富潤大廈超低能耗建筑節能措施探究

【中圖分類號】 TU201.5

【文獻標志碼】 A

0 引言

兌現“雙碳”目標承諾，2030年實現“碳達峰”，2060年實現“碳中和”。自2020年9月國家明確這一重大目標以來，社會各界場積極響應和配合[1]。特別是建筑行業，如何降低建筑能耗，充分利用清潔能源，節約資源，發展超低能耗建筑成了熱門研究課題，各類超低能耗建筑業已成為近年及未來一段時間行業內爭相看齊的標桿。

超低能耗建筑是指在建筑圍護結構、設備能監控及能耗監測系統、智能照明系統、光伏及風能發電等；可再生清潔能源系統等方面，進行適當的優化利用，使得建筑綜合能耗降低到相對水平[2]。一般規定，超低能耗公共建筑的建筑綜合節能率要達到 50% 及以上，建筑本體節能率要達到 20% （針對夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和地區）或 25% （針對嚴寒、寒冷地區)及以上[3]

超低能耗建筑的實現，不僅包含了傳統的建筑學理論，更包含了近年來不斷被抬升的綠色化、智能化建筑理念。一方面，綠色化本身要求建筑具有綠色環保節能的屬性和特質，是可持續發展的基礎；另一方面，智能化是實現建筑低碳節能的有利措施和手段，并滿足了建筑物舒適、便利的更高要求。

在此背景下，成都市天府新區富潤大廈項目（由兩座塔樓組成，主塔樓28層，副塔樓18層，地下4層，總建筑面積約12.3萬 m² ，建筑高度約 129m ），作為自有辦公建筑，對綠色化、智能化的要求應緊跟國家發展戰略的基本要求，在積極響應國家“雙碳”目標的同時，在綠色節能方面力爭行業上游。因此，在原本綠建2星的設計標準上，努力向超低能耗建筑目標靠近，是很有必要的。

1國內外研究現狀及其對富潤大廈的借鑒意義

在正式開展富潤大廈節能優化措施的制定之前，對超低能耗建筑的國內外發展現狀進行了搜索和了解。

對于建筑內外環境及能耗的模擬分析，國內外普遍借助數值模擬技術，結合建筑信息模型(BIM)技術在建筑設計領域的不斷嘗試和成功，陳慧銘[5將BIM技術應用到綠色建筑的協同設計過程中，旨在通過BIM技術提供的多維度協同便利，讓建筑設計過程更加細致明了，同時給予日照、聲環境、風環境、熱環境等同步的建筑性能分析，幫助設計師隨時掌握設計成果的各項指標是否趨于預期，最終給出理想的設計方案。就目前而言，國內的大部分綠色建筑設計過程均存在流于形式的問題，以綠色認證的固定模式，通過概念堆疊，為了拿到綠建認證標識而進行設計。不同地區、不同建筑形式的建筑也大都采用相似的所謂綠建技術，罕有針對性的設計，對綠色建筑的體現有待提升。好的建筑方案才是綠色建筑設計的開始，合理的利用周邊環境，并采用科學的空間布局，能有效減少建筑運行能耗。這也正是本文所涉項目所面臨的問題所在，富潤大廈以綠建2星為標準進行設計，目前施工圖均已通過圖紙審核，綠建小組又是在完成了施工圖設計階段后才介入，很多設計方案不便做更改，唯有通過對圍護結構、設備及控制系統、清潔能源補充及后期運維階段的節能優化措施，來對整個建筑的用能方式進行調控，以期達到節能降耗的更高目標。

對于圍護結構的節能優化措施，主要針對幕墻系統的優化，包括幕墻材質、安裝方式、氣密性處理、構件層數等等方面的優化設計。呂科等研制了一種基于超低能耗建筑的被動式幕墻系統，主要特征在于，通過采用傳熱系數較低的玻璃面板，并在玻璃面板跟鋁合金立柱、橫梁、壓板之間的空隙內填充滿導熱系數較低的聚氨酯發泡填充劑的措施，有效降低幕墻系統的熱工性能。桓少鳴等[7]研制了一種用于超低能耗建筑的新風系統，實際上是一種置于圍護結構上的通風裝置，其特征在于將進氣口開在墻體上，并設置若干沿圓周分布的過濾網過濾通過該氣口進入建筑內部的空氣，再通過驅動裝置使得過濾網可沿圓周轉動，過濾裝置可拆洗，從而改善建筑室內通風的效果。結合富潤大廈設計情況，圍護結構仍需以玻璃幕墻為主要形式，節能優化的重點更多的集中在玻璃材質、玻璃層數、氣密性及幕墻豎挺的連接形式上。

