綠色建筑技術在高層辦公建筑節能優化中的應用分析

程國富

（中冶建工集團有限公司，重慶400000）

1 引言

隨著人類文明的不斷進步， 人們開始意識到過度的能源消耗以及碳排放將會造成全球氣候變暖以及溫室效應，因此，21 世紀以來全球極端惡劣天氣頻率顯著增加， 不僅對人類的健康以及生活質量造成了巨大的影響， 更是對社會的發展以及人類的生存造成嚴重的威脅。 在這種大環境下，我國針對能源領域的發展提出了體制改革創新的意見， 并大力發展清潔低碳、安全高效能源體系的建設，從而實現現有能源結構的科學轉型，為碳達峰、碳中和這一目標的達成奠定堅實的基礎。根據相關調查報告顯示， 目前建筑能耗已經超過總能耗的30.0%，已成為能耗較大的行業之一，并且根據預測結果顯示，若不采取有效措施，建筑能耗的占比將會持續增加。 因此，響應國家的號召， 對建筑的節能減排進行研究具有重要的意義與價值。

在不同類型的建筑中， 高層辦公建筑無疑具有較高的能源消耗率，因此，針對該類型建筑的節能優化工作迫在眉睫。目前， 國內外對高層辦公建筑節能優化的研究已具有一定的成果， 國外高層辦公建筑節能措施方面的研究主要傾向于模擬論證以及遺傳算法在建筑節能中的應用， 而國內在此方面的研究主要以高層建筑能耗系數的優化以及節能材料的應用為主。 本研究結合相關理論知識及實際研究成果，將高層辦公建筑中綠色建筑技術應用于節能優化的探究， 分為新能源技術以及環保節能材料的應用兩個方面， 從而為高層辦公建筑節能優化的發展提供一定幫助。

2 主要概念界定

2.1 綠色建筑設計

高層辦公建筑的施工與使用不僅需要消耗大量的資源，在一定程度上還會對周邊生態環境造成不同程度的危害。 根據相關研究可知， 通過將綠色建筑技術應用于高層辦公建筑項目中可在最大程度上改善建筑自身以及使用過程中對能源的消耗和對環境的破壞。 綠色建筑技術并不能直接套用，當作用于不同建筑項目時， 需要根據建筑的具體情況以及周邊環境情況進行合理的設計，其設計的核心是建筑與環境關系，將建筑與環境作為一個統一的整體進行分析，并將建筑的用途、內部的構成作為基礎，進行統籌的節能優化設計。 目前，綠色建筑技術在高層辦公建筑節能優化中的主要原則是秉持保護生態環境為基礎，采用綠色建筑設計理念，實現對建筑能耗的科學控制與優化[1]。

2.2 綠色建筑技術的主要原則

2.2.1 全程保持綠色施工監控

建筑行業中施工的全程監控是一項復雜的系統性工作，而在以綠色建筑技術為基礎的高層辦公建筑工程中， 需要著重綠色建筑設計以及對應材料的有效應用， 并將綠色施工標準作為建筑項目的執行標準，堅持以低能耗、高環保的理念作為建筑的設計、施工以及建筑、裝飾材料的選用標準，從而實現高層辦公建筑的節能目標[2]。

2.2.2 合理實施資源的綜合利用

基于綠色建筑技術的高層辦公建筑的應用需要注意資源的綜合應用， 通過以綠色建筑技術為原則實現對資源的有效應用，可在最大程度上達成對資源的配置優化，可在提升建筑資源有效利用率的同時， 通過資源的整合最大限度地延長建筑物的使用壽命。

2.2.3 實施有效的建筑節能設計

有效的建筑節能設計旨在通過減少能源消耗和提高能源效率來創建舒適和健康的室內環境。 這包括利用被動設計策略，如優化建筑方向、提高建筑外殼的隔熱性能和利用自然光照， 以及采用主動系統如高效的暖通空調系統和可再生能源系統。 此外，應通過實施先進的建筑管理系統和能源監控系統實時監控建筑的能源消耗，從而進一步優化能源效率。

