低能耗绿色建筑技术在某办公楼中的应用

魏曙光李龙李宝业胡振强

1山东同圆设计集团有限公司

2东营市黄河河口管理局

低能耗绿色建筑技术在某办公楼中的应用

魏曙光1李龙2李宝业2胡振强2

1山东同圆设计集团有限公司

2东营市黄河河口管理局

本文介绍了济西湿地某办公楼为达到低能耗、低排放、绿色循环利用能源、减小对周边自然环境不利影响的设计目标，在设计过程中采取了各项措施，如：主动被动措施降低空调能耗、尽可能使用各种可再生能源、固体、液体废弃物经过集中收集处理后部分循环利用、科学分析优化设计为建筑室内提供舒适的热、风及光环境等，经过模拟分析表明达到了设计目标，为以后类似项目的设计提供一些设计经验。

绿色建筑 低能耗 低排放 可再生能源利用

济西湿地办公楼地处济西国家湿地公园内，湿地公园位于济南市西部，面积约33.4km2，是济南市城市建设工程重点推进项目，周围生态环境良好，自然环境优美。济西湿地办公楼，总用地面积2.3km2，分三期建成，本次设计为一期，地上2+1层，地下1层，建筑高度10.25m，总建筑面积5953.40m2，主要功能为办公、会议、餐饮、宿舍等。现该区域内无市政给水、排水、热力、燃气管网，仅有电能可提供稳定供给。根据项目背景情况及建设单位要求，本项目需要实现以下设计目标：低能耗，运营维护成本低；低排放，减小对周边自然环境的不利影响；绿色循环利用能源；保证办公和生活的较高舒适度。

1 项目措施

本项目在设计过程中为实现以上的设计目标采用了以下的设计措施：

1）低能耗：主动被动措施降低建筑夏季制冷、冬季采暖的能源消耗。

2）再生能源利用：尽可能使用可再生能源来满足部分能源需求。

3）绿色循环利用资源：固体、液体废弃物经过集中收集处理后，部分循环利用，达到降低废气物排放的目的。

4）提高舒适度：经过科学分析优化设计，为建筑室内提供舒适的热环境、风环境以及光环境。

整个项目措施流程如图1，所采用的绿色节能降耗技术汇总如图2。

图1 项目措施流程图

图2 本工程绿色节能降耗技术汇总

2 降低空调能耗措施

降低空调能耗，主要从“被动”和“主动”两方面来解决，即：“被动优先降低空调能耗”、“主动优化提高能源利用效率”。

2.1 被动措施

降低空调能耗被动措施需要在建筑方案设计阶段，在建筑物的位置布局、建筑设计方案、室内开窗位置、综合遮阳、墙体保温等方面综合设计。

2.1.1 保证室外良好风环境

建筑室内微环境受风环境影响很大[1]，合理规划室外布局，提高建筑周边风环境是创造健康、舒适生活环境的重要保证；同时，良好的风环境既能减少自然环境对人的伤害，又能有效降低建筑能耗，实现资源的节约型可持续型利用。在本次设计中室外风环境的要求为：室外风环境要做到冬季防风，夏季促进室内自然通风。在方案设计阶段进行了充分考虑，利用数值模拟技术，模拟室外风环境场，调整建筑模型，在建筑中增加两个庭院的设计为夏季建筑的自然通风创造了有利条件。

如图3所示为建筑在夏季的室外风环境情况，由分析结果可以看出：在夏季建筑室外风环境良好，没有对人活动区域产生不利影响，1.5m高度处的风速均小于5m/s，且场地内风压分布均匀，无明显滞风区，前后压差大于1.5Pa，有利于室内自然通风的形成。

图3 夏季室外风环境数值模拟图

如图4所示为建筑在冬季的室外风环境情况，由分析结果可以看出：北侧比较完整规则的界面并没有使冬季冷风进入两个庭院，在1.5m高度人行活动区域的风速较小，建筑迎风面前后压差不大于5Pa，在环境中没有形成大风环境，冬季风环境良好，有利于建筑冬季保温，减少冬季采暖能耗。

