绿色节能技术在西藏自然科学博物馆建设中的有效利用

高 嫣

（西藏自然科学博物馆，西藏 拉萨 850000）

绿色节能理念是建筑工程设计中一个重要组成部分，它能够在很大程度上提高人们的生活质量，还能够促进国家环保政策的实现［1］。西藏自然科学博物馆属于一类高层建筑，建筑高度为37.5米。建筑地上1层主要为科技馆、临时展厅；2层主要为自然馆、办公区和实验室；3层主要为自然馆、藏品库房和维护区；4层主要为展览馆。地下1层为设备机房。整个工程设计按照《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006体系中的节能、节地、节材、保护环境及节能减排的指导思想，由框架、剪力墙结构、混凝土、钢混合结构、钢结构、网架结构等几种结构形式组成，抗震设防烈度为8度。建筑墙体地下室部分外墙采用防水钢筋混凝土墙体，地上部分外墙采用混凝土空心砌块（200.00mm）、防火聚苯颗粒保温板（100.00mm）、铝塑复合板（20.00mm）或中灰色外墙无机耐候涂料。

在幕墙及屋顶的外侧覆盖了一层充满着浓郁藏文化特色的“曼荼罗外皮”，通过在现代建筑上烙上了地域性传统文化元素的“纹身”从而使国际化的建筑更加自然的落脚于西藏这块神秘的土地，这是文化属性；其重要的功能属性就是遮阳、蓄热，自然地构成了一套被动式太阳能系统。

外墙外保温建筑节能体系采用工厂标准化生产的防火聚苯颗粒保温板。建筑EPS模块是指经积木式插接组合成现浇混凝土剪力墙的外侧免拆模板，用组合钢模板（大模板）做内侧模板，通过连接桥将两侧模板连接成截面尺寸准确的空腔构造，经支护在其内浇筑混凝土，达到拆模强度后拆除内侧钢模板和外侧支撑，由混凝土握裹连接桥、连接桥拉结模块以及模块内表面的燕尾槽与混凝土的有机咬合所形成的现浇混凝土复合墙体体系。EPS模块化外墙保温体系相对于传统的EPS现浇混凝土保温体系，有效的提高了保温材料的使用年限，解决了因饰面层超重可能造成脱落的隐患。

1 节地与室外环境

1.1 建筑采光与光污染控制

绿色建筑的发展已经到了定量分析的阶段，在绿色建筑设计过程中应该采用计算分析手段进行模拟分析来推敲某种设计策略对建筑的影响程度，进而对节能策略进行选用。其中西藏自然科学博物馆设计过程就运用了热工环境、风环境分析、采光照明和眩光分析、能耗数值计算工具等软件。经过模拟分析采光质量，包括亮度和采光的均匀度，并与建筑设计进行交互优化调整。不仅采光模拟可以优化采光均匀度又可以与照明专业分析灯具的开启时间和使用习惯，以及照明的智能控制策略，进而实现整体节能。在定量的计算模拟分析后甚至能够纠正感性认识的错误。比如在采用能耗分析软件研究发现的西向的水平遮阳措施对改善西向房间的热工性能也有很大的帮助，纠正了通过感性认识一般认为的西向水平遮阳措施对房间遮阳帮助不大的认识，进而可调整相应的设计策略。

建筑门窗节能技术对节能环保来说是其不可或缺的一部分［2］，西藏自然科学博物馆玻璃、遮阳与幕墙的设计与选材，符合现行国家标准《玻璃幕墙光学性能》GB/T 18091要求的反射比小于0.3的要求，避免光污染，西藏自然科学博物馆的夜景照明不采用大功率投射灯光，并合理利用建筑内部透射光和局部装点的氛围灯光及室外环境照明，尽量避免眩光。

1.2 声环境

西藏自然科学博物馆所在区域除南侧西藏大学新校区外皆为行政单位和农村，环境噪声较小，周围无闹市区、高噪音机械等，除道路车辆噪声外无别的噪声源。西藏自然科学博物馆噪声执行《声环境噪声标准》（GB3096-2008）的1类环境噪声标准要求，并且西藏自然科学博物馆周围环境开阔、空旷，噪声也能达到此标准。

