城市綜合體建筑節能設計研究

郭建峰 魏留明

1 河南建筑職業技術學院設備工程系

2 河南建筑職業技術學院工程管理系

城市綜合體建筑節能設計應立足于整體規劃，應從建筑的內外部被動節能，供暖通風與空氣調節和給排水節能以及電氣節能等主動節能，新能源的應用與節能管理三個方面進行綜合考慮。本文基于鄭州萬科城項目，從城市綜合體的主動節能，被動節能以及新能源利用，分析該項目的節能策略[1-2]。

1 項目基本概況

項目位于鄭州高新區，用地面積為27466.65 m2，規劃地上總建筑面積為 137228.39 m2，包含高層辦公、商業、配套設施用房。總體功能為集中式商業及辦公的綜合體，商業在地塊內集中設置，辦公塔樓分設在商業周邊，形成總體面向東側城市的布局。

2 主動節能策略

2.1 供暖通風與空氣調節節能

整個項目中，購物中心空調面積約47000 m2，集中設置一套中央空調系統，空調冷負荷約 7242 kW，熱負荷約 5640 kW，冷源由地下二層制冷機房集中提供7～12 ℃冷凍水，熱源由地下一層燃氣鍋爐房集中提供60/45 ℃中央空調熱水和 50/40 ℃一層地暖采暖熱水。節能措施有以下幾點：

①組合式空調機組實行過渡季節全新風運行，利用室外新風消除室內余熱、余濕。冬夏季機組加裝有熱回收裝置，通風換氣的同時完成將排風中所蘊含的熱量轉移到新風之中，實現能量回收，如圖1 所示。

圖1 排風熱回收裝置空調系統

②吊頂空調器采用溫控技術，可以根據室溫調節冷熱水流量，空調采用自動控制技術，減少制冷機的運行時間。

③采取有效隔熱措施對冷、熱水和空調等管道進行處理，減少傳輸過程的能量損失。

④在商業區域，吊裝式空調機組設置自動溫控器，組合式空氣處理機組采用變頻技術，制冷機房冷凍水循環水泵采用變頻技術，依據業主設定房間溫度，通過調節送風量、冷（熱）水流量來調劑室內溫度。各個空調末端均勻獨立的控制裝置，可實現各自獨立控制調節[3]。

2.2 給水排水節能

給水充分利用市政水壓，系統合理分區及采用變頻調速供水設備，以節省運行費用。各種不同用途的用水（綠化、消防、商業等）分別進行精確計量。本項目為全裝修交付，馬桶均為二級能效節水器具，水龍頭，采用節水技術，設置加氣墊，可節水 20%，馬桶采用節水技術。節水措施如下：①充分利用城市給水管網的水壓直接供水。②給水采取分區供水，入戶管水壓大于0.3 MPa 者設置支管減壓閥。③按用水部門分別設置水表進行計量收費。④綠化用水采用微噴滴灌方式澆灑。

2.3 電氣節能

按現行國家標準 《建筑照明設計標準》GB50034-2013 執行，采用高效節能光源，應急照明采用應急時能迅速點亮的光源。節能措施如下：

①主照明線路采用三相供電，以減少電壓損失，并盡可能使三相平衡，以免影響光源的發光效率。

②減小照明系統線路損耗：選用電阻率較小的電纜；減小線纜長度；適當增大線纜截面，以降低線路的阻抗。

③地庫照明采用集中定時控制，車道和車位燈具分區控制；塔樓公共區域燈具采用聲光控制，商業公共區域燈具采用集中控制，塔樓樓梯照明采用紅外延時控制，既滿足使用要求，又有效節約電能。

④選用高效低耗變壓器，本工程所有變壓器均選用SCB13 節能變壓器，變壓器能效等級不低于2 級。使變壓器的實際負荷接近設計的最佳負荷，減少變壓器空載和負載損耗。

3 被動節能策略

3.1 外部被動節能

①體形系數設計：該項目建筑總平面的布置與設計，遵循被動節能措施優先的原則，充分利用天然采光、自然通風，結合圍護結構保溫隔熱和遮陽措施，降低建筑的用能需求。建筑的總體規劃和平面設計有利于自然通風。建筑的主朝向選擇本地區最佳朝向或適宜朝向，且避開冬季主導風向。

