建筑設(shè)計與綠色理念融合研究

賽 楊，劉昕曄，畢 超

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

1 綠色建筑發(fā)展概況

2006年，我國頒布實(shí)施首部《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，正式確定了“四節(jié)一環(huán)保”為核心的綠色建筑理念與評價體系。《住房城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)“十三五”規(guī)劃綱要》提出到2020年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑推廣比例超過50%的目標(biāo)[1]，部署了進(jìn)一步推進(jìn)綠色建筑發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)和重大舉措，中央財政也專門設(shè)立針對建筑節(jié)能的專項資金支持綠色建筑的發(fā)展。我國各個省市基于自身地方地理氣候特點(diǎn)及歷史文化，制定了各自的綠色建筑地方標(biāo)準(zhǔn)。隨著建筑行業(yè)的科技進(jìn)步，被動化數(shù)值模擬技術(shù)、海綿城市理念、空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、建筑能源管理平臺等高新綠色建筑技術(shù)不斷在項目中得到應(yīng)用。我國綠色建筑的發(fā)展，已經(jīng)逐步進(jìn)入到從數(shù)量提升到質(zhì)量飛躍的發(fā)展階段。

2 綠色建筑設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

在建筑的設(shè)計過程中，一般有4個關(guān)鍵點(diǎn)：首先，確定綠色建筑星級目標(biāo)。其次，對項目進(jìn)行預(yù)評估，制定綠色建筑的基本策略。再次，核查綠色建筑策略的可實(shí)施性，避免與設(shè)計本身出現(xiàn)較大偏差。最后，進(jìn)行定性和數(shù)據(jù)分析，對綠色建筑設(shè)計的完成情況進(jìn)行評估、評審。一般來說，盡早制定項目的綠色建筑策略，能更好的整合各專業(yè)設(shè)計優(yōu)勢，達(dá)到更高的綠色星級目標(biāo)。

3 綠色建筑設(shè)計實(shí)踐

3.1 項目概況

北京市某大型商務(wù)綜合體項目，總建筑面積16.4萬m2，業(yè)態(tài)包含辦公、商業(yè)。項目設(shè)計定位面向高端客戶，充分體現(xiàn)環(huán)境友好、智能科技等綠色建筑因素，考慮對未來租戶的積極影響，建筑要求達(dá)到三星級的設(shè)計目標(biāo)(圖1)。

項目早在方案階段就開始進(jìn)行綠色建筑設(shè)計探索，參照《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB50783[2]的相關(guān)要求，在原有設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，因地制宜地制定綠色建筑策略。

圖1 項目整體區(qū)位效果

3.2 場地規(guī)劃布局

3.2.1 城市融合性

加強(qiáng)場地規(guī)劃，可以有效利用城市空間，提升土地資源的利用率[3]。現(xiàn)有場地的東側(cè)和南側(cè)有寬度為35 m的市政綠地，故項目配建街區(qū)公園，與市政綠地共同形成統(tǒng)一的綠色區(qū)域空間。為提升項目的共享性和開放性，建筑場地與街區(qū)公園進(jìn)行一體化設(shè)計，建筑底層商業(yè)空間與街區(qū)公園通過景觀布局相互融合，在街區(qū)公園內(nèi)設(shè)計一條慢跑道，引導(dǎo)城市人群深入建筑內(nèi)部。城市融合性設(shè)計不僅增加了城市人群的活動場所，而且為建筑底層商業(yè)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

3.2.2 場地風(fēng)環(huán)境分析

建筑群和高大建筑物會顯著改變地面層風(fēng)場結(jié)構(gòu)[4]，因此在方案階段，對建筑布局的室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，可以改善行人區(qū)的舒適性，降低建筑能耗。經(jīng)模擬計算，項目冬季主導(dǎo)風(fēng)向風(fēng)速條件下，周邊距地1.5 m高度處最高風(fēng)速小于4.5 m/s，小于5 m/s，室外風(fēng)速放大系數(shù)最大為1.4，小于2，人行區(qū)舒適；過渡季、夏季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下，整體未出現(xiàn)漩渦區(qū)、無風(fēng)區(qū)，超過50%可開啟外窗內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5 Pa，有利于室內(nèi)自然通風(fēng)和室外的熱消散(圖2)。

