超大型樞紐建筑節能設計與施工技術研究

孫 亮

(中鐵十九局集團有限公司 北京 100176)

1 引言

超大型樞紐在交通運輸體系具有重要的地位，它銜接多種運輸方式，輻射極大區域的客、貨運輸。隨著社會高速發展，超大型樞紐建筑越來越多。為使超大型樞紐工程達到節能降耗的標準要求，根據其空間特征、客流規律、室內環境、氣流交換條件等，研究超大型樞紐的節能設計與施工，具有非常現實的意義。

2 工程概況

重慶火車北站綜合交通樞紐位于重慶市渝北區，在原火車北站北廣場的基礎上新、擴建，集鐵路客運、公交車、長途汽車、出租車及社會車輛等多種交通設施及交通運輸方式，在原有地鐵3號線基礎上新增地鐵4號線、10號線換乘車站。建筑物長度為550 m，寬187 m，地面以上高23.7 m，地下五層，深度達-37.6 m；地上5層，為東西兩側辦公樓。建筑總面積24.8萬m2，其中地上3.9萬m2，地下20.9萬m2，地面廣場面積(含道路、綠化)11.9萬m2[1]。

3 主要節點節能設計與施工技術

3.1 建筑圍護結構的保溫隔熱性能及施工技術

利用科學、合理的圍護結構節能技術改善圍護結構的熱工性能，是建設節能建筑的目標，也是降低建筑能耗和提高建筑舒適度最有效的措施之一。

3.1.1 外墻主體部分構造類型

由外向內分別為干掛石材+防火保溫層+蒸壓加氣混凝土砌塊+抹灰層。具體見表1。

表1 外墻類型傳熱系數

3.1.2 屋面構造類型

由上至下分別為屋面細石混凝土面層+水泥砂漿保護層+硬泡聚氨酯復合保溫板+鋼筋混凝土結構層+石灰水泥砂漿抹灰層。具體見表2。

表2 屋面類型傳熱系數計算

3.1.3 外窗構造類型

外窗框采用隔熱鋁合金型材，多腔密封，窗框窗洞面積比20%。玻璃為6中透光Low-E+12A+6透明型。具體見表3。

表3 外窗傳熱系數判定及窗墻面積比

表3中對于某一朝向外窗(包括透明幕墻)的綜合傳熱系數K的計算公式為[2]：

式中，Ai為外窗面積；Ki為外窗的傳熱系數。

3.1.4 圍護結構保溫隔熱節點施工技術

3.1.4.1 地下室外墻硬泡聚氨酯保溫板施工技術

地下室外墻硬泡聚氨酯復合保溫板采用倒置法施工，即墻體+防水層+保護層+保溫層，保溫板采用專用界面劑+粘結砂漿。專用界面劑涂刷在保溫板上，根據專用界面劑使用方法要求，界面劑晾干后涂抹聚合物粘結砂漿進行墻面粘貼施工[3]。粘貼擠塑板時，板與板之間的平整度應使用橡膠錘調整，相鄰板應齊平，保證其平坦性和牢固粘結，板與板之間要擠壓密貼，接縫之間不得有粘結砂漿，如果有擠出的砂漿需擦試干凈。如因板邊不整齊造成接縫有間隙時，接縫必須用擠壓的條狀物填充，條狀物不得用砂漿或膠水粘合。

3.1.4.2 埋入式空心樓蓋施工

本項目兩側辦公樓2～4樓隔板采用新型埋入式空心樓蓋，節能取得了良好效果。埋入式空心樓蓋可以降層高增凈高[4]。該樓框架梁高度由原來的900 mm減至700 mm，而次梁高度由700 mm減至密肋梁高450 mm，使得建筑室內空間增加了200～250 mm。

(1)埋入式空心樓蓋的結構特征

①比傳統密肋樓板多了一個底板，形成箱式受力構件；上、下板具有薄膜效應，提高了樓板的承載力[5]。

②空腔構件具有一定剛度，上、下面板對肋梁側向變形有很強的約束作用。試驗表明空腔構件與密肋梁之間有很好的協同工作性能。

③空腔樓蓋的箱形結構，提高了板的整體剛度，對減少樓板(肋梁)撓度有明顯作用。

④空腔樓板無需吊頂，管線吊掛方便，不僅底板可承受1.0 kN以上的吊掛力，而且在肋梁上也可吊掛。

(2)工藝流程及操作要求

工藝流程見圖1。

圖1 埋入式空心樓蓋施工工藝流程

采用預制空腔樓蓋構件，提高了樓蓋的整體性能，并具有自重輕、撓度小、保溫隔熱、隔音、空間靈活間隔等特點。密肋梁與預制空腔構件同高，形成底面平整的空腔樓蓋，有利于水平管線特別是空調管線的安裝，提高了建筑凈空間；預制箱體空腔樓蓋施工時，采用平鋪模板方式，施工簡便；采用預制箱體空腔樓蓋的房間無需吊頂，從而可以充分利用建筑層高和降低裝飾裝修成本。和傳統梁板結構相比，可節省鋼材20% ～30%，節省混凝土40% ～50%，節省模板15% ～20%，縮短工期30%，使土建工程費用大大降低，符合節能環保的原則。