對于設備運維的節能優化措施，主要是通過建立設備監控及能耗監測系統，將整個建筑物內的耗能大戶進行集中監控，比如暖通系統和照明系統，集中控制啟閉機功效，避免不合理的運行模式及人為不良習慣造成的能源浪費。近年來，清華大學在建筑能耗監測及控制方面作出了大量的工作并取得了諸多成效，以江億為代表的團隊，在建筑能耗模擬和監測、實際空調系統的運行優化方面卓有成效，在國內頗具影響力[8]。就富潤大廈而言，為滿足5A級寫字樓的辦公標準，建筑智能化系統是必須考慮的，其中設備監控及能耗監測系統是重要組成部分，同樣還包括智能照明系統，均是后期通過設備運維來保證辦公舒適并起到節能降耗作用的主要技術手段和設施基礎。

在具備能耗監測及設備監控的設施基礎上，還需要借助一個重要的手段來實現建筑的節能優化，那就是設備調試。作為建筑節能降耗的重要技術手段，調試在歐美等發達國家，已經有了相當長久的研究基礎。主要是針對空調系統的調試，具體則包括制冷機、冷卻塔、水泵、鍋爐、空調機組等。此外還包括空調水系統、風系統、自控系統、生活用熱水系統子系統的調試。調試已經成為LEED（Leadership in EnergyandEnvironmentalDesign能源與環境設計先鋒）認證的必要條件[9]。20 世紀80年代初，香港也接受了調試的概念；90年代初，試的思想和方法被引入內地，主要是針對空調系統，始于清華大學與日本的Nakahara的交流合作[10]。就目前而言，國內對于暖通空調系統優化調試的重要性，仍然未引起所期望的足夠的重視。多數情況下，僅在項目竣工階段，由施工單位進行簡單的單機及系統調試。有關調試概念還未被廣泛接受，也未制訂相應的技術規范。2011年，中國科技部、國家能源局和美國能源部共同成立的中美清潔能源聯合研究中心建筑節能合作項目先進建筑設備系統技術的適應性研究和示范課題已經順利啟動，建筑暖通空調系統的調試是該課題的主要組成部分[11]。在富潤大廈建成后，設備調試也將是一項重要的內容，通過對不同時段不同空間的冷熱環境及需求分析，制定不同的具有針對性的管理和使用模式，幫助物業管理部門優化設備運維模式，更高效地服務大樓內各區域的用戶，并最終達到節能降耗的目標。

要做到建筑節能降耗，創超低能耗建筑，除了通過圍護結構優化、設備優化、調試等方式對可能產生的能耗進行控制、降低能耗外，還有一項關鍵措施，就是通過增設清潔能源系統，起到能源補充的作用，建筑物不光耗能，還能自身產能，以此抵消部分能耗指標。常見的清潔能源系統包括光伏發電系統、風力發電系統等。目前國內光伏技術已趨于成熟，但主要應用在光伏并網發電方面，建筑單體上的應用多以太陽能熱水系統為體現。部分地區已經出臺政策要求將清潔能源與建筑本體能源系統進行有機結合。從長遠看，利用綠色能源，減少建筑尤其是高能耗建筑對傳統能源的消耗，是未來整個建筑行業的發展趨勢。對于富潤大廈，利用清潔能源也將是一個重要方面，但考慮到成都地區光照條件并不理想，在光伏發電的利用形式上，富潤大廈還需要更多的測算和考慮。

上述國內外研究現狀給富潤大廈創超低能耗建筑提供了多方面的節能優化措施思路，值得注意的是，在成都市本地，已經出現了可供富潤大廈借鑒的綠色建筑案例，四川省建科院大樓。建科院大樓始建于1985年，2018年經過一些列綠色節能改造，獲得了西南地區國內首個“綠色三星”認證[12]。該大樓改造后，年節能60萬 kW?h 電，可供200個城市家庭用一年。主要節能措施也集中在幕墻優化、智能照明、空調系統控制及調試、光伏發電補能。該大樓綠色改造的成功，為富潤大廈節能優化、創超低能耗建筑起到了模板作用，但由于兩者在周邊環境及建筑體量上的差異，富潤大廈需要在參考這些經驗的基礎上，做出更具針對性的努力。

2主要節能優化措施

通過應用綠建斯維爾軟件建立能耗模型，導入富潤大廈原設計參數，模擬計算得出富潤大廈能耗值約為135.89kW?h/m² ，與《近零能耗建筑技術標準》關于超低能耗建筑的能耗引導值 75kW?h/m² 相比，還有非常大的差距。

此外，在節能率方面，單純考慮優化幕墻材質及采用光伏發電這兩項措施，模擬計算出的富潤項目綜合節能率大概能達到 36.75% ，與超低能耗建筑綜合節能率需達到 50% 的指標相比，雖存在差距，但這是在未考慮暖通設備優化及調適、智能照明這兩項措施的情況下得到的結論，也為考慮幕墻開窗、通風優化等進一步措施，如果繼續考慮對空調、照明這兩大耗能大戶進行節能優化，綜合節能率將會有較大增幅，因此富潤大廈創超低能耗建筑是完全可行的。

2.1 圍護結構節能優化

富潤大廈外圍護結構采用玻璃幕墻的形式，要起到節能降耗的作用，可在玻璃材質、保溫材料、開窗形式及位置大小上采取優化措施，此外，幕墻氣密性及豎挺連接件方面也可以進行進一步的優化。