3 綠色建筑技術在高層辦公建筑節能優化中的應用

3.1 建筑信息模型分析

基于綠色建筑技術的高層辦公建筑節能設計可通過建筑信息模型（BIM）技術實現。 通過BIM 技術可對非標準和標準的高層辦公建筑的綜合信息進行模型分析， 其中包括建筑的基礎信息、材料使用情況、水暖通風信息等，并基于基礎數據、功能需求以及不同地區建筑行業的大數據進行采樣獲得高層辦公建筑的BIM 模型[3]。 所構建的模型可對建筑進行全面的細化和分析，對建筑中不同功能空間的尺寸、形狀以及門窗的大小、數量進行全面的優化設計，從而獲得具有滿足綠色建筑技術設計的高層辦公樓BIM 建模。

在進行標準層辦公建筑的BIM 建模構建中，建筑庭院多以多邊形建筑平面為主， 并可對其平面構圖中各項參數進行調整處理，從而獲取符合需求的建筑模型。 另外，可通過調整平面空間形態在最大程度上創建出符合需求的獨特空間，從而提升建筑的價值。 當確定建筑物的模型后，以設計規范與標準為基礎， 以采集的建筑數據作為參數設定模型的真實參數值。 高層辦公建筑建?？刂茀等绫? 所示。

表1 高層辦公建筑建?？刂茀?/p>

當高層辦公建筑屬于非常規柔性建筑時， 建筑模型的幾何信息可采用平面形狀及三維形態進行確定。 平面形狀主要應用的控制方式為點集控制， 即按照建筑物中點以及端點所構成的點陣來確定建筑的平面樣式， 通過對不同區域位置的點參數進行不同的調整，實現對于子點集的調整功能，可顯著提升建筑平面設計的靈活性，構建出理想的建筑外形；三維形態應用的控制方式則為漸變控制， 即依據逐層計算梯度的方式實現建筑物形態的調整，應用的控制方式為漸變控制，該控制方式的對象為建筑的自然層， 基于對建筑物不同自然層的參數的控制獲得不同的結構形態， 從而實現建筑各層結構的連續漸變， 三維形態控制方式能夠設計構建出更具有律動的形狀，能夠使其與周圍環境相協調，增強二者的聯系性與關聯性。 另外，針對建筑物外窗的BIM 模型構建主要是將日照對于建筑物能耗的影響水平作為參照標準， 據此可甄選出合適的造型與寸尺。

3.2 高層辦公建筑的基礎節能優化

依托于BIM 模型技術， 通過將綠色建筑技術應用于模型的創建中可實現建筑的節能優化。綠色建筑技術根據其性質的不同可分為綠色材料設備技術以及自然資源應用技術兩種[4]。

自然資源應用技術作為建筑中一種被動式綠色建筑技術對設計與施工具有極為嚴苛的要求， 在設計與施工中需要相關人員嚴格遵循規范標準， 主要原因是通過自然資源應用技術可有效實現高層辦公建筑的基本節能需求。 在將綠色建筑技術應用于高層辦公建筑設計中時， 應首先開展建筑物受到的日照影響分析，確定不同季節、不同時間的日照對建筑物產生的影響以及相對應的建筑物的投影影響。 另外，建筑物的造型、 朝向以及與周邊建筑的間距同樣也是影響建筑節能優化的重要因素， 通過計算自然季風對高層辦公建筑自身以及周邊環境的影響，從而計算并確定建筑物與周邊物體的距離、建筑物的外形和朝向。 另外，建筑物中聲環境以及自然通風情況的仿真試驗也是節能優化的關鍵因素， 合理的噪聲控制以及通風條件能夠有效減少能源的應用。