②屋面設計：建筑的裙房部分設置有一個采光頂和一個中庭來滿足建筑內部自然光照需求。采光頂和中庭的設置滿足室內較好的自然采光，占屋頂面積的比例較小，防止室內得熱過多。

采光頂材料為多腔塑料型材(6 mm 透明+12 空氣+6 mm 透明)，玻璃的太陽得熱系數0.75，氣密性 6 級，可見光透射比0.71。這種可以有效地減少透過采光頂的熱量得失。中庭遮陽為可調節式遮陽，其適應性較強，可以根據太陽運行軌跡確定陽光入射角度，從而確定遮陽角度。

③立面設計：項目在設計時，充分考慮到實施的可行性與經濟性，盡可能控制玻璃幕墻面積，立面采用鋁板，玻璃及彈性仿石涂料及石材，形成立面虛實結合的生動效果，從而實現綠色節能的目標。

3.2 內部被動節能

1）內部空間功能布局的節能

本項目總體功能為集中式商業及辦公的綜合體。商業在地塊內集中設置，辦公塔樓分設在商業周邊，辦公室采光面為側面采光，均不為正面采光，對人不會造成眩光。形成總體面向東側城市的布局。沿科學大道設置套型建筑面積 45 m2的 LOFT 產品，凸顯產品5.05 米層高的優越品質，也利于突出地標形象。由于該項目內部空間功能布局集中設置，可以使項目內部空調系統分區控制，達到減少空調系統能耗的目的。

2）內部空間組織形式的節能

在前期的設計中可以從剖面入手將建筑體進行豎向熱力分區，根據不同功能對制冷量與產熱量的需求布置在適當位置。在進行綜合體垂直向的業態分布設計時，在考慮人流量的同時，將制冷需求低的功能空間設在建筑上部，如影院和餐飲空間，其主要以靜態活動為主、產熱量少。將制冷需求高的空間設在建筑的中下部甚至置于地下，如超市、零售、主力店等，這種空間主要以動態活動為主、產熱量大[4]。

4 新能源的應用

本項目中對于太陽能的利用主要體現在自然光導技術上，涉及到采光罩在建筑上的安置，光導線路的鋪設，照射器與室內空間人工照明燈具的結合。本項目的采光罩安裝在綜合體的頂部，經采光罩采集的陽光經光導纖維線路傳輸到建筑室內，線路的布置結合了電路以及暖通空調管線的布置，做到空間的高效利用。

此外，本項目中還使用了太陽能空調技術，將建筑外部集熱器與建筑屋頂遮陽構件進行整合設計，用于制備熱水時其傾角與當地緯度數值一樣，達到既滿足維護結構的功能又不影響美觀的效果。

5 結論

通過該項目中實際應用的被動節能，主動節能及新能源利用進行總結，提出了河南省北部地區城市綜合體綠色節能的具體設計方法，為建筑師在建筑節能設計實踐中提供理論依據，具體可歸納如下：

1）被動節能

①合理利用多種形式中庭，有效實現自然采光與自然通風，以被動方式降低建筑內部空間的能源消耗。

②合理利用建筑布局、建筑空間等方式，有效促進建筑內自然通風。

③建筑廣場入口空間的合理尺度控制，實現建筑空間的合理緩沖，有效組織人流，并利用一定環境因素進行節能設計。

2）主動節能

①因為河南北部地區過度季節明顯，組合式空調機組實行過渡季節全新風運行，利用室外新風消除室內余熱、余濕。冬夏季機組加裝有熱回收裝置，通風換氣的同時完成將排風中所蘊含的熱量轉移到新風之中，實現能量回收。

②采用適宜技術，有針對性地采用不同方式照明，有效降低建筑內照明能耗。

3）新能源的應用和節能管理

①利用新能源技術，實現建筑一體化設計。

②合理設置建筑設備管理系統，即樓宇自控系統，對綜合體內機電設備的運行狀態進行實時自動監測和節能控制。