綠色建筑技術在某金融建筑群塔項目的應用

丁穎

上海竹園工程管理有限公司

0 工程概況

上海國際金融中心項目選址于中國上海浦東新區竹園公園商貿區，地塊周邊地界為竹林路以東、張家浜河以北、楊高南路以西、世紀大道以南范圍內區域。規劃用地由上海證券交易所、中國金融期貨交易所股份有限公司、中國證券登記結算有限責任公司三塊相鄰用地（A-1、A-2、A-3）組成，項目占地總面積約55290 m2，總建筑面積513123 m2，擬建為由三幢金融辦公樓、公共能源中心及對公眾開放的金融劇院、證券博物館、投資者教育中心等共同組成的超高層建筑群塔綜合體，如圖1 所示。本著“統一規劃、統一設計、統一建造、統一管理”的原則，三家業主單位共同委托上海竹園工程管理有限公司負責項目的建設與管理[1]。

本項目作為上海市重大工程，積極響應國家和上海市政府可持續發展戰略、推動建筑節能減排、加快推動綠色建筑快速發展的號召，建設高端的集功能性、標志性、整體性于一體的金融辦公建筑，作為科技與人文、金融與發展的集中體現，實現“以人為本、綠色環保、智能高效”的最佳實踐，打造成為資源集約和能源節約的綠色建筑示范項目。

圖1 上海國際金融中心效果圖

1 綠色建筑關鍵技術

在綜合考慮三家業主的功能需求基礎上，公司針對超高層金融建筑群塔的設計，施工和運營的特點，圍繞《綠色建筑評價標準》[2]中“節地與室外環境Land、節能與能源利用Energy、節水與水資源利用Water、節材與材料資源利用Material、室內環境質量Indoor、運營管理Operation”，確定了總體的綠色建筑技術方案。通過專項技術攻關，提出了“能源利用高效化、室內環境最優化、資源回收多元化、運營管理智能化”的綜合解決方案，并做到綠色施工全過程控制。

2 場地環境綜合評估

在用地規劃和方案設計階段，委托顧問公司進行了詳細的環境評估，重點研究周邊的室外風環境、噪聲環境，以及日照分析、土地集約利用等。

2.1 室外風環境

項目位于陸家嘴金融城毗鄰世紀公園，一側是世紀大道建筑高聳的密集辦公區，另一側是廣場、公園、藝術中心等開闊的文化休閑區，是比較特殊的人行風環境位置。為此，委托加拿大Rowan Williams Davies&Irwin Inc.在建筑群塔模型上進行風洞試驗，并開展行人風環境試驗研究，以評估工程周邊的風舒適性和安全性，如圖2 所示。

通過模擬優化，在塔樓入口處設置6 處凹形的入口，結合景觀設計長青喬木和遮風屏體，有效減緩建筑塔群和空中廊橋下洗風帶來的加速氣流，成功的將冬季和夏季人行區域的風速控制在19 km/h 的舒適級范圍。

圖2 風洞試驗模型

2.2 噪聲環境

金融劇院、證券博物館作為建筑群塔的一部分，對于噪聲環境要求高，尤其是減少空調系統運行時產生的連續性噪聲。劇院的觀眾廳，舞臺和樂池的環境噪音控制標準為NR-25，在聲學顧問的指導下，空調系統進行了消聲設計。觀眾廳采用置換通風系統，空調箱將處理后的空氣通過風管送入座椅下的靜壓箱內，每個座椅下均設有一個送風口。回風口設在側墻上或吊頂上，通過回風管集中接到空調機房。舞臺區域采用定風量全空氣空調系統，送風管設于側臺，采用側送及下送風的方式，風管支管上設置電動閥，根據需要調節送風口。選用低噪音、高效率的各類設備，風機、空調箱等設備使用高效率電動機，設計風機位置點接近于最高效率點，減小機組所產生的噪音。根據噪音頻率，送風主管、回風主管均采用酚醛復合風管，并設置消聲靜壓箱（箱外貼阻尼隔聲氈）、復合式消聲器、消聲彎頭。空調機組上增加變頻器。