3.2 自動扶梯節能設計

自動扶梯的節能設計考慮兩種方式：第一種是在運營初期，客流量少，通過預留扶梯安裝空間，減量安裝自動扶梯臺數，當客流達到或超過預期客流時，在預留扶梯安裝空間再行安裝，實現節能；另一種方式是利用傳感器，有人乘坐時，自動扶梯以正常速度運行，無人乘坐時，自動扶梯緩行或關閉，從而達到節約能源的目的[6]17-18。

3.3 采暖通風和空氣調節節能設計

(1)主下穿通道利用自然采光窗及通道出入口進行自然通風，減少機械通風系統的開啟時間，以節約運行能耗。

(2)本工程水系統設置中央空調能源管理系統。該系統可以依據外部溫度、濕度及風速等氣候因素，通過模糊優化算法模型計算，將主機能耗、冷凍冷卻水泵能耗、冷卻塔風機能耗在各種負荷條件下三者協同找到一個能保持系統效率(系統COP)最高所對應的冷水溫度，并以此調節水泵的輸出頻率，控制水泵轉速或運行臺數，動態調節冷水流量[7]?？刂评鋮s塔風機、冷水機組運行臺數，使水溫度趨近于模糊控制器給出的最優值，保證整個空調系統動態調節冷水流量，確保整個空調系統始終處于最佳效率狀態下運行，整體能耗最低[8]。

3.4 建筑電氣節能設計

(1)供配電系統的節能

選擇節能型變壓器，大幅度降低損耗，同時占地面積小、不污染環境[9]；合理配置變壓器數量與容量，長期輕載運行的變壓器要采用小容量，長期滿載、過載運行的變壓器要采用大容量，確保變壓器處于最佳的工作狀態，減少損耗。變壓器容量選擇按負荷在65% ～75%配置。配電線路選用銅芯線；總變電所及各層配電間、層配電箱均設置在負荷中心，減少線路的長度；線路上安裝無功補償設備，采用并聯電力電容器作為無功補償裝置，優化電網的無功配置。

(2)合理選擇照明方案

由于本項目規模較大，地面廣場照明和室內大空間照明設置智能照明控制系統集中控制，可在控制室按時間、場景手動或自動控制燈具開關，有效降低能耗及運行費用。

地面廣場照明設光電自動控制器，可根據光線情況自動打開和關閉照明系統，既方便、準確又避免浪費電能。照明系統運行設置為三種模式，即正常運行模式、經濟運行模式和假日運行模式[6]23-24。

(3)地下空間光導照明節能系統

地下內部空間以中庭回廊為中心，中庭回廊尺寸為(66×66)m，正中設有4根1.5 m柱。中庭回廊正中設有管道式日光照明系統，把地面光線引入至地下20 m的旅客出站換乘大廳內，以營造通透開敞的空間效果。

地下空間光導照明節能系統由采光器、導光筒、漫射器組成，運行原理是通過采光系統采集光源，由導光筒對收集到的自然光進行折射反射，引導自然光到難以收集自然光的房間，再經過漫射器分散到房間中，從而達到電照明的效果[10]35-36。

管道式日光照明系統在運行時完全不用電，不產生熱輻射，大大降低了空調負荷。

通過運營后測算，本項目使用144套日光照明系統每年可節約35.85萬元。日光照明系統使用壽命為50年，按此計算共節約1 792.5萬元。

3.5 其它方面節能措施

(1)由于沒有土地成本，廣場綠化已成為城市中心區最廉價的綠化方式。地面廣場人流密集，對地面廣場及其周圍環境進行綠化設計，可以調節和改善氣候，調節碳和氧的平衡，削弱溫室效應，并可減少城市的空氣污染及噪聲，遮陰保溫，是改善地區的微觀氣候、改善室內環境、建設節能的有效措施。

(2)合理配備設備系統容量，以實現運營節能的目的。本項目設有建筑設備監控系統(BAS)，變配電、空調制冷、供暖通風、給水排水、電扶梯、公共區域照明及景觀照明系統、應急電源等均納入BAS系統進行控制或監視[11]。

4 結論

經測算，本建筑的單位面積全年能耗小于參照建筑的單位面積全年能耗，節能率為50.24%。

(1)本項目鐵路車站限制了建筑朝向，但在總體規劃中，根據建筑功能要求和當地的氣候參數，科學合理地確定了地下空間、軌道交通平面布置，盡量減小規模、減小埋深；設備房間布置考慮資源共享，減小規模。單體設計中，出地面的出入口、風亭等在滿足消防、環保要求的前提下合并設置。

(2)開發節能新產品，采用光導照明技術，充分利用天然光資源既解決了建筑采光問題，又可完全替代白天電力照明，節約大量能源的同時也帶來健康舒適的工作環境[10]5-7，對于節約能源、保護環境具有重要意義。

綜上所述，超大型樞紐建筑的圍護結構、電氣節能、自動扶梯、采暖與通風空調是節能設計的關鍵因素，采用先進技術與方法對這些關鍵因素進行優化與智能化，使建筑能源損耗進一步降低，可以更好地推進我國建筑業節能進程[12]。