夏热冬冷地区中庭式办公楼的绿色设计实践★

陈中宏 刁子坤 隽杰龙 尤鸿飞

(江苏美城建筑规划设计院有限公司，江苏 淮安 223005)



夏热冬冷地区中庭式办公楼的绿色设计实践★

陈中宏 刁子坤 隽杰龙 尤鸿飞

(江苏美城建筑规划设计院有限公司，江苏 淮安 223005)

结合工程实例，基于绿色建筑评价标准，探讨了夏热冬冷地区中庭式办公楼的绿色设计策略，并阐述了主要绿色建筑技术措施，有利于实现建筑的可持续发展。

办公楼，绿色建筑，节能，可持续发展

0 引言

自2006年我国推出《绿色建筑评价标准》，国内的绿色建筑迅猛发展，截至2015年1月，我国绿色建筑标识项目数量达2 538项，其中设计标识2 379项[1]。目前在公共建筑中办公楼建筑占较大比例，其各种电器能耗、供暖能耗、照明能耗及用水量等均远高于住宅[2]。夏热冬冷地区复杂的气候特点，使得建筑对夏季隔热和冬季保温有较高的要求，平衡节能与投资关系面临着很多挑战。绿色中庭其功能和内涵较为丰富，冬季时中庭为一个暖房，有保温作用；夏季时，中庭顶部的遮阳板遮挡直射阳光，天窗自然通风使中庭成为一个巨大凉棚。因此中庭有助于绿色建筑节能设计，有助于推动绿色生态办公环境的营造。

1 项目概况

本项目位于江苏省淮安市经济技术开发区科技路10号，总占地面积为20 204 m2，规划总建筑面积为41 200 m2，绿地率50%，项目场地内结合道路设置地面生态停车，机动车停放216辆，非机动车停放445辆。办公楼建筑面积16 727 m2，为二类高层建筑，共8层，其中1层～3层为办公，4层为报告厅和员工餐厅，5层～7层为办公及公寓式办公，8层为员工休息室及设备用房(见图1)，办公楼位于地块的南侧，退让科技路20 m，留出一个大型广场，美化环境同时降低噪声对办公楼的干扰，办公楼北侧集中绿化，设有篮球场、足球场以及健身场地供工作人员散步休闲活动，为员工打造一个健康自由的办公环境。

2 基于绿色办公的中庭设计策略

2.1 绿色中庭总体策略

绿色办公应利用建筑与自然环境和谐共生的建筑设计手段，保护环境，避免资源浪费，提供一个健康、环保和高效的建筑空间[2]。夏热冬冷地区的建筑需要做到两点：夏季隔热和通风，冬季采暖。为使大进深的办公楼的采光和楼内均衡热工性能，核心式中庭更为适合。本项目楼内以核心式中庭组织空间，以中庭内折线悬挑楼梯串联一、二、三层空间，水平交通与垂直交通互为呼应，中庭内拥有较大的空间，其中的绿化、小品、水景等室内景观与门厅绿植墙、入口水景联成一体，相融共生，形成了微型的生态环境。植物、水景和阳光的共同作用，形成了一个建筑内微气候，再通过温室效应和烟囱效应调节到人体舒适的气候，如此获得一个低能耗的绿色中庭。中庭办公建筑合理的绿色设计，可降低中庭能耗，发挥中庭在采光、通风和采暖上的优势，为整体建筑节能服务[3]。

2.2 中庭的被动建筑设计

印度建筑大师查尔斯·柯里亚说过：“形式追随气候”，即通过建筑本身的规划布局、体型设计、方向朝向、材料选择等手段来适应当地气候条件，也就是现代的被动式建筑设计，即在不依赖常规能源消耗的前提下创造出舒适的办公环境[4,5]。建筑师可利用太阳光线照明，冬季补充建筑热能，夏季时利用自然通风与水分蒸发降温，充分利用雨水、植物，减少人工环境对自然的污染和破坏。夏热冬冷地区，空气湿度较大，促进室内通风有助于控制空气湿度，但风速需要控制，有研究显示室内风速在0.3 m/s～1 m/s最佳[6]。因此冬冷夏热地区被动建筑设计主要有以下手段：自然通风、自然采光、建筑遮阳、地泵热源、建筑隔热、生态绿化、雨水收集等。