3.2.3 場地交通便捷性

項目位于核心區(qū)位置，兩條主干路交匯處，已經(jīng)規(guī)劃的軌道交通，在項目西側(cè)500 m內(nèi)有公共交通站點(diǎn)，且場地外有人行道聯(lián)系公交站點(diǎn)。為了便于建筑使用者利用公共交通出行，項目在西側(cè)設(shè)人行出入口，場地內(nèi)設(shè)計便捷的步道，步道采用無障礙設(shè)計，且與市政人行通道無障礙銜接。地下一層設(shè)有自行車停車設(shè)施，出入口方便，有自行車道。機(jī)動車主要采用地下停車，規(guī)劃少數(shù)地上停車位，采用生態(tài)植物遮陰。在停車位中設(shè)置新能源專用車位，有充電設(shè)施。

圖2 冬季、過渡季距地1.5 m高度風(fēng)速云圖

3.2.4 場地生態(tài)設(shè)計

鑒于北京市目前面臨的水土流失，土壤蓄水能力不足等問題，項目結(jié)合雨水管理，充分利用原有地形地貌，對受損環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)，結(jié)合景觀采取表層土利用等生態(tài)補(bǔ)償措施，促進(jìn)場地內(nèi)生物多樣性。場地硬質(zhì)鋪裝，主要采用透水鋪裝，例如植草磚、透水瀝青、透水混凝土、透水地磚等，透水鋪裝比例57.07%。場地設(shè)下凹式綠地、植草溝等雨水調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)措施，徑流和屋面雨水匯集到植草溝內(nèi)，然后排至到其串聯(lián)的下凹式綠地等滲透設(shè)施，多余徑流通過溢水雨水管渠系統(tǒng)排至雨水調(diào)蓄池。建設(shè)的蓄水池容積580 m3，場地年徑流總控制率大于85%。科學(xué)配置綠化植物，采用喬、灌、草結(jié)合的復(fù)層綠化，種植區(qū)域覆土深度和排水能力滿足植物生長需求。

3.3 節(jié)能設(shè)計

3.3.1 被動式節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

所謂被動式節(jié)能技術(shù)是指非以機(jī)械電氣設(shè)備干預(yù)手段實(shí)現(xiàn)建筑能耗的降低[5]。建筑在設(shè)計中通過合理的朝向布局、遮陽設(shè)施、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)、自然通風(fēng)開口設(shè)計等，能實(shí)現(xiàn)建筑所需要的采暖、空調(diào)、通風(fēng)等能耗的降低。

項目建筑依照地形設(shè)計，接近南北朝向，體形簡單，體形系數(shù)為0.11，與周邊建筑之間的最小間距為70.5 m，不會影響周邊建筑的日照和視野。建筑立面主要采用玻璃幕墻的形式，為優(yōu)化建筑窗墻比，建筑局部采用淺米黃色石材縱向豎肋設(shè)計，豎肋寬度550 mm，外伸750 mm，有效降低夏季幕墻的輻射得熱。建筑綜合各朝向的平均窗墻比為0.48，玻璃幕墻透明部分的可開啟比例達(dá)到11.37%，有利于建筑在過渡季獲得良好的自然通風(fēng)，降低建筑室內(nèi)能耗。建筑幕墻采用6Low-E+12A+6雙玻中空玻璃，綜合傳熱系數(shù)1.8 W/(m2·K)。建筑整體采用外保溫體系，屋頂采用80 mm的擠塑聚苯板，外墻采用100 mm的巖棉板，所有出挑、檐口部位均采取斷橋保溫措施。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)整體高于相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)核算，降低了14.2%的供暖空調(diào)全年計算負(fù)荷。

