建筑節能的研究大多集中在氣候與周圍環境、能耗設備及節能燈具選用或建筑節能設計的某一個方面等[2]傳統節能技術領域，很少將建筑節能的要素進行合理分類來研究建筑能耗問題。本文以建筑節能的子分部工程為主要研究內容，將建筑節能的要素劃分為被動節能技術和主動節能技術，以此為基礎來探討城市商業綜合體的建筑節能技術。

1 被動節能技術

被動節能技術是指通過合理建筑設計、建筑環境布置等非機械手段來實現建筑與自然環境的融合，以達到保暖遮陽、供暖降溫、節能降耗目的的技術，被動節能技術一般不采用機械設備來實現自身功能，通常包括自然通風、自然采光、太陽能利用等。結合城市商業綜合體自身特點，被動節能技術可以減少空調機械設備的使用、提高對自然風光的利用、減少電能熱能的消耗，可以創造良好的集辦公、生活、休閑、娛樂等為一體的環境[3]。由于城市商業綜合體具有很強的開放性和很復雜的內部空間，本文從城市商業綜合體外部和內部來分別探討其相應的被動節能技術。根據建筑特點，城市商業綜合體外部被動節能體現在場地、建筑體形、屋面、立面的設計和太陽能利用方面，內部被動節能體現在內部空間功能布局和內部空間組織形式上。

1.1 城市商業綜合體外部被動節能

1.1.1 場地設計節能

對城市商業綜合體來說，在場地設計中可以對入口廣場、街道空間、灰空間等進行優化設計，以提高綜合體整體運營效率、減少能源消耗；同時，通過合理設置綠植，減少地面接收熱量以及地面吸熱后產生的輻射熱量，從而降低綜合體能耗[4]。

對于我國的大多數城市來說，夏季西曬問題比較嚴重，城市商業綜合體的主要出入口不宜布置在太陽光強烈的西向，以防止熱量向室內過多滲透。如果一定要在西向布置，建議采用內退式的入口形式，內退式入口可以利用上層建筑形成有效的自遮陽，在降低廣場接收的熱量的同時也形成一個熱緩沖空間，有利于夏季防暑冬季防寒。

街道空間的熱工性能主要受其所處街道的綠化植物、景觀小品以及街道基面材料性能的影響。盡量在人行道與車行道之間布置樹冠較大的闊葉樹，減少夏季的室內得熱，從而減少空調能耗。

灰空間作為室內和室外空間的過渡地帶，它的設置不但可以改善商業環境，還能夠使室內外的熱交換環境起到緩沖作用。夏季能夠緩解暑熱，冬季則能起到一定的防寒作用，可以改善城市綜合體周圍環境的熱性能，進一步減少基面對建筑的能耗影響。

1.1.2 建筑體形節能

建筑的體形系數即建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。城市商業綜合體的體形系數設計大致可以通過建筑群布局、平面布局、圍護結構等控制。

建筑群布局應考慮采用有利于利用日照并避開冬季主導風向，使建筑具有良好的夏季自然通風，在建筑朝向的選擇中爭取良好日照、避開不利風向。

在建筑設計中，建筑平面設計是需要考慮的關鍵因素之一，在城市商業綜合體中，良好的平面布局可以實現不同功能分區，便于建筑能耗的利用和控制。

建筑物的能量損耗主要是通過圍護結構喪失的，城市商業綜合體建筑能耗與建筑本身材質的選取密切相關，比如創新型材料、保溫隔熱材料和建筑構造形式等。在節能設計中，必須確保建筑圍護結構的熱工性能參數、建筑的熱損耗量滿足設計規范要求。

1.1.3 屋面節能

建筑屋面的合理設置，對室內自然采光有重要意義，可以減少照明耗電量，增加使用者的舒適感，降低綜合體的能耗。

在屋面采光頂的設計上，應控制采光頂所占屋頂面積的比例，選用太陽輻射反射系數較大的材料，減少屋面吸收熱量，將屋頂高低錯落組合設置，設置不同形式的遮陽、降溫設施。

1.1.4 立面節能

建筑的立面在圍護結構中占比最大，并且由于內部功能的需要，城市綜合體立面較為復雜，影響到其能耗水平。

建筑與外界的能量交換大小與朝向有關，因此可以根據不同的朝向，采取不同的立面材料和形式以及構造方式，比如東西面由于熱交換較多應避免使用玻璃幕墻。并且盡量選用阻熱性較強的玻璃和雙層幕墻系統。在不同體塊交接部位和立面分割構件上設置綠化、噴淋等人工降溫裝置，豐富了立面形式的同時，減少熱量交換和滲透 [5]。