就玻璃材質而言，普通的節能幕墻一般采用6中透Low一E+12A+6 透明型的玻璃，在保證室內采光相同的情況下，若改為采用6中透三銀 Low-E+12Ar+6 透明型玻璃，遮陽、隔熱性能會更加優秀，向建筑外傳送的熱量更小，更加節能。若進一步考慮采用三層雙中空玻璃，會發揮更好的隔熱節能效果[13]

針對豎挺與建筑結構的連接裝置，可考慮增加隔熱墊層，采用無熱橋設計方式。幕墻骨架就像是包圍在建筑周身的金屬網一樣，對建筑物的熱傳導作用不容小視，無熱橋設計將在很大程度上降低熱量的傳遞，進而起到節能降耗的作用。此外，施工過程中對于樓層之間的密封處理質量也至關重要，直接影響到暖通系統的工作效果，施工階段需要加強這方面的質量把控。

根據測算，幕墻節能優化后，年節約能耗約為109951kW?h ，按照0.91元/kW·h的電費計價標準，年節約費用約10萬元；幕墻優化后，相對應的設備負荷可適當降低，較原設計可節約設備成本約21萬元。

2.2樓控系統節能優化

參照5A級的寫字樓標準，富潤大廈本身需要設置設備監控及能耗監測系統，是樓控系統的主要組成內容，也是通過集中控制、有序使用設備并達到節能降耗目標的基本條件[14]。樓控系統的節能優化措施，主要針對兩個最大的用能系統：暖通空調系統及照明系統。對于暖通空調系統，主要通過控制溫度、濕度與送風量來統一有序管理建筑各樓層的設備，在滿足舒適辦公的前提下，有效分配機組的作息時間，統一調控室內環境。主要滿足的功能是：通過溫、濕度傳感器采集并反饋設備運行數據，并通過前端控制器及時對閥門進行調節，控制室內溫、濕度處于最佳狀態；同理，通過傳感器及控制器對送風量進行調控；對設備的使用情況進行自檢，及時反饋檢修人員進行維護檢修。

對照明系統，辦公區實現分區分片統一照明控制，公共區域盡量采用感應照明控制。最終的目標是做到人走燈滅、智能調光。系統通過收集學習不同時段、不同區域的照明習慣，匯總形成大數據，配合管理人員對燈光進行智能調節；通過存在感應器，對樓層或者區域的燈具進行控制，實現人走燈滅的應用場景、氛圍調節等其他功能。

根據市場調研，主流的樓控系統供應商（如清華同方、江森、霍尼韋爾、施耐德等品牌)給出的能耗節約率指標控制在20%～25% 范圍內。富潤大廈年運行能耗約 3264814kW?h 樓控系統可帶來 594168kW?h～742710kW?h 的能耗節約，約合54萬 ～68 萬元/年。

2.3 系統調適

富潤大廈系統調適的重點，同樣應該集中在暖通空調系統和照明系統上。初步建議，可根據時間、空間規律，進行使用模式的劃分。比如暖通空調系統在夏季、冬季的運行模式基礎上，可進一步細化，針對不同建筑高度處的樓層，結合日照及通風環境的不同，制定不同的運行模式。在工作日的不同時段，上班高峰期與下班后的用能模式也是可以區別制定的；工作日與非工作日的用能模式更是會有所不同。對于照明系統，公共區域與辦公區要區別設置照明模式，不同日照環境下也應對應有不同的內部照明模式。只有通過更加細致的用能模式的制定，才能更好地適應不同的用能環境，達到節能的目的。當然，系統調適將是一個長時間的磨合適應過程，要找到合理的用能模式，需要在運維階段通過不斷的嘗試和調整。

2.4清潔能源補充

鑒于富潤大廈地理位置及日照環境的限制，能源補充方面，建議采用在建筑樓頂鋪設光伏板發電的形式。通過市場調研，得到的初步方案是在樓頂空余處 15^° 傾角架空固定式安裝光伏板，鋪設規模大約為 118kW ，電壓等級 380V 。光伏發電主要用于照明，當光伏板不發電或發電量不足時，辦公樓內電力仍由電網供給，無需手動切換。初步估算，該系

統每年節省的電費約9萬元。

3結論

通過對國內外研究現狀及本地建筑實例參照分析，富潤大廈創超低能耗建筑是具有可操作性的，主要的節能優化措施分四大方面，即：

(1)圍護結構節能優化，主要針對幕墻材質及開窗形式進行優化。(2)樓控系統節能優化，主要針對暖通空調及照明系統的能耗監測與控制進行優化，為后期設備運維提供可能的操作平臺。(3)暖通空調系統的調試，主要針對不同時空環境下的用能模式進行優化。(4)清潔能源補充，主要針對光伏發電，對建筑用能進行補充。目前，富潤大廈還處在正負 0m 以下施工階段，本文經過探究得到的節能優化措施將對后期各節能專項設計起到積極的參考作用，共同推進富潤大廈達到創超低能耗建筑的目標。

參考文獻

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