此外，建筑合理利用可再生能源，采用集中式太陽能熱水間接供應(yīng)系統(tǒng)提供生活熱水，太陽能熱水裝置設(shè)置于塔樓屋面。

3.3.2 主動式節(jié)能設(shè)計

項目冷源采用2臺水冷離心式冷水機(jī)組和2臺水冷螺桿式冷水機(jī)組，冷源機(jī)組的能效相對于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求提高6%以上。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為變流量系統(tǒng)，空調(diào)冷凍水采用大溫差供水，根據(jù)負(fù)荷變化優(yōu)先考慮制冷機(jī)組臺數(shù)運(yùn)行，在臺數(shù)基礎(chǔ)上，螺桿機(jī)組變頻運(yùn)行，離心式冷水機(jī)組調(diào)節(jié)蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。冷卻塔采用共用集管并聯(lián)運(yùn)行，冷卻塔風(fēng)機(jī)可進(jìn)行變頻運(yùn)行。項目熱源采用市政集中供熱，熱力站位于地下三層，設(shè)置三套空調(diào)熱水板式換熱器和兩套地板采暖板式換熱器。空調(diào)采暖熱水系統(tǒng)循環(huán)泵全部采用變頻調(diào)速水泵。空調(diào)系統(tǒng)末端可調(diào)，分區(qū)合理，部分負(fù)荷運(yùn)行時有合理的控制策略，加強(qiáng)機(jī)組綜合調(diào)試力度。合理進(jìn)行排風(fēng)熱回收，過渡季節(jié)有效利用自然冷源冷卻。通過上述措施，建筑的供暖、通風(fēng)與空調(diào)能耗在公建節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再節(jié)能16.10%。

建筑燈具選用高效LED型光源，所有房間或場所的照明功率密度值不高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034[6]中的目標(biāo)值規(guī)定。采用自然采光與人工照明相結(jié)合的照明系統(tǒng)，分區(qū)、感應(yīng)智能控制。電梯采用變頻調(diào)速節(jié)能型電梯，客梯轎廂無人自動關(guān)燈，驅(qū)動器休眠技術(shù)，集中布置采用群控控制。三相配電變壓器、風(fēng)機(jī)、水泵均采用滿足國家標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能評價值要求的2級節(jié)能產(chǎn)品。采購的制冷機(jī)及商業(yè)區(qū)使用的冷庫、冷柜等設(shè)施設(shè)備需要保證使用環(huán)保型制冷劑。建設(shè)能源管理系統(tǒng)，包含設(shè)備管理、電力監(jiān)測、分項計量、節(jié)能診斷等功能，并且將建筑各區(qū)域的能耗、設(shè)備、環(huán)境情況實(shí)時地展現(xiàn)在建筑立體三維BIM模型中，幫助未來管理人員發(fā)現(xiàn)各種問題，以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行和提供優(yōu)質(zhì)物業(yè)服務(wù)的目標(biāo)。

3.4 節(jié)水設(shè)計

3.4.1 給水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)

項目水源為城市自來水，市政供水雙路，供水壓力0.18 MPa。給水系統(tǒng)分為3個區(qū)，各區(qū)生活給水保證支管供水壓力不大于0.2 MPa，系統(tǒng)超壓處設(shè)可調(diào)式減壓閥，進(jìn)行支管減壓。生活給水管道采用與管材相適應(yīng)的閥門、管件，減少管網(wǎng)漏損。設(shè)三級計量水表，場地的給水總表為一級計量，入戶、室外用水表為二級計量，按用途、付費(fèi)或管理單元設(shè)水表為三級計量，下級水表的設(shè)置覆蓋上一級水表的所有出流量，無不計量支路。

3.4.2 節(jié)水設(shè)施、設(shè)備

淋浴采用帶恒溫控制和溫度顯示調(diào)節(jié)功能的淋浴器，為有效節(jié)水采用腳踏式控制。水龍頭、坐便器、小便器、沐浴器等衛(wèi)生器具均達(dá)到1級節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)。室外綠地澆灑采用滴灌、微噴灌的節(jié)水灌溉方式，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置土壤濕度感應(yīng)器、雨天關(guān)閉裝置，可智能關(guān)閉灌溉系統(tǒng)節(jié)約用水。冷卻塔之間設(shè)平衡管，避免冷卻水泵停泵時冷卻水溢出。地下車庫、地面、道路沖洗采用節(jié)水型高壓沖洗水槍。