1.1.5 太陽能利用

根據《民用建筑節能條例》的規定，鼓勵在建筑節能改造中采用以太陽能為代表的新能源。

自然光導技術可以滿足不同空間對照明效果的需求，在綜合體的室內空間照明應用中，還可以結合智能控制系統與物理照明的協同作用，起到良好節能效果。

太陽能的光電轉化技術是指將光能轉化為電能的技術，城市綜合體建筑巨大的體量和外表面圍護結構可以為接受太陽能提供足夠的物質載體，通過合理利用太陽能光電技術可以為建筑帶來源源不斷的能源供給，減輕自身能耗的影響。

太陽能光熱轉換技術是指將吸收的太陽光照產生熱量，然后加熱常溫水至較高的溫度，滿足日常的生產生活熱水需要的技術，如太陽能熱水器。

1.2 城市商業綜合體內部被動節能

1.2.1 內部空間功能布局節能

城市商業綜合體建筑最顯著的特征就是將多種功能空間集約布置。不同功能對空間的形式和材料等要求不同，各部分功能規模要求也不同，所以最終的平面功能組織形式也多種多樣。城市商業綜合體在進行多功能布置時常常根據運營需求，將人流量大的核心功能區布置在建筑的端部，并靠近主要入口，形成人流集散中心。布置好大的功能單元后，將小的功能單元穿插布置其中，以便使用人群能夠在綜合體中分布合理，進而為控制能耗提供便利條件。

1.2.2 內部空間組織形式節能

城市綜合體的巨大空間需求和有限用地的矛盾導致其建筑空間需要尋求豎向發展。功能的豎向分布策略對綜合體的運營效率有重要影響。如降低層高，減少制冷負荷；豎向熱力分區，優化功能分布等。綜合體建筑內部空間布局較為復雜，除了利用煙囪效應來進行通風降溫外，還可以結合均勻分布的樓梯間來設置豎向拔風井道，豎向拔風井道可以通過界面和頂部處理來加速氣流運動，加強建筑的被動降溫效果，使建筑內蓄熱體能夠起到周期循環的作用。

2 主動節能技術

主動節能作為建筑節能技術的重要組成部分，是指通過機械設備干預手段為建筑提供采暖空調通風等舒適環境控制的建筑設備工程技術，同時也是以優化的設備系統設計、高效的設備選用實現節能的技術。主動節能技術的應用成效重點體現在供暖通風與空氣調節、給水排水、電氣節能等領域。城市商業綜合體應根據當地的氣候條件，在保證室內環境參數條件下，改善圍護結構保溫隔熱性能，提高建筑設備及系統的能源利用效率，結合可再生能源，降低建筑暖通空調、給水排水及電氣系統的能耗。

2.1 空調供暖節能

隨著城市規模化程度的不斷提高，大規模的暖通空調系統將被應用到城市建設當中，暖通空調系統的能耗總量也將不斷增大[6]。

綜合體的空調系統雖然能使室內保持舒適的環境，但也會排放大量廢熱，在這些熱源的堆積和室外高溫同時作用下，綜合體的能源負荷持續增加，這就要求在建筑設計上做好自然調節與機械調節的協調運用，盡量采用自然調節，如空調制冷輔助被動降溫、對空調分區布置、優化管道風口設置等。

2.2 給水排水節能

由于節水與節能是緊密相連的，應結合城市商業綜合體的特點，通過節約用水達到節能目的[7]。

在進行給水設計時應提前計算建筑內部需求的生活用水量，對不同用途的用水設置專用水表計量，設定合理的供水上限，防止大量的用水浪費。根據建筑的運行情況做好排水設計，在進行排水設計時利用水流自身重力組織排水線路，實現自然排水。在一定區域范圍內合理配置雨水收集裝置，充分收集和利用雨水，實現水資源的循環利用、提高水資源重復利用率。

2.3 電氣節能

對于城市綜合體而言，電能的消耗是巨大的。科學合理的電氣節能設計可以滿足城市綜合體各個方面對于電能的需求，也符合低碳生活、環保節能政策的要求[8]。

照明節能主要是通過采用高效節能照明產品、提高質量、優化照明設計等手段達到受益的目的。可通過關注用電節能措施、根據功能空間需求配置照明、充分利用自然光源實現照明節能。在電氣節能方面，充分考慮變壓器自身的阻抗消耗電能，減小變壓器的有功損耗，提高變壓器的負載率。在配電系統節能設計方面，在規劃設計前期，確定線路負荷，加強用電設備監測。

3 結語

城市商業綜合體建筑節能技術可以劃分為被動節能技術與主動節能技術。

被動節能技術包括以場地、建筑體形、屋面、立面的設計和太陽能利用方面主要內容的外部被動節能技術，以內部空間功能布局和內部空間組織形式為主要內容的內部被動節能技術。

主動節能技術包括以供暖通風與空氣調節、給水排水、電氣節能為主要內容的主動節能技術。

通過對被動與主動節能技術的研究，在城市商業綜合體的建設和運營中不僅可以積極響應政策方面有關綠色建筑的要求，還有利于城市商業綜合體在自身發展過程中找出節能側重點、節約成本、減輕企業負擔，確保持續健康良性發展。