3 能源利用與降低能耗

3.1 集中布置冷熱源系統

整個基地設一個集中能源中心，包含二個獨立的冷凍站[3]。1 號冷凍站以數據中心的運行需求為主，其負荷特性為全年需要供冷，采用一套水冷型集中供冷系統同時為四個區域數據中心服務，同時，四個區域各設有一組獨立的風冷冷水機組作為第二套供冷系統。水冷供冷系統和風冷供冷系統均按數據中心100%負荷進行配置。2 號冷凍站以三幢塔樓辦公需求為主，其負荷特性為白天系統運行，夜間系統停止運行，設有10 臺制冷量為3700 kW 的離心式冷水機組（COP6.6），其中4 臺為雙工況離心式制冷機組，夜間進行制冰，日間進行正常供冷。采用外融冰方式，利用蓄冰槽蓄冰，冷水供回水溫度為5.5～13.5 ℃，設計為蓄冰裝置優先運行，以充分發揮冰蓄冷節約運行費用的優勢。

設置一個中央供熱站為整個基地供應空調、采暖熱水。中央供熱站總容量為18,200 kW，采用6 臺制熱量為2800 kW 的燃氣真空熱水鍋爐（效率90%）制備熱水，其中一臺為燃氣/燃油鍋爐，當為數據中心柴油發電機服務的儲油罐中儲存的柴油需要更換時，該鍋爐使用柴油作為燃料。在為數據中心服務的1 號冷凍站設有雙冷凝器熱回收式冷凍機，以回收數據中心產生的熱量，為地下室提供空調熱水，并為廚房熱水提供預熱。

3.2 變風量地板送風系統

地板送風系統是利用結構樓板與架空地板之間的空間做為靜壓箱，把經處理的空氣送入，通過地板風口在傳送到室內空調使用區域內，與室內空氣發生熱交換后，由吊頂上的回風口回至空調箱內，如圖3 所示。辦公室樓層全部采用地板下送風系統，由設置在每層空調機房內的立式空調箱，將處理到18 ℃的空氣，通過高速風道送入450 mm 高的架空地板靜壓箱內，最后由內區散流器和外區百葉風口送入室內，高速風道每隔一跨設有一個區域變風量控制閥。

圖3 地板送風系統原理圖

這種送風系統的優勢在于：能節約大量空間、節省能源、特別在冬季，能產生極佳的供熱性能，供熱均勻。空氣相對傳統頂送風系統更清新、更流暢。劣勢在于：噪音過大，后期通過多次試驗定制開發專用風機系統成功將噪音降低至50 dB(A)以下。地板靜壓箱漏風量難以控制，研究提出了酚醛復合風管單片拼裝式加工工藝，并研發了大型漏風量儀，創新形成一套大型密閉空間的漏點檢測技術和封堵技術[4]。

3.3 幕墻節能技術

項目采用高性能幕墻系統，結合了先進的幕墻材料和智能表皮設計概念，該系統對可以充分利用太陽能和自然通風，以達到健康舒適的室內環境，同時節省了能耗，如圖4 所示。通過建筑外窗所得的熱量中是造成室內空調冷負荷的主要組成部分，為降低太陽輻射對建筑能耗的影響，經過建筑師與各專業工程師綜合研究，最終采用的遮陽措施為：①垂直V 形立框減少熱輻射。②固定的金屬鰭板進行垂直遮陽。③主要立面使用電動遮陽簾。④在保證景觀的同時利用塔樓之間的位置關系來遮陽。

圖4 中庭幕墻系統效果圖

3.4 屋頂綠化

本項目結合塔樓和空中廊橋設置了開放式屋頂花園，綠化面積達到2272 m2，采用不銹鋼擋墻種植池與木地板相結合的方式，密植小喬木、灌木和地被植物，受高樓風影響的區域設置玻璃遮風屏。屋頂綠化能夠有效降低熱島效應，改善建筑熱工環境，減少建筑外圍護結構到室外的傳熱量，從而降低能耗。

3.5 智能調光系統

智能調光系統集強、弱電為一體，對燈光進行智能化控制，使燈光與各種設備集成、聯動成為可能。在工作時，照明系統根據戶外日光的強度進行自動調節，中午休息時根據設定“場景”調暗照明光線。智能調光節約用電減少了能耗，經比較后選用可控硅對照明系統調光，與傳統的變阻型調光器通過電阻性負載將對于多余電能轉變為熱能不同，可以節約高達98%的未用電能。

3.6 電梯目的樓層控制系統

電梯目的樓層控制系統是基于電梯智能群控系統上發展起來的，該系統在電梯運行到達前就按照每個乘客所要到達的樓層進行合并、分類、分析等智能計算，并根據電梯的滿載能力來進行預分配，乘客只需要在告知的電梯門口等待電梯即可，從而使候梯廳內非常有序，也提高了人流動線清晰度。此系統對乘坐人員做到事先的預分配，使轎廂內乘客分配更加合適、空間足夠、到達目的地的時間也會更短，而且不會擁擠。目的樓層控制系統可以連續地監控乘客的需求，減少了電梯運行的次數，在任何特定的時間內實施最有效的調度方式，提高電梯運行效率達20%以上，從而也電梯的運行更加高效節能。