3.4.3 非傳統(tǒng)水源利用

項目周邊有市政中水管道，接入點(diǎn)壓力0.18 MPa。中水供水支管合理設(shè)置可調(diào)式減壓閥，保證各用水點(diǎn)供水壓力不超過0.20 MPa。為保證水質(zhì)，水箱出水管上設(shè)紫外線消毒器。項目主要采用中水系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)生間沖廁、車庫地面沖洗、道路沖洗及綠地灌溉，建筑非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到43.33%。中水管道嚴(yán)禁與生活飲用水給水管道以任何方式直接連接，包括通過倒流防止器等形式，中水管道外壁涂淺綠色標(biāo)志，水池、閥門、水表及給水栓、取水口均應(yīng)有明顯的“中水”標(biāo)志，防止誤接、誤用、誤飲。

3.5 節(jié)材設(shè)計

3.5.1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

建筑需采用符合國家較高環(huán)保要求的建筑材料和制品，采用低甲醛、苯、氨、氡和TVOC材料。建筑造型簡單，僅屋頂幕墻為裝飾性構(gòu)件，經(jīng)核算其占工程總造價的2.3‰。建筑存在樓板局部不規(guī)則。設(shè)計過程中對建筑的地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，建筑采用CFG樁地基處理，主體混凝土稀柱框架-核心筒結(jié)構(gòu)，通過對建筑的板、梁、柱、墻進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計使得邊緣構(gòu)件箍筋用量減少了20%。架空裙房采用鋼結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化設(shè)計，主要構(gòu)件的截面尺寸均有不同程度的減小，可以節(jié)省鋼材用量20%以上。

3.5.2 可循環(huán)材料利用

建筑后期以租賃為主，為減少重復(fù)裝修造成的資源浪費(fèi)，項目一層、二層商業(yè)區(qū)采用大開間形式，暫不設(shè)置隔斷，指導(dǎo)租戶采用可重復(fù)使用的隔斷墻進(jìn)行隔斷，拆除時不影響建筑結(jié)構(gòu)，且可重復(fù)利用。三層以上辦公空間，每層分割成六個辦公空間，辦公空間之間隔墻，統(tǒng)一采用一體拼裝式ASA隔墻板，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱、耐火、隔音效果好、可重復(fù)使用等性能，施工簡便快捷。建筑立面的玻璃幕墻，結(jié)構(gòu)中的鋼筋、鋼筋和石膏制品均為可循環(huán)利用材料，經(jīng)核算，項目可循環(huán)材料利用率達(dá)到10.56%。

3.5.3 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料利用

高強(qiáng)建筑材料包括400 MPa級及以上鋼筋、強(qiáng)度不低于C50的混凝土和Q345及以上鋼材。對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，建筑受力部分采用高強(qiáng)度鋼筋或高強(qiáng)度混凝土中的一種，且重量比例達(dá)標(biāo)就可以滿足綠色建筑的要求。本項目混凝土結(jié)構(gòu)部分400 MPa級受力普通鋼筋用量比例達(dá)到97.91%，鋼結(jié)構(gòu)部分中Q345及以上高強(qiáng)鋼材用量達(dá)到95.10%。

3.6 室內(nèi)環(huán)境優(yōu)化

3.6.1 室內(nèi)聲環(huán)境分析

項目臨近交通干線，場地東南側(cè)的市政綠地，可有效降低交通噪聲對辦公環(huán)境的不良影響，經(jīng)檢測場地噪聲達(dá)標(biāo)。為降低室內(nèi)噪聲影響，項目在建筑布局時，將產(chǎn)生噪聲的配電機(jī)房、水泵房、制冷機(jī)房、換熱站等均設(shè)置在地下，電梯間設(shè)置在建筑核心筒內(nèi)部，不與主要功能房間相鄰；冷熱源機(jī)房的管道設(shè)置減震吊架或減震托架；冷水機(jī)組、循環(huán)水泵、冷卻塔設(shè)置減震臺座；風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、吊裝風(fēng)柜的進(jìn)出口風(fēng)管設(shè)置消聲器，吊裝的空調(diào)風(fēng)柜、通風(fēng)機(jī)及新風(fēng)機(jī)均設(shè)有彈性吊鉤減震，隔斷固體傳聲。經(jīng)核算建筑外墻、外門窗、隔墻、樓板的空氣聲隔聲量均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；辦公地面采用網(wǎng)絡(luò)地板，上鋪20 mm厚地毯，滿足樓板撞擊聲隔聲高標(biāo)準(zhǔn)要求；建筑室內(nèi)噪聲級達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6.2 室內(nèi)光、風(fēng)環(huán)境

