公共建筑节能技术在绿色建筑中的运用研究——以桥梁科技大厦为例

李鑫强

中铁大桥局集团武汉置业发展有限公司 湖北 武汉 430050

前言

有数据显示，建筑业耗能占社会总耗能的30%，加上建筑材料生产过程的消耗，在社会总耗能的占比达到46%～47%。中国是建筑业大国，被国际建筑界称之为“世界上最大的建筑工地”。我国现有建筑总面积400多亿平方米，每年新建房屋面积接近20亿平方米，因此发展绿色建筑[1]是当前我国建筑业的发展趋势，是推动节能减排，实现人与自然和谐发展的重要举措。本文以桥梁科技大厦为例，讨论现代办公建筑设计中围护结构设计、暖通空调设计等几项绿色建筑技术的运用效果，为绿色建筑进一步发展提供参考依据。

1 项目概况

本项目位于武汉四新生态新城，汉阳区四新大道6号。项目总用地面积33778.9平方米，大厦总建筑面积95532.0平方米，计容建筑面积69995.3平方米，地下建筑面积25536.7平方米，地块容积率2.25，建筑密度22.01%，绿地率30.7%。桥梁科技大厦包括地下2层地上21层，建筑高度108米，地下2层为机动车库和设备用房。是集桥梁科技研发、办公、国际学术会议、桥梁科技博览及后勤服务五位一体的综合性大楼。项目打造绿色建筑（已取得绿色建筑三星设计标识证书），定位于中国建桥之都的新地标，工程建设争创“鲁班奖”，创建“海绵城市示范项目”。

桥梁科技大厦已实现了最初的建设目标，取得了较为突出的经济效益，经初步测算分析：采用的排风热回收系统每年可减少运行费用约83.69万元。

2 建筑空间布局

武汉属北亚热带季风性（湿润）气候，常年雨量充沛、热量丰富、雨热同季、旱涝更替、冬冷夏热、四季分明，项目地上21层呈“工”字形布置，建筑朝向为南偏西32.1度，与武汉的主要建筑朝向相符，利于冬季避开主导风向，夏季利用自然通风；在建筑内部，办公区采用大空间布局模式，其中不仅可划分出小的办公单元，方便员工间沟通与交流，还可按标准化、模数化布置，提高空间使用效率，节省一次性投资成本，减少资源使用浪费。

项目设计除满足常规的办公功能、流线组织外，还在第3层屋顶和顶层屋顶设置绿化花园，共同形成室外开放绿化空间，为使用者提供大量的交流活动空间，多层次的立体绿化系统也减少了环境的热岛效应。

3 围护结构设计

桥梁科技大厦在围护结构节能方面综合采用保温墙体、节能玻璃、绿化屋顶等外围护措施，实现50%[2]的节能设计，具体见表1。

表1 公共建筑围护结构热工性能指标

4 暖通空调设计

项目冷热源由设在地下二层的地源热泵机房提供，冬季提供45/40℃的热水，夏季提供7/12℃的空调冷水。冷热源为1台离心式冷水机组+3台螺杆式地源热泵机组（见表2），原理图如图1所示。

表2 冷水机组主要性能及参数表

图1 空调冷热源原理图

4.1 能耗模拟

参照建筑的围护结构热工性能根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005[2]的限值设定，设计建筑的围护结构热工性能按设计文件设定，其边界条件设置见表3～4。

表3 参照工况建筑模型主要功能房间的边界条件设置

表4 设计工况建筑模型主要功能房间的边界条件设置

办公楼日运行时间为8:00～17:00，空调供冷6月中旬～9月中旬，供暖12月中旬至次年2月中旬，扣除普通节假日，供冷按100天计，供暖按100天计，通过DeST-C能耗模拟得出设计工况下办公楼全年的累计冷热负荷分别为90.62kW·h/m2，52.41kW·h/m2，参照工况下办公楼全年的累计冷热负荷分别为92.65kW·h/m2，59.40kW·h/m2，具体见图2～图3，主机能效降低幅度见表5。