由于當前科學技術的快速發展， 綠色材料設備技術所涵蓋的類型已經較為全面，如建筑結構、建筑材料、保溫材料、采暖地板、供水管道、給排水綜合利用優化等。 其中基于鋼筋混凝土框架結構建筑使用的商用預拌混凝土可顯著減少材料對環境的污染以及施工過程產生的噪聲； 土建裝修一體化施工技術的應用不僅能夠縮短施工周期，減少施工成本，而且最主要的是這種工藝技術可通過采用半成品材料的方式降低對于環境的影響；將傳統外墻保溫材料更換為石墨厚聚苯板可有效提升建筑外墻傳熱系數； 屋面保溫層通過應用擠塑聚苯板能夠顯著提升屋面的傳熱系數； 建筑中窗戶使用低輻射玻璃以及斷橋鋁合金門窗可有效提升室內空間的密封性及隔熱效果； 建筑室內通過進行采暖地板系統進行優化可有效提升室內采暖的效率、減少資源浪費，如在混凝土墻以及混凝土地板應用低溫熱水厚地板，其厚度分別為＞200 mm、＞100 mm、＞130 mm，可獲得良好的節能效果；為了更好地降低建筑周圍環境噪聲的影響，可合理規劃建筑周邊綠化設施；建筑用水由市政供給，景觀、清潔用水則采用再生水；綠化用水則由地下水、雨水收集設施提供；建筑內熱水由頂面太陽能提供；建筑內用水器具均采用高效節水型號。

3.3 智能節能技術的應用

綠色建筑技術中，智能節能技術可實現能耗的降低，相關應用策略如圖1 所示。

圖1 智能節能技術應用策略

另外，建筑的物業管理同樣采用智能管理系統，實現用戶用水、用電的智能在線監管，并通過智能樓宇綜合管理系統，如消防聯動、災害報警、智能監控及安防等系統實現高層辦公建筑的科學管理。

4 實例應用分析

4.1 實驗設計

4.1.1 案例概述

某沿海地區高層辦公樓工程為采用了綠色建筑技術的高層辦公建筑，主建筑南側為城市主干道，另外3 面為市政規劃用地，建筑地基的規格為東西向100.5 m、南北向為75.3 m，主體建筑為長方形，總面積為7 567.7 m2，建筑層數為26 層，其中， 地上24 層、1～3 層為裙房、 地下室2 層， 地上4～12 層、13～23 層為開放式辦公空間，地上13 層、24 層為機房；辦公空間設計的主要原則是能夠滿足空間的靈活劃分， 設計方面具有較為規整的空間布局。

4.1.2 實驗分析

案例工程中的綠色建筑技術以及建筑節能優化主要參考依據是建筑的能源消耗數據，主要有建筑照明能源消耗、制冷能源消耗等，結合常規建筑能耗、一般節能能耗以及本研究采用的能耗節能方式為基礎進行建筑能耗及節能優化的實驗分析。實驗中數據的對比采用SPSS 22.0 統計學軟件進行處理分析， 主要方式為最大方差旋轉法， 利用建筑節能程度檢驗原則，參照數值＞1、累積方差解釋率＞60%作為建筑設計的主要約束限制條件，通過將照明能源消耗、制冷能源消耗作為公因子，可獲得累積方差貢獻率。

根據累積方差貢獻率數據可以發現， 不同因子所具有的隱含的特性能夠通過各子項目數據顯示， 表明數據間能夠得到明確的區分，并表現出顯著的收斂趨勢。 在上述數據中，由于建筑中照明需要長期應用， 而制冷多用于每年的夏季，對此，照明、制冷輸入分別為全季節照明與夏季制冷。

4.2 實驗結果分析

本研究實驗中全年照明能耗實驗對比數據如圖2 所示。依據圖2 中數據可以看出， 本研究所采用的節能優化策略顯著優于常規建筑能耗方式以及一般節能優化策略。

圖2 不同策略下全年照明能耗實驗數據對比曲線

本研究實驗中夏季制冷能耗實驗對比數據如圖3 所示。依據圖3 中數據可以看出， 本研究所采用的節能優化策略顯著優于常規建筑能耗方式以及一般節能優化策略。

圖3 不同策略下夏季制冷能耗實驗數據對比曲線

5 結語

將基于綠色建筑技術的建筑信息模型應用在高層辦公建筑節能優化中，通過采用科學、適用的綠色建筑技術可有效實現節能減排以及對生態環境的保護。 對不同的建筑能耗形式進行實驗對比研究可知，本研究中所采用的節能優化策略能減少全季節建筑照明能耗、夏季制冷能耗，具有重要的應用價值， 但本研究在應用的地域方面具有一定的局限性，需要在今后的研究中繼續深化研究，從而獲得更具有適用性的研究成果。