辦公4.0時(shí)代碳減排技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
——以某商務(wù)大廈設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例

文/福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 陳子穎

0 引言

隨著辦公建筑迎來4.0時(shí)代，用戶對(duì)節(jié)能減排設(shè)計(jì)提出新要求、新標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前大力推行凈零碳建筑是低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代搶占全球氣候變化防控技術(shù)制高點(diǎn)，金融危機(jī)后促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)的優(yōu)選路徑，對(duì)充分實(shí)踐我國對(duì)世界“碳達(dá)峰、碳中和”的承諾具有重要戰(zhàn)略意義。因此，低碳直至凈零碳建筑將成為未來建筑的發(fā)展趨勢(shì)。

1 辦公4.0時(shí)代的要求

辦公建筑經(jīng)歷不同時(shí)代，功能也隨時(shí)代發(fā)展不斷變化，辦公4.0時(shí)代是全面實(shí)現(xiàn)智能化生態(tài)辦公樓宇的新一代目標(biāo)。《2021未來辦公生態(tài)白皮書》對(duì)辦公4.0建筑的定義如下。

1）個(gè)性化 以人和科技為主導(dǎo)，鼓勵(lì)創(chuàng)造性思維。

2）人性化 打破辦公服務(wù)邊界，關(guān)注員工身心需求，提供最佳辦公體驗(yàn)，融合生態(tài)和使用者的共生關(guān)系。

3）智能化 自助辦公體驗(yàn)與無人化管理，通過工具手段迭代，從線上走向智能。

4）高效化 提供彈性靈活的空間環(huán)境，信息協(xié)同共享，數(shù)字流的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

5）多樣化 從個(gè)體需求出發(fā)，追尋協(xié)同環(huán)境包容性；辦公模塊化布局，提供更具體驗(yàn)感的工作環(huán)境。

6）健康化 從員工身心健康的環(huán)保角度進(jìn)行辦公場(chǎng)所規(guī)劃和設(shè)計(jì)，結(jié)合碳中和政策，提供親近自然的工作環(huán)境。

研究表明，建筑及其建造過程在二氧化碳排放總量中約占40%。因此，建筑師更應(yīng)用實(shí)際行動(dòng)設(shè)計(jì)“低碳節(jié)能建筑”，在污染日益嚴(yán)重的當(dāng)今，所有的建筑設(shè)計(jì)必須滿足國家提出的碳減排要求[1]。

2 碳減排措施研究

根據(jù)本地氣候特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)凈零碳建筑標(biāo)準(zhǔn)，建立適用的綠建節(jié)能技術(shù)體系。碳減排措施主要如下。

1）優(yōu)化建筑及供能系統(tǒng)設(shè)計(jì) 用建筑能耗模擬軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行能耗預(yù)測(cè)及優(yōu)化。

2）使用新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料及技術(shù) 如智能外遮陽裝置、外墻和屋頂保溫隔熱技術(shù)等。

3）清潔能源替代 如太陽能光熱光伏一體化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電、熱來源。

4）能效管理 利用軟件平臺(tái)對(duì)建筑進(jìn)行能耗監(jiān)控與管理[2]。

3 案例研究與措施實(shí)施

基于以上認(rèn)知和對(duì)碳減排技術(shù)的深入研究，決定對(duì)某商務(wù)大廈實(shí)施辦公4.0碳減排措施。該商務(wù)大廈位于福州市東大路南側(cè)，建筑總高度約79.5m，地上20層，地下2層，總建筑面積36945m2（見圖1）。從傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)入手，運(yùn)用節(jié)能科技進(jìn)行碳減排設(shè)計(jì)，打造低碳節(jié)能示范性建筑及一座可與城市和諧共生的標(biāo)桿性綠色辦公建筑。

圖1 福州市某商務(wù)大廈

3.1 總體布置

在辦公4.0時(shí)代下，不同功能要求的辦公建筑總體布局可形成不同形體組合，總平面布局設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

商務(wù)大廈借鑒福州傳統(tǒng)民居空間形式，創(chuàng)新性采用“C”形布置，不同于傳統(tǒng)辦公布局，利用中間廊道連接南北雙樓，將廳堂中置疊加，猶如休憩空間的盒子堆疊，更適應(yīng)地域氣候（見圖2）。

圖2 規(guī)劃總平面

由于該項(xiàng)目地處夏熱冬暖地區(qū)，且室內(nèi)外溫差不大，建筑對(duì)通風(fēng)散熱要求較高，進(jìn)深過大對(duì)自然通風(fēng)和采光不利。辦公室布置在南北兩個(gè)地塊，既實(shí)現(xiàn)空間集約化，有效共享中間連廊，又能減小建筑體量，適應(yīng)市區(qū)內(nèi)緊張狹小的地塊。調(diào)節(jié)辦公空間南北進(jìn)深，還可增大內(nèi)部中庭，更好地引導(dǎo)室內(nèi)空氣對(duì)流和自然光滲透。該商務(wù)大廈有效利用自然條件滿足內(nèi)部環(huán)境要求，營造低碳生態(tài)的辦公環(huán)境，保障員工的身心健康（見圖3）。