图2 设计工况下逐月空调供暖负荷图

图3 参照工况下逐月空调供暖负荷图

表5 设计工况和参照工况能耗对比

4.2 节能计算

室内外设计计算参数见下表。

表6 室内外设计计算参数

（1）冬季工况

新风经过全热回收装置时既有温度的变化，又有含湿量变化，其热回收为焓回收，冬季焓回收效率为60%，则冬季新风经过全热热回收装置后的干球温度：t=[20-(-2.6)]×60%+(-2.6)=10.96℃，新风送风焓为：h=[33.20-3.20]×60%+3.20=21.2kj/kg，冬季工况全热回收后新风送风参数计算结果见表7。

表7 冬季工况全热回收后新风送风参数

以XF-4-2为例，送风风量为3000m³/h，排风风量为2400m³/h，全热回收效率为60%：

如果不使用热回收装置，这部分新风热负荷就要增加到空调负荷中[3]。按常规集中空调系统能效考虑，系统能效比按2.4[4]计算，处理14.4kW负荷所消耗的电功率为：14.4/2.4 =6.0kW。

但由于增加了全热回收装置，设备的送/排风阻力有所增加，这部分增加的阻力所消耗的功率为：[2400×140/3600]×2/60%/1000 =0.31kW。

全热热回收装置的净节能功率为：6.0kW–0.31kW =5.69kW。

办公楼以每天运行11小时，冬季运行100个工作日，电价按1.0元/kWh计算，整个系统一个冬季所节省的电能为：5.69×11×100=6258kWh。全热回收式新风机冬季工况节能效益见表8。

表8 冬季工况全热回收式新风机节能效益

（2）夏季工况

新风经过全热回收装置时既有温度的变化，又有含湿量变化，其热回收为焓回收，夏季焓回收效率为60%，则夏季新风经过全热回收装置后的干球温度：t=35.2-[35.2-25]×60%=28.08℃，新风送风焓为：h=91.88-[91.88-55.90]×60%=70.29kj/kg，夏季工况全热回收后新风送风参数计算结果见表9。

表9 夏季工况全热回收后新风送风参数

以XF-4-2为例，送风风量为3000m³/h，排风风量为2400m³/h，全热回收效率为60%：

如果不使用热回收装置，这部分新风冷负荷就要增加到空调负荷中。空调能效比按2.4[4]计算，处理17.3kW负荷所消耗的电功率为：17.3/2.4=7.2kW。

但由于增加了全热热回收装置，设备的送/排风阻力有所增加，这部分增加的阻力所消耗的功率为：[2400×140/3600]×2/60%/1000 =0.31kW。

全热热回收装置的节能效果功率为：7.2kW-0.31kW=6.90kW。

以每天运行11小时，夏季运行100个工作日，电价按1.0元/kWh计算，整个系统一个夏季所节省的电能为：6.90×11×100=7590kWh，全热回收式新风机夏季工况节能效益见表10[5]。

表10 夏季工况全热回收式新风机节能效益

（3）节能效益

通过上述计算可以看到，采用全热回收系统与不采用全热回收系统相比，每年总节省运行费用约83.69万元，具体见表11[6]。

表11 全热回收式新风机冬夏工况节能效益

5 结束语

本文以桥梁科技大厦项目为依托，具体分析了项目所采用的节能技术以及取得的经济效益，具体得出如下结论：

①项目结合地理位置和气候条件，以被动式建筑技术为主，主动式建筑技术为辅，做到建筑技术与建筑形态的有机结合；②项目设计工况下主机采暖能耗为24.9kW·h/m2，标准工况下主机采暖能耗为29.8kW·h/m2，则主机采暖能耗降低幅度为16.4%；③项目在空调新风系统领域应用排风热回收系统，应用系统后每年可减少运行费用约83.69万元，具有良好的经济效益。