4 資源可再生利用

4.1 雨水、中水回收利用

本項目采用雨水、中水互補的回收利用方式。中水收集處理系統收集淋浴用水、生活盥洗用水的廢水作為水源，經過200 m3的原水儲水池及中水處理站，水質達標后供衛生間沖廁，室外綠化澆灌及地下室車庫地面沖洗使用。雨水收集處理系統收集塔樓屋面的雨水，經過B5 層雨水收集處理站送達容積為150 m3的雨水儲水池，雨水集蓄效率為55%，供室外景觀水池補水和室外綠化噴灌。當雨水有富裕可供至中水系統，作為中水系統水源不足時的補充水源。

4.2 中央垃圾處理系統

中央垃圾處理系統的優點在于：垃圾始終處于封閉狀態，無垃圾暴露，隔絕異味。將分揀出的有機垃圾投入生化機，再生資源回收再利用。改善垃圾房內外環境衛生，減少收集垃圾人員樓內亂走現象。本項目中央垃圾處理系統分三種：①碎紙回收系統→統一回收包裹→運送造紙廠。②中央吸塵系統→與房間接口相連→通過埋設于墻內的集塵管道，送到遠離辦公空間的吸塵主機中→垃圾處理清運。③廚余垃圾回收系統→統一回收→油水分離后脫水烘干→油水分別用于化工廠生產肥皂和樓內中水處理→烘干垃圾壓縮打包→運送農場當做肥料或者飼料。

5 室內環境

5.1 地下室采光

本項目地下室設有800 座金融劇院，對于地下空間采光要求高。設計時利用Autodesk Ecotect Analysis 2010 軟件進行模擬計算，采取下沉式庭院、采光天窗、臺階式電梯口等多種方式，使地下一層、二層采光系數達到1.1%以上，如圖5 所示。充分利用自然采光，可以有效改善地下空間的采光效果，同時也節約了照明電能。

圖5 地下一層光環境分析模型

5.2 室內空氣環境

本項目作為高端金融辦公場所，對于室內空氣新風量和空氣潔凈度要求非常高，室內空氣環境要求達到國內最高水平及國際一流標準。新風系統設計選用辦公室人員新風量為40 m3/(h·p)，超出中國國家規定新風量約33.3%，超出美國LEED 規定新風量約11.1%。同時，用戶對于開窗的要求，在幕墻上設置電動開窗器，可以及時補充新鮮空氣。為降低室外新風對室內空氣質量的影響，確保室內空氣品質達到優，原新風空調箱內空氣過濾裝置改為二級過濾，過濾效率達到92%，并加裝駐電極過濾器，確保室內空氣達到優良級。

6 運營管理

為保障建筑群塔的節能高效運營，項目配置完善的能源分項計量和實時能耗監測系統[5]。在弱電系統中配置建筑設備自動管理系統（樓宇自控系統），實現對建筑內的機電設備的監測和自動化控制功能。監控內容包括空調冷熱源，送排風系統和樓層風機及末端設備、供配電系統、柴油發電機系統、電梯系統、給排水系統、公共照明、建筑立面照明和園區景觀照明等所有機電設備和設施。該系統采用三層網絡構架，在首層，網絡采用基于TCP/IP 協議的以太網絡形式和WEB瀏覽器方式的最新技術，使系統具有更良好的開放性和互操作性，有助于提升建筑物的運行能效。

7 結語

本項目以綠色三星和LEED 金獎為總體設計目標，現已通過綠色三星設計標識的評價，同時獲得LEED 金獎設計預認證。項目通過對總體規劃和建筑單體設計，針對傳統金融辦公建筑高耗能、高耗水的特點，充分利用有限空間及資源，運用集中布置冷熱源系統、冰蓄冷、余熱回收、地板送風、中央垃圾處理等可向全社會推廣的對社會資源節約與高效利用有積極作用的技術手段，降低能耗、節約能源，減少溫室氣體排放，平衡和保護周邊生態系統。同時，在成本可控范圍內對于綠色建筑新技術、新材料的應用做出一定的探索，保證金融從業人員的身心健康和辦公舒適性。