3 主要绿色建筑技术措施

项目结合了夏热冬冷地区气候和建筑耗能特点，基于“四节一环保”的各项指标的分析，采用“被动设计为主，主动设计为辅”的绿色设计的技术路线，利用计算机软件模拟优化分析，发挥建筑自身调节能力，从而达到低成本、绿色可持续发展的目标。研究组收集了淮安本地气候特点，利用该地区已有成熟绿色建筑技术，最终采用了低能耗围护结构、遮阳系统、节水与水资源回收利用，自然通风与天然采光、建筑产业现代化技术及其他主要技术措施等技术亮点。

3.1 低能耗围护结构

3.1.1 屋顶构造

基于绿色生态式办公建筑理念，屋顶采用花园种植屋面使得屋顶保持着稳定的热工性能。综合楼屋顶采用导热系数为0.47 W/(m·K)的轻质混合种植土和导热系数为0.07 W/(m·K)的120 mm厚泡沫混凝土进行隔热保温处理，种植屋面(如图2所示)总的传热系数为0.53 W/(m·K)，热惰性指标为7.08，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤0.6 W/(m2·K)”的相应指标。

3.1.2 墙体和外窗

外墙采用220厚导热系数为0.13 W/(m·K)的自保温蒸压砂加气混凝土砌块进行保温处理，整个外墙的传热系数为0.69 W/(m·K)，热惰性指标为4.93，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤0.8 W/(m2·K)”的要求。外围护玻璃窗和中庭顶部均采用传热系数为2.40 W/(m·K)、遮阳系数为0.5的断桥铝合金Low-E6+12A+6中空玻璃，使用Low-E玻璃是冬冷夏热地区最有效的设计策略，可降低夏季太阳辐射，减弱冬季室内外的热传递[7，8]。

3.2 遮阳系统

3.2.1 陶土板构件遮阳与攀爬植物网遮阳

陶土板是以天然紫砂泥为原材料，经过高压挤出成型，低温干燥并经过高温烧制而成，颜色丰富，有较好自洁性[9]。选用灰色调的陶土板与攀爬植物网交错排布在办公楼2层和3层之东、南、西向阳台(见图3)，与整体外立面材质的芝麻白色液态花岗岩、芝麻白石材干挂交相辉映。陶土板构件与攀爬植物网可有效阻挡部分阳光直射进室内，防止室内眩光现象，降低夏季空调能耗，丰富建筑立面，塑造了鲜活的外立面风景。

3.2.2 幕布遮阳与玻璃幕墙遮阳

冬冷夏热地区中庭遮阳系统既要考虑夏季遮阳又要考虑冬季采暖，除了采用Low-E遮阳还设置可自动伸缩的内遮阳幕布。自动伸缩遮阳幕布根据室内中庭的温度感应器自动调节。建筑外窗采用断桥铝合金中空玻璃窗，东向为Low-E6+12A+6, 传热系数K=2.4 W/(m2·K)，平均综合遮阳系数SC=0.32，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。南向为Low-E6+12A+6,传热系数K=2.4 W/(m2·K)，平均综合遮阳系数SC=0.34，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤2.5，SC≤0.35/-”的要求。西向为Low-E6+12A+6,传热系数K=2.4 W/(m2·K)，平均综合遮阳系数SC=0.25，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。北向为Low-E6+12A+6,传热系数K=2.4 W/(m2·K)，平均综合遮阳系数SC=0.45，满足DGJ 32/J96—2010公共建筑节能设计标准中夏热冬冷地区“K≤2.5，SC≤0.5/-”的要求。

3.3 节水与水资源利用

3.3.1 节水措施

该项目的卫生器具均采用优质节水、节能产品，均满足CJ 164节水型生活用水器具及GB 18870节水型产品技术条件与管理通则的要求。设计组合理选择相应的管材与相应配件，所有的阀门均选用高性能、零泄漏阀门。设计组对屋面和绿地的雨水进行收集设计，经物化处理后用于绿化喷灌、道路清洗等。台式及墙挂式洗手盆均采用了自闭式水嘴，节水率达40%；小便器采用了感应式冲洗阀，节水率达40%；座便器采用了自闭式冲水阀，一次冲水量不大于6 L，节水率达50%。