图4 冬季室外风环境数值模拟图

2.1.2 增加建筑自然通风

由于本建筑体量较小，进深不大，可采用窗户的形式对室内进行自然通风。根据室内通风模拟报告的结果对建筑开窗位置、大小、数量进行优化设计。

采用数值模拟技术对室内通风分析显示（图5），建筑大部分房间夏季自然通风效果较好，可在一定程度减少空调的使用，同时室内空气质量品质较高。只有少量东侧房间通风不畅，原因在于气流需先经过走廊再进入室内，在室内没有直接形成穿堂风。这些房间为了增强室内通风效果，将进风口设置在较低的位置，房间对侧外墙增设高窗作为出风口，利用烟囱效应加强室内通风。

图5 自然通风数值模拟图

2.1.3 增加综合遮阳措施

窗口遮阳是改善建筑夏季室内热环境、降低空调能耗的一个重要措施[2]，但是太阳辐射对冬季室内热环境是非常有利的，因此，遮阳设计要平衡冬、夏季对太阳辐射的不同需求。本工程外立面玻璃幕墙区域较多，主要采用了三种高效的外遮阳方式，分别为建筑自遮阳、南向水平遮阳以及东西向垂直遮阳。同时，在南向展厅和建筑东西向外遮阳上采用可调节遮阳叶片，在冬季设置适宜的角度，以不阻挡冬季窗户获得太阳辐射。

由建筑窗洞口得热情况分析可以看出（图6～图7），通过综合遮阳方式地使用，建筑中使用这样的部位外围护结构在夏季得热显著下降，据粗略计算结果显示，使用遮阳后建筑围护结构得热降低约40%，从而使得夏季空调制冷能耗可显著降低。

图6 不采用遮阳措施时建筑围护结构得热分析

图7 采用遮阳措施时建筑围护结构得热分析

2.1.4 加强外围护结构的保温隔热性能

本项目的建筑外围护结构主要包括屋面、墙体、楼板、窗户以及玻璃幕墙。采用的保温隔热措施有：自保温砌块墙、外墙增加轻型隔热表皮、双层玻璃幕墙、Low-E中空保温玻璃等。通过这些保温隔热措施，将会显著降低空调能耗。

2.1.5 夜间通风技术

夜间通风技术配合蓄冷蓄热围护结构使用[3]。夏季白天室外温度较高，夜间往往比白天低很多，可以在夜间加大通风量，利用建筑围护结构夜间通风的蓄冷，白天建筑围护结构将蓄冷释放，满足建筑一部分供冷需求。通风量越大，带走热量越多，降温效果越好。在建筑屋面开设天窗，辅助夜间通风技术。夜间通风技术完全是被动措施，不会额外增加建筑能耗。

2.2 主动措施

1）空调冷热源采用地埋管地源热泵系统。本工程周围有大量绿化用地，三期总建筑面积仅有15000m2、对周围自然环境要求较高、要求能源消耗低等，非常适合采用地埋管地源热泵系统。本工程选用两台制冷量为650kW制冷热泵机组，设于地下热泵机房内，室外埋管面积3500m2，均埋设在室外绿化用地内。通过采用此系统形式，能够大幅降低空调系统运行能耗。

2）采用蓄冷蓄热地板。楼板蓄冷蓄热技术，是一种较好的降低空调系统运行能耗的方法，有两种做法：在地板中加入相变材料或直接使用热惰性较大的混凝土楼板。冬季，白天吸收太阳辐射热量并储存在地板中，在太阳降落后向室内释放热量，从而增加室内温度减少供暖能耗；夏季，白天太阳辐射热量被阻隔在墙体中而不进入室内，到了夜晚，与夜间通风相结合，利用建筑围护结构夜间通风的蓄冷，白天建筑围护结构将蓄冷释放，满足建筑一部分供冷需求。不过由于造价等各方面原因，建设单位最终未采用此项技术。