建筑里面主要采用玻璃幕墻的形式，辦公區(qū)域均設(shè)置在外區(qū)，并配合室內(nèi)低矮隔斷、家具等措施，使用建筑的主要功能區(qū)視野良好。室內(nèi)采用內(nèi)遮陽，避免了陽光的直射，內(nèi)墻面采用白色乳膠漆飾面，經(jīng)核算，本項目室內(nèi)工作區(qū)不會造成眩光。經(jīng)核算，建筑自然采光達(dá)標(biāo)率79.2%。以西側(cè)塔樓為例(圖3)。

圖3 建筑平面布局及自然采光效果

為改善建筑的地下采光效果，地下車庫局部安裝導(dǎo)光管采光系統(tǒng)29套。根據(jù)廠家數(shù)據(jù)，當(dāng)室外年平均照度40000lux時，一套DS53導(dǎo)管光管采光系統(tǒng)照明照度達(dá)到75lux的照明面積為57 m2。建筑地下一層采用光導(dǎo)光照明的面積為1653 m2，占建筑首層地下總面積的10.11%。

建筑設(shè)置可開啟的玻璃幕墻，同時，建筑在原有的設(shè)計基礎(chǔ)上，以部分石材縱向豎肋為風(fēng)道，建筑內(nèi)對應(yīng)位置設(shè)置通風(fēng)暗窗，強(qiáng)化室內(nèi)自然通風(fēng)的效果，經(jīng)模擬驗算，所有主要功能房間在過渡季典型工況下，平均自然通風(fēng)換氣次數(shù)不小于2次/h的面積達(dá)標(biāo)比例為100%(圖4、圖5)。

圖4 豎肋開窗平面大樣

3.6.3 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量

本項目園區(qū)周圍分布著眾多以有機(jī)類溶劑使用為特征的工業(yè)企業(yè)，VOCs是該區(qū)域的顯著特征污染物。同時鑒于北京市目前面臨的顆粒物PM2.5超標(biāo)問題，本項目委托北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院實(shí)驗進(jìn)行空氣處理系統(tǒng)的篩選研究。實(shí)驗證明，靜電除塵對PM2.5去處效果較好，對高(920 μg/m3)、中(460 μg/m3)、低(92 μg/m3)濃度的PM2.5去除效率分別為99.31%、98.39%、94.41%，在一般污染情況下使用靜電除塵器即可達(dá)到PM2.5預(yù)期效果。活性炭對于VOCs的去除效果明顯，對苯、二氯甲烷、丙酮、乙醇的去除效率均在80%以上，特別是對二氯甲烷和丙酮的去除效果可達(dá)90%以上。因此在復(fù)合型重污染情況下以活性炭作為輔助去除設(shè)備，以保障新風(fēng)空氣質(zhì)量。

圖5 立面效果

同時，建筑設(shè)室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)CO2監(jiān)測裝置，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，并與新風(fēng)聯(lián)動；設(shè)室內(nèi)污染物PM2.5、VOCs超標(biāo)報警裝置，當(dāng)室內(nèi)污染物超標(biāo)時，及時向物業(yè)管理部門報警處理；地下車庫設(shè)置與排風(fēng)聯(lián)動的CO檢測裝置。

4 結(jié)語

綠色理念下的建筑設(shè)計，要充分結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境做好建筑總體設(shè)計和優(yōu)化，并將不斷發(fā)展的綠色先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行融入。在綠色建筑設(shè)計探索的過程中，也要不斷地總結(jié)實(shí)際設(shè)計經(jīng)驗，為后續(xù)階段更好地運(yùn)用綠色設(shè)計理念進(jìn)行建筑設(shè)計奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。