3.3.2 雨水回收利用

项目采用雨水收集回收利用系统，通过雨水收集管网收集部分道路雨水、屋面雨水、绿地雨水等，收集面积约为6 900 m2，淮安地区年平均降雨量约为1 066 mm，每年收集雨水量约为2 981.5 m3，收集池体积为50 t，溢流部分雨水经雨水管网排至市政管网。项目年雨水利用总量约为2 164.27 m3，可满足绿化、道路及广场用水。水源在储存、输配等过程中，回收系统应有足够的消毒杀菌能力和安全防护及监测控制措施，避免水质污染。本项目的雨水收集处理工艺流程为：雨水→雨水收集管网→初期雨水弃流→雨水存储处理→过滤器→在线消毒器→回用于绿化喷灌、道路清洗等。

3.4 自然通风与天然采光

办公楼外窗均能满足办公空间内的自然通风和采光要求，东向、南向、西向、北向的窗墙比分别为0.39，0.62，0.47，0.53，满足夏热冬冷地区平均窗墙比各方向的标准。外窗除固定窗外均为下悬窗，外窗可开启部分面积不小于外窗总面积的30%，窗的气密性不低于GB/T 7106—2008建筑外窗气密性能分级及检测规定的6级。

3.4.1 自然通风

项目地处亚热带湿润季风气候地区，根据GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范及《中国建筑热环境分析专用气象数据集》气象参数和CFD(Computational Fluid Dynamics)软件模拟风环境，设置夏季主导风向为东南风，平均风速为2.9 m/s，冬季主导风向为东北风，主导风向平均风速为3.2 m/s，过渡季节为东风，主导风向平均风速为2.42 m/s，对夏、冬季节工况进行风环境模拟分析。

根据软件模拟结果表明：夏季室内人行高度处平均风速为0.65 m/s，冬季平均风速为0.4 m/s，局部区域风速偏小，风速小于0.15 m/s，不影响人员室内活动。由于建筑表面压差较大，建筑立面组合开启比较充分，室内通风顺畅，室内主要办公室内夏季空气龄均小于1 000 s、冬季空气龄均小于1 500 s，即通风换气次数夏季大于3.6次/h、冬季大于2.4次/h，满足《绿色建筑评价标准》对办公建筑室内自然通风的要求。

3.4.2 天然采光

项目整体采光良好，75%以上的Ⅲ，Ⅳ级采光要求功能空间采光系数的平均值均在规定的采光标准值以上。本项目采用Ecotect软件对办公楼标准层室内光环境进行模拟。软件分析结果表明，主要办公空间平均采光系数均达到标准值，满足GB 5033—2013建筑采光设计标准对办公建筑采光的各项指标。

3.5 建筑产业现代化技术

本项目提供大空间结构体系，最大限度的取消了室内的承重墙，为空间分割提供最大可能性。办公区内按照建筑产业现代化要求，通过部分构件进行预制，减少混凝土的现浇量，减少施工难度等方式提高施工效率和实现建筑科学化管理。基于考虑建筑大空间化结构体系，本项目采用以下两个方面的建筑产业现代化技术：

1)内隔墙采用轻质隔墙板与成品玻璃隔断(如图4所示)，其比例占总隔墙的70%，可丰富空间分割的多样性，提高办公场所的创造性和整个建筑全生命周期内变化灵活性。

2)采用分离式连接方式安装预制混凝土楼梯和预制钢楼梯(如图5所示)，减少现场混凝土浇筑量，加快施工进度，高效地连接垂直空间。分离式预制楼梯还可有效消除梯段的斜撑效应，有利于提高整体结构的抗震性能[10]。

3.6 其他节能技术措施

1)高效能设备系统。

项目西侧部位按变频一拖多变制冷剂流量空调系统设计，东侧部位按中央空调地源热泵系统设计，地源热泵制冷量307 kW，输入功率56.4 kW，性能系数为3.29，高于标准要求，节约空调系统的能耗。

