北京某行政辦公樓被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法夏季實(shí)測(cè)案例研究

徐寧 張鵬 張凝

1 國(guó)住人居工程顧問(wèn)有限公司

2 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

3 建筑環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展迅速，與之對(duì)應(yīng)的建筑能耗規(guī)模變大。相關(guān)研究顯示，我國(guó)建筑能源消耗量已經(jīng)占到全國(guó)能源消費(fèi)總量的20.6%，建筑碳排放總量約占全國(guó)能源碳排放量的19.0%[1]。綠色建筑技術(shù)對(duì)于能源環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排具有重要意義。綠色建筑的綠色程度關(guān)鍵要看運(yùn)行效果，后評(píng)測(cè)是推動(dòng)綠色建筑全面實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，隨著綠色建筑的大量增加，要求后評(píng)測(cè)的動(dòng)力也在增強(qiáng)，以適應(yīng)新型城鎮(zhèn)化飛速發(fā)展的形勢(shì)，保證各項(xiàng)工程項(xiàng)目投資的有效性，精確定位和滿足社會(huì)需求。

1 項(xiàng)目概況

測(cè)試建筑位于北京市，該行政辦公樓建筑面積約29 萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約17 m2，地下建筑面積約12 萬(wàn)m2。項(xiàng)目達(dá)到北京市綠色建筑三星級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

該項(xiàng)目在“四節(jié)一環(huán)保”的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多種被動(dòng)式技術(shù)（表1）降低室外熱島效應(yīng)及優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能目標(biāo)，提高使用舒適性。

表1 主要技術(shù)措施

2 研究方法

2.1 測(cè)試方法

根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2017 年編寫的《綠色建筑后評(píng)估技術(shù)指南》（辦公和商店建筑版），依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)風(fēng)速、室內(nèi)溫濕度、自然采光照度及自然通風(fēng)效果進(jìn)行測(cè)試。

表2 測(cè)試內(nèi)容與方法

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)內(nèi)容主要為：1）對(duì)屋頂綠化、院落及下沉庭院進(jìn)行溫濕度測(cè)試。2）對(duì)院落內(nèi)風(fēng)速進(jìn)行布點(diǎn)測(cè)試。3）對(duì)使用太陽(yáng)光導(dǎo)管的房間室內(nèi)照度測(cè)試。4）開敞陽(yáng)臺(tái)處的通風(fēng)換氣率測(cè)試。具體如表3。

表3 現(xiàn)場(chǎng)評(píng)測(cè)內(nèi)容

2.2 分析方法

2.2.1 溫濕度測(cè)試

綠化屋頂?shù)母魺嵝阅懿捎孟嚓P(guān)系數(shù)對(duì)其進(jìn)行表征，即綠化屋頂與非綠化屋頂室內(nèi)溫度分別與室外氣溫的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)在概率統(tǒng)計(jì)中可體現(xiàn)隨機(jī)變量的相互關(guān)系[5]，計(jì)算公式如下：

院落微環(huán)境與下沉庭院選取通用熱氣候指數(shù)（UTCI）指數(shù)Ⅱ型計(jì)算方法對(duì)其熱舒適度進(jìn)行估算[6]。其相關(guān)公式程序在（www.utci.org）網(wǎng)站上提供，這里不做過(guò)多贅述。

UTCI 值與空氣溫度、平均輻射溫度、氣壓、風(fēng)速、相對(duì)濕度有關(guān)[7]。本文使用Energy Plus 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)中的北京市在測(cè)試日期內(nèi)的平均輻射溫度、氣壓、風(fēng)速氣象參數(shù)，研究不同環(huán)境下的空氣溫度與相對(duì)濕度對(duì)熱舒適度的影響。

平均輻射溫度不能從資料中直接獲取，可通過(guò)裸體吸收太陽(yáng)輻射計(jì)算[8]：

其中：Tmrt為平均輻射溫度；R為日總輻射值；t為日平均溫度。

通過(guò)將院落微環(huán)境、下沉庭院與室外的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可反映人工微環(huán)境對(duì)戶外人體熱脅迫程度的降低作用，體現(xiàn)被動(dòng)式設(shè)計(jì)手法的有效性。

2.2.2 風(fēng)速測(cè)試

在測(cè)試院落式布局的自然風(fēng)速時(shí)，使用多通道風(fēng)速變送器在院落內(nèi)進(jìn)行對(duì)角線式布局，確保測(cè)點(diǎn)布局合理（表4）。

