裝配式綠色超低能耗辦公樓案例評(píng)析

文／呂巖松 廣州建筑產(chǎn)業(yè)研究院有限公司 廣東廣州 510663

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孫 虎 廣州建筑股份有限公司 廣東廣州 510030

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1.工程概況

本項(xiàng)目裝配式綠色超低能耗辦公樓位于廣東省廣州市天河區(qū)智慧城，東至智慧谷、南至天蘊(yùn)路、西至中國(guó)電信亞太信息引擎。場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)有兩幢廠房及一棟鋼筋混凝土辦公樓，新建裝配式綠色超低能耗辦公樓位于已有辦公樓左側(cè)。本項(xiàng)目新建裝配式綠色超低能耗辦公樓建筑高度9.8 m，總建筑面積約800m2，共計(jì)3 層。本項(xiàng)目通過采用高效圍護(hù)結(jié)構(gòu)，擬打造成為高端、綠色、健康、舒適的超低能耗辦公項(xiàng)目，如圖1 所示。

圖1 辦公樓效果圖

采用裝配式建造方式，主體結(jié)構(gòu)采用輕鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)外墻均采用模塊化預(yù)制墻、圍護(hù)墻與保溫、隔熱、裝飾一體化[4]。方案設(shè)計(jì)以裝配式綠色低能耗為建設(shè)目標(biāo)，充分考慮選址與交通、可持續(xù)場(chǎng)址、能源與大氣、水資源利用、材料與資源、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量等方面的需求，融入低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)被動(dòng)技術(shù)結(jié)合的設(shè)計(jì)原則，在對(duì)資源及能源進(jìn)行合理利用的同時(shí)，為使用者提供一個(gè)舒適健康的辦公環(huán)境。

2.裝配式綠色建筑技術(shù)措施

在建筑設(shè)計(jì)中，想要實(shí)現(xiàn)建筑超低能耗，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能至關(guān)重要。主要分為外墻，屋面及外門窗，如表2 所示。這三大部位的隔熱、遮陽和通風(fēng)指標(biāo)將直接影響著建筑采暖和空調(diào)負(fù)荷的能耗。采用熱工性能指標(biāo)更加優(yōu)良的外墻、屋面和外門窗構(gòu)造體系是低能耗建筑的基本保證[5]。

中國(guó)的夏熱冬暖地區(qū)包括廣東、廣西、福建南部、海南、香港、澳門以及臺(tái)灣，本項(xiàng)目位于廣東省廣州市，是我國(guó)夏熱冬暖區(qū)的典型代表城市。夏熱冬暖地區(qū)夏季時(shí)間較長(zhǎng)，氣候較為炎熱，冬季時(shí)間較短濕度比較大,因此建筑熱工設(shè)計(jì)需充分滿足夏季防熱需求。夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)對(duì)于材料選擇有著很高的要求，因此在選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料時(shí)，需要注意此地區(qū)的氣候特殊性。

2.1 屋頂構(gòu)造

屋面采用干式施工法進(jìn)行設(shè)計(jì)。上人屋面由上到下采用：1:3 干硬性水泥砂漿25mm+TPO 高分子防水卷材1mm+纖維水泥板10mm+擠塑聚苯板100mm+空氣層50mm+樓承板1mm。種植屋面由上到下采用：無機(jī)種植土400mm+排（蓄）水板20mm+TPO 高分子防水卷材1mm+纖維水泥板10mm+擠塑聚苯板100mm+空氣層50mm+樓承板1mm。

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2015)第3.4.1-1 條，夏熱冬暖地區(qū)屋面的傳熱系數(shù)應(yīng)≤0.90。采用斯維爾節(jié)能軟件計(jì)算，兩種屋面的傳熱系數(shù)基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求均提高70%以上，如表1 所示。

表1 屋頂熱工特性

2.2 外墻構(gòu)造

常規(guī)建筑中墻體的熱量損失占建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量損失的45%，因此本項(xiàng)目重視墻體節(jié)能，對(duì)外墻構(gòu)造設(shè)置選擇采用纖維水泥板12mm+巖棉50mm+纖維水泥板12mm的外墻內(nèi)保溫方式，通過在墻體內(nèi)部填充隔熱材料，能有效防止夏熱冬暖地區(qū)建筑物外部熱量的流入[3]。

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2015)第3.4.1-1 條，夏熱冬暖地區(qū)外墻的傳熱系數(shù)應(yīng)≤1.5，因此外墻的傳熱系數(shù)基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求提高43%，如表2 所示。

表2 外墻熱工特性

2.3 外窗構(gòu)造

外窗是建筑的眼睛，貫穿自然與室內(nèi)對(duì)話的通道。外窗的節(jié)能主要集中在傳熱系數(shù)K 值和遮陽系數(shù)兩個(gè)方面。傳熱系數(shù)是衡量由溫差引起通過外窗的熱流量的參數(shù)，是導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種傳熱方式的綜合體現(xiàn)。因此K 值越大，窗戶的保溫隔熱能力就越差，通過窗戶的能量損失就越多。而遮陽系數(shù)則是體現(xiàn)玻璃阻隔太陽熱輻射的能力，遮陽系數(shù)越大，玻璃阻隔太陽熱輻射的能力就越差，進(jìn)入室內(nèi)的熱輻射也就越多。因此，低能耗建筑外窗節(jié)能的重點(diǎn)在于選擇高保溫隔熱性能的外窗構(gòu)造及合理的遮陽系數(shù)[1][2]。