2)高效照明。

办公楼所有室内外照明系统均采用高品质、节能型光源及灯具。消防电梯、正压风机、排烟风机、消防栓泵、喷淋泵、稳压泵、消控室用电等消防设备用二路电源供电至末端自动切换，应急疏散照明采用自带蓄电池应急照明灯。

3)可再生能源利用。

业务综合楼内设置集中热水供水系统，热源来自地源热泵热回收系统，还设置太阳能热水系统，同时辅以空气源热泵，地源热泵使用比例占总负荷的62.8%。

4)土建装修一体化设计施工。

项目设计时，各专业相互配合，对预留孔洞、预埋件、设备及开关安装尺寸与位置等进行综合考虑，避免装修时对建筑结构的破坏和减少二次装修带来的噪声污染，节约建筑材料。

5)可循环材料的使用。

本项目可再循环材料使用重量：5 651.06 t，所有建筑材料总重量为：63 312.84 t，可再循环材料使用重量占所有建筑材料总重量的比例为8.93%。

4 结语

本项目从江苏地区夏热冬冷的气候特点和中庭式办公建筑的基本点出发，综合考虑项目运营使用的实际情况进行合理设计和软件模拟，运用适宜的绿色建筑技术，满足节能65%以上的标准。设计师在建筑朝向、平面布置、生态中庭、材料选择、立面遮阳等方面引入绿色概念设计，最大限度利用自然通风、天然采光和中庭微生态被动式节能技术，既提高了舒适度，又改善了建筑室内生态环境，降低了建筑能耗。该项目全面达到绿色建筑的二星标准，绿色建筑总增量成本经测算为130.9元/m2，经济回收期为3.65年。该项目对本地区绿色建筑理论及技术运用，引导技术成果产业化，起到了良好的示范作用，为同类型项目绿色设计提供了很好的借鉴案例。

[1] 张 川,宋 凌,孙潇月.2014年度绿色建筑评价标识统计报告[J].建设科技,2015(6):20-23.

[2] 朱 燕,何 山,葛 坚.夏热冬冷地区办公楼绿色建筑设计初探——以浙江省余姚市科创中心大厦为例[J].动感(生态城市与绿色建筑),2014(3):69-73.

[3] 周 洁.基于节能的夏热冬冷地区公共建筑采光中庭设计探析[D].杭州：浙江大学,2010:2-10.

[4] 杨 柳.建筑气候分析与设计策略研究[D].西安：西安建筑科技大学,2003:13-59.

[5] 殷超杰.夏热冬冷地区被动式建筑设计策略应用研究[D].武汉：华中科技大学,2007:10-15.

[6] 刘加平.建筑创作中的节能设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2009:2-9.

[7] 王卓佳.夏热冬冷地区绿色中庭设计策略与空间形态研究[D].杭州：浙江大学,2011:36.

[8] 卓高松.夏热冬冷地区绿色办公建筑的被动式设计策略研究[D].北京：清华大学,2013:56.

[9] 袁 涛.陶土板幕墙体系的设计与施工工艺[J].建筑科学,2013(5):104-110.

[10] 吴 韬,蒋 敏,刘 洋,等.分离式预制楼梯应用于装配式框架的抗震性能分析[J].建筑结构,2009(13):40-43.

On green design practice of atrium office building in areas hot in summer and cold in winter★

Chen Zhonghong Diao Zikun Jun Jielong You Hongfei

(Jiangsu Meicheng Architectural Planning and Design Institute Co., Ltd, Huaian 223005, China)

Combining with the engineering cases, based on green building evaluation standard, the paper explores the green design strategies of the atrium office buildings in the areas hot in summer and cold in winter, and illustrates the main green architectural technical measures, so as to realize the sustainable development of buildings.

office building, green building, energy-saving, sustainable development

1009-6825(2016)30-0188-04

2016-08-17★:江苏省普通高校研究生科研计划(项目编号：YSJ14S-18)

陈中宏(1968- )，男，高级建筑师； 刁子坤(1987- )，男，助理工程师； 隽杰龙(1989- )，男，助理建筑师； 尤鸿飞(1988- )，男，助理建筑师

TU201.5

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