表4 風(fēng)速測(cè)點(diǎn)的分布特征

2.2.3 照度測(cè)試

多通道照度測(cè)試儀測(cè)試太陽(yáng)光導(dǎo)管房間的室內(nèi)照度，依據(jù)《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033-2013，將太陽(yáng)光導(dǎo)管房間分為四個(gè)矩形網(wǎng)絡(luò)，在房間中心點(diǎn)和各矩形網(wǎng)格中心點(diǎn)測(cè)量照度。

2.2.4 通風(fēng)換氣率測(cè)試

CO2為示蹤氣體檢測(cè)室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)的方法是一種常用的實(shí)驗(yàn)性手段[9]。采用衰減法，將CO2釋放到一定濃度，隨后分別測(cè)試開窗和未開窗兩種情況下CO2濃度逸散速度。開敞陽(yáng)臺(tái)處測(cè)點(diǎn)呈梅花狀式分布。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 屋頂綠化效果

綠化屋頂與無(wú)綠化屋頂房間室內(nèi)日平均溫度如圖1 所示。綠化屋頂房間室內(nèi)日平均溫度均低于無(wú)綠化屋頂房間。

圖1 綠化屋頂房間、無(wú)綠化屋頂房間日平均溫度分析

如表4，綠化屋頂房間室內(nèi)溫度與室外溫度的相關(guān)系數(shù)為0.4，而無(wú)綠化屋頂房間室內(nèi)溫度的相關(guān)性為0.85。對(duì)于室內(nèi)溫度，無(wú)綠化屋頂房間受室外溫度的影響更大。

表4 綠化屋頂與無(wú)綠化屋頂房間室內(nèi)溫度及室外溫度

3.2 院落式布局效果

如圖2，院落內(nèi)人體所受熱脅迫在測(cè)試期間低于室外1～2 ℃，院落微環(huán)境在夏季可改善人體室外熱舒適環(huán)境。

圖2 院落內(nèi)外UTCI 值對(duì)比

如圖3，院落內(nèi)平均風(fēng)速1.13 m/s，其中西北角風(fēng)速最大，為2.18 m/s，東北角風(fēng)速最小達(dá)到0.86 m/s，其余區(qū)域接近平均風(fēng)速。院落內(nèi)風(fēng)速分布較均勻，自然通風(fēng)效果良好。連廊內(nèi)平均風(fēng)速1.20 m/s，其中連廊連接處風(fēng)速最高，風(fēng)環(huán)境較好。

圖3 院落以及連廊內(nèi)自然風(fēng)速

3.3 下沉庭院布局效果

如圖4，每日15:00 到17:00 下沉庭院內(nèi)外溫度達(dá)到峰值，內(nèi)外溫度差異達(dá)1～5 ℃。下沉庭院內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)較庭院外平緩，受室外溫度影響較小。

圖4 庭院內(nèi)外連續(xù)6 天溫度變化曲線

如圖5，下沉庭院內(nèi)人體所受熱脅迫在測(cè)試期間低于室外1～3 ℃，下沉庭院可以改善人體室外熱舒適環(huán)境。

圖5 庭院內(nèi)外UTCI 值對(duì)比

3.4 開敞陽(yáng)臺(tái)效果

如圖6，開敞陽(yáng)臺(tái)開窗后的CO2濃度逸散速度是不開窗的3.48 倍。通過(guò)設(shè)置開敞陽(yáng)臺(tái)，使建筑內(nèi)部空間自然通風(fēng)的效果加強(qiáng)，有利于各類污染物及CO2的逸散。

圖6 開敞陽(yáng)臺(tái)處CO2 濃度逸散速度

3.5 太陽(yáng)光導(dǎo)管效果

如圖7，室內(nèi)各點(diǎn)自然采光照度值均在100 lux 以下，東南點(diǎn)照度最高。在不使用人工照明的情況下，室內(nèi)照度總體較低，無(wú)法達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。應(yīng)合理配合使用人工照明。

圖7 太陽(yáng)光導(dǎo)管效果房間室內(nèi)外照度

4 結(jié)論

此次實(shí)測(cè)使用了多項(xiàng)測(cè)試技術(shù)，選取代表性測(cè)點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與對(duì)比分析方法對(duì)該行政辦公樓的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行全面的評(píng)估，得出其被動(dòng)式技術(shù)的實(shí)際效果與相關(guān)規(guī)律。此次開展的實(shí)測(cè)工作不僅為項(xiàng)目的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)提供了切實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，而且對(duì)其所運(yùn)用的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)提出針對(duì)性的測(cè)試方案，為以后的建筑使用后效果評(píng)估積累經(jīng)驗(yàn)。