圖3 建筑總平面布局

3.2 空間造型

商務(wù)大廈造型設(shè)計(jì)以綠色減排、節(jié)能環(huán)保為原則，通過建筑流體模擬，選擇最合適的空間造型方案，如圖4所示。建筑東側(cè)作為入口形象面，簡(jiǎn)潔方正的形體中設(shè)計(jì)錯(cuò)落堆疊的盒子，具有醒目的識(shí)別性，突出辦公樓的企業(yè)文化和精神，成為城市地標(biāo)。通過專業(yè)軟件模擬測(cè)試，可得到有開洞的建筑中庭風(fēng)速和風(fēng)壓比沒有開洞的更大，從而加大自然通風(fēng)。為得到更合適的風(fēng)速，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)3種開洞方案進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化。通過流體模擬對(duì)比可看出既有方案既滿足通風(fēng)效果，又體現(xiàn)出方正大氣、簡(jiǎn)約精致的文化氣質(zhì)（見圖5）。

圖4 商務(wù)大廈的空間造型

圖5 3種開洞方案的流體模擬對(duì)比

3.3 工業(yè)化建設(shè)

3.3.1 主體采用裝配式結(jié)構(gòu)

主樓采用鋼板剪力墻，中間連廊采用空腹式桁架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。空腹式桁架在福建省內(nèi)較少見，在高層體系中的應(yīng)用更罕見，將其作為中部框景交互區(qū)的結(jié)構(gòu)形式，其特性與建筑的懸盒錯(cuò)動(dòng)造型極為契合，亦傳遞出強(qiáng)烈的反重力美學(xué)視覺效果（見圖6）。

圖6 局部空間設(shè)計(jì)

3.3.2 室內(nèi)采用裝配式裝飾裝修

商務(wù)大廈室內(nèi)主要裝飾裝修部件、材料等通過工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高度集成化、模數(shù)化，在現(xiàn)場(chǎng)依照標(biāo)準(zhǔn)化程序裝配安裝完成。這樣高度體系化的精裝修模式既可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，又具備個(gè)性化特色。

3.4 設(shè)備節(jié)能

3.4.1 供熱設(shè)計(jì)

商務(wù)大廈主要采取空氣源熱泵供熱，就近位于裙房屋面設(shè)置空氣源熱泵制熱，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3.4.2 創(chuàng)新空調(diào)系統(tǒng)

暖通系統(tǒng)主要采取風(fēng)冷VRF+集中空調(diào)水。通過智能監(jiān)控系統(tǒng)，集合系列綠色節(jié)能減碳技術(shù)，使空調(diào)系統(tǒng)約比當(dāng)前其他項(xiàng)目節(jié)能15%，每年節(jié)省約20萬kW·h用電量。

3.4.3 創(chuàng)新電氣設(shè)計(jì)

采用節(jié)能燈具、照明分區(qū)、場(chǎng)景化照明控制模式、實(shí)時(shí)恒照度控制系統(tǒng)、節(jié)能控制模式、POE智能互聯(lián)照明系統(tǒng)等措施減少電量使用，輔助日常運(yùn)維管理。

3.4.4 太陽能發(fā)電

充分利用建筑本身及周邊場(chǎng)地的太陽能，采用光伏建筑一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)晶硅發(fā)電屋面全覆蓋。在建筑西側(cè)采用太陽能光伏幕墻（約500m2），實(shí)體幕墻設(shè)置太陽能光伏板（約650m2），實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電西立面覆蓋（見圖7）。商務(wù)大廈光伏發(fā)電方案年均發(fā)電量16萬～20萬kW·h，發(fā)電量占用電量的4.5%～5.5%，可解決地下室和辦公區(qū)白天照明和地下室空氣循環(huán)的動(dòng)力用電量。

圖7 光伏建筑一體化應(yīng)用

3.5 材料選用

1）采用可回收建材，如內(nèi)部裝飾采用原生木等自然材料。

2）采用規(guī)格化、模數(shù)化材料設(shè)計(jì)，減少加工和運(yùn)輸過程中的能源消耗，便于安裝（見圖8）。

圖8 立面材質(zhì)及肌理

3.6 BIM技術(shù)應(yīng)用

商務(wù)大廈設(shè)計(jì)將大數(shù)據(jù)與云計(jì)算深度結(jié)合，利用BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)進(jìn)行全流程智能控制和全流程協(xié)同工作。設(shè)計(jì)還考慮建筑全生命周期，在規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營階段等全方位、多角度、長時(shí)間、大格局地進(jìn)行碳減排設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

該商務(wù)大廈的建設(shè)對(duì)推動(dòng)福州地區(qū)乃至全國部分地區(qū)的低碳建筑設(shè)計(jì)起到較好的示范作用，通過建筑布局、建筑造型、結(jié)構(gòu)形式、碳排技術(shù)、建筑材料、全生命周期等方面的綠色減排設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)4.0辦公的低碳建筑建設(shè)。