3）末端设计高效风机盘管及新风换气系统。空调末端采用风机盘管加新风系统。根据冷热负荷计算，合理选择室内风机盘管，采用新风换气系统节能降耗，空调水系统设静态及动态水力平衡阀保证水力系统平衡。

3 可再生能源利用

本项目中有客房和餐饮区，需要生活热水供应。本项目所有生活热水，均由集中式屋顶太阳能热水系统提供，充分利用可再生能源，节能降耗。太阳能集热板设于南向部分坡屋顶处，实现太阳能集热板与屋面一体化设计（图8），与屋面完美结合，太阳能热水机房设于地下。

图8 太阳能集热板示意位置

4 降低固体、液体废弃物物排放措施（循环利用）

本项目是集合科研办公、餐饮、宿舍为一体的综合办公建筑，建筑的废弃物排放主要来源于普通生活垃圾、餐饮垃圾以及生活污水。满足建筑低排放要求应遵循的两个原则是：加强废物的循环利用和选用合理经济的废物处理措施。

1）降低液体废弃物排放措施。本项目周围无市政污水管网，本项目设中水站一个，所有污水均经管道收集后排至中水站，处理后中水全部回用。回用方式主要包括：卫生间冲厕、冲洗室外道路、室外绿化灌溉、中水洗车等。由于室外绿化面积较大，可满足所有中水均回用的要求。

2）降低固体废弃物排放措施——厌氧处理生产沼气。本项目中有餐饮功能，需消耗燃气能源，本项目周围无市政燃气管网。餐厨垃圾和部分生活垃圾是很好的沼气产生源[4]，本项目设计沼气生产处理设备一套，餐厨垃圾和部分生活垃圾投入沼气发生器，经厌氧处理后，产生沼气，设计连接厨房沼气管线，代替部分燃气为餐厨提供能源。本项目周围有农业养殖示范基地一个，有牛、羊、鹿等养殖项目，牲畜粪便是最好的沼气产气源，设计中采用污水管道将牲畜粪便排至沼气发生器，补充生产沼气物来源。通过此措施，既减少固体废弃物排放，又补充了部分厨房炊事用气的来源。

5 总结

本项目采用了多项绿色节能降耗技术和方法，通过这些技术地使用，能够达到低能耗、低排放、绿色循环利用的项目目标，是一个值得推广的案例，期待能为后来设计者提供一些帮助。

[1]王旭.建筑室外风环境和室内通风的试验和数值模拟研究[D].杭州:浙江大学,2011

[2]任敏.建筑外遮阳与建筑设计[D].南京:东南大学,2007

[3]周军莉,彭畅,胡艳.夜间通风实验及计算研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2012,(5):45-49

[4]张存胜.厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究[D].北京:北京化工大学,2013

Applic a tion of Low Ene rgy Cons um ption, Gre e n Building in the Offic e Building

WEI Shu-guang1,LI Long2,LI Bao-ye2,HU Zhen-qiang2
1 Shan Dong Tong Yuan Design Group Co.,Ltd.
2 The Yellow River Estuary Administration

This paper introduces an office building of the wetland in order to achieve low consumption,low emission, green recycling energy,reduce adverse impacts on the surrounding natural environment,in the design process has taken various measures,such as:active and passive measures to reduce the energy consumption of air-conditioning,the use of various renewable energy,solid and liquid waste after concentrated collecting the treated part of recycling,scientific analysis and optimum design for comfortable indoor environment,through the simulation analysis reaches the design goal,provide some experience for the similar project design.

green building,low energy consumption,low emissions,use of renewable energy

1003-0344（2015）03-080-4

2014-2-24

魏曙光（1982～），硕士，工程师；济南市高新区舜华路2000号舜泰广场11号楼四楼（250101）；E-mail:weisg1982@163.com