目前，控制外窗傳熱系數(shù)的技術(shù)主要有，增加空氣層的數(shù)量、提高空氣層的厚度、使用惰性氣體填充、添加保溫隔熱膜、采用真空玻璃和采用良好的保溫隔熱性能窗框等。而控制外窗玻璃遮陽系數(shù)的技術(shù)手段則主要是采用具有光譜選擇性的陽光控制膜如LOW-E 膜和SUN-E 膜等[1][2]。

本項(xiàng)目選用的外窗窗框?yàn)?08 系列斷橋鋁合金，玻璃材質(zhì)采用低輻射鍍膜玻璃（low-E 玻璃），low-E 玻璃具有較高的透光率和較低的反射率，同時(shí)其絕熱性能相比普通白玻更好，夏季能阻擋室外熱輻射進(jìn)入室內(nèi)，適合用于以空調(diào)制冷為主的夏熱冬暖地區(qū)。因此在本項(xiàng)目東南西向由于遮陽需要，外窗均采用6 高透光low-E+19A+6透明（內(nèi)置百葉）的構(gòu)造。采用內(nèi)置遮陽百葉可以靈活調(diào)節(jié)采光照度且在太陽輻射遮擋上可以達(dá)到80%，對(duì)于空調(diào)及其他相關(guān)的遮陽、采光設(shè)備造成的能耗費(fèi)用上可節(jié)約30%；北向全部外窗構(gòu)造及東向大部分外窗構(gòu)造均采用6高透光low-E+12A+6 透明的構(gòu)造，如表3 所示。

表3 外窗熱工特性

3.自然通風(fēng)與采光技術(shù)

自然通風(fēng)與采光是建筑的最基本功能之一，也是綠色建筑的主要技術(shù)之一。自然通風(fēng)可帶走建筑使用產(chǎn)生的余熱，縮短空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。自然采光可減少室內(nèi)用燈運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的效果。

3.1 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

辦公樓一層主要功能房間的人行高度處的風(fēng)速流線分布圖，等值線間距為0.0636m/s 以內(nèi)。迎風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)氣流形成有效氣流風(fēng)速分布在0.0636～0.954m/s 范圍之內(nèi)。

辦公樓二層主要功能房間的人行高度處的風(fēng)速流線分布圖，等值線間距為0.0386m/s 以內(nèi)。迎風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)氣流形成有效氣流風(fēng)速分布在0.0386～0.579m/s 范圍之內(nèi)。

辦公樓三層主要功能房間的人行高度處的風(fēng)速流線分布圖，等值線間距為0.0471m/s 以內(nèi)。迎風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)氣流形成有效氣流風(fēng)速分布在0.0471～0.754m/s 范圍之內(nèi)。

通過模擬計(jì)算，均滿足人體舒適度要求，如圖2～7所示。

圖2 首層人行風(fēng)速分布圖

圖3 首層人行風(fēng)速色階圖

圖4 二層人行風(fēng)速分布圖

圖5 二層人行風(fēng)速色階圖

圖6 三層人行風(fēng)速分布圖

圖7 三層人行風(fēng)速色階圖

3.2 自然采光通風(fēng)設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)光氣候分區(qū)圖，廣東地區(qū)屬于IV 類地區(qū)，由此查得光氣候系數(shù)K 取1.1，室外臨界照度值取13500lx。在方案階段采用綠建斯維爾采光分析軟件（GB-DALI）對(duì)建筑每層主要辦公區(qū)進(jìn)行自然采光模擬。根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014 的8.2.6條款進(jìn)行模擬計(jì)算，得出本建筑主要功能房間的室內(nèi)空間天然采光達(dá)標(biāo)面積為640m2，占主要功能房間總面積的80%，如圖8～10 所示。

圖8 首層采光系數(shù)達(dá)標(biāo)圖

圖9 二層采光系數(shù)達(dá)標(biāo)圖

圖10 三層采光系數(shù)達(dá)標(biāo)圖

4.太陽能光伏板設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目利用原有鋼筋混凝土辦公樓的不上人屋面設(shè)置太陽能光伏板。采用高支架密封防水方式分布式光伏電站，進(jìn)行“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的并網(wǎng)光伏發(fā)電模式。初期投資約34.7 萬元，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式。投資回報(bào)期如表4 所示。

表4 太陽能光伏25 年發(fā)電收益率

原有辦公樓屋面約447m2的屋頂，光伏安裝機(jī)面積330m2，預(yù)計(jì)安裝168 塊310Wp 單晶組件和12 塊295Wp 雙玻組件，裝機(jī)量為66kWp，安裝光伏年均發(fā)電量預(yù)計(jì)6.48 萬度/年，25 年總發(fā)電量162.28 萬度，如表5 所示。

表5 太陽能光伏25 年發(fā)電量

結(jié)語：

裝配式綠色超低能耗建筑為裝配式建筑、綠色建筑、低能耗建筑三個(gè)領(lǐng)域的交叉、融合和創(chuàng)新，三者之間相輔相成，其本質(zhì)都是節(jié)約資源，以人為本，是我國(guó)建筑的新發(fā)展方向之一。本項(xiàng)目通過合適的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)裝配式建筑綠色節(jié)能、健康適用的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)夏熱冬暖地區(qū)建筑超低能耗提供技術(shù)方案，有效減少了資源與能源的使用，具有良好的推廣及應(yīng)用價(jià)值，是廣州市綠色、舒適、健康、低碳的辦公標(biāo)桿項(xiàng)目。