1.3 风环境

根据西藏自然科学博物馆现有的总体平面规划方案，利用Airpak2.12软件建立1∶1室外风环境模拟的三维几何模型，根据对夏季、冬季及全年大风荷载下典型工况的模拟分析，模拟表明馆内主楼地块内主要通道内的风速最大风速为4.536m/s，均小于5m/s，满足行人舒适性要求。

1.4 本地植物

拉萨的植物资源形成了西藏地区特色的植物景观，西藏自然科学博物馆设计充分吸取西藏地区的植物造景特色，同时结合建筑特点，形成具有一定创新性的植物景观。植物种植设计以崇尚自然生态为主旨，以本地乡土树种为主，植物景观设计满足与西藏自然科学博物馆建筑风格相协调，有鲜明特色，紧紧围绕自然博物馆的设计理念，营造幽雅、高档、时尚、宜人的人文氛围。具体设计时突出季相变化，注重特色空间、小空间中植物搭配，主要以乔灌木为主，适当种植开花灌木植物，起到美化环境和改善空气质量的目的。主要种植物种为银杏、雪松、云杉、垂柳、红叶李、日本樱花、垂丝海棠、红花槐、丛生金叶榆、丛生红叶李、侧柏、千头柏球、红黄刺玫球形灌木、草坪等，起到美化环境和改善空气质量的目的。

2 节能与能源利用

2.1 节能设计

由于模块技术性能指标的大幅度提高，连接桥拉结着模块、模块内外表面均匀分布的燕尾槽与混凝土形成有机咬合，这种独有的复合墙体配套组合方式，有效地提高了节能建筑的耐久年限，做到保温层与节能墙体同寿命。独特的连接桥位置插接标记可有效的保证了钢丝网片的嵌固强度和保护层的厚度，在模块外侧粘贴面砖的重量若超过20kg/m2、单块面积超过10000mm2时，可将予制钢丝网片用自攻螺钉固定到模块的连接桥上。模块通过外侧均匀分布的燕尾槽与抹面胶浆的有机咬合和抹面胶浆与钢丝网片的拉结，彻底解决了因饰面层超重可能造成脱落的隐患。外墙、屋面等各部分采用屋面保温隔热采用50mm厚酚醛保温板，燃烧性能为B1级，确保了建筑的保温性。

2.2 节能高效照明

节能照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，包括电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光控制设备，最终达到舒适、安全、经济、有益环境保护，改善、提高人们工作、学习生活的质量，有益身心健康并体现照明文化的现代照明。在中国，照明用电量大约占发电量的10%左右，并且主要以低效照明为主，照明终端节能具有很大的潜力。节能照明具有节约能源和缓解高峰用电的双重作用。西藏自然科学博物馆节能照明主要有几种措施，一是充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一。在设计中要做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约人工照明电能。二是照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等等。照度标准是不可随意降低的，也不宜随便提高，要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯具。三是推广使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等，公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器。四是改进灯具控制方式，采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采用分区控制灯光或适当增加照明开关点。公共场所及室外照明可采用程序控制或者光电、声控开关，走道、楼梯灯人员短暂停留的公共场所采用节能自熄开关。五是合理选择照明控制方式，调节人工照明照度及加强照明设备的运行管理。

2.3 自然通风

西藏自然科学博物馆利用自然通风具有良好的经济效益和环境效益。采用自然通风方式的根本目的就是取代（或部分取代）空调制冷系统。而这一取代过程有着两个至关重要的意义：一是实现有效被动式制冷，当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度，带走潮湿气体，达到人体热舒适，即使室外空气温湿度超过舒适区，需要消耗能源进行降温降湿处理，也可以利用自然通风输送处理后的新风，而省去风机能耗，且无噪声。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。自然通风可以排除室内污浊的空气，同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。

2.4 太阳能热水系统

西藏自然科学博物馆选用开式水箱直接供暖太阳能供热系统（即：开式集热系统配开式水箱的太阳能采暖系统），确保在真空集热管局部损坏的情况下，整个太阳能热水系统仍可正常运行，且便于更换。

表1 西藏拉萨市的太阳辐照资料

2.4.1 气象参数。采暖季，指每年10月1日至来年4月30日（约212天）。拉萨地区采暖季水平面平均日太阳总辐照量：JT水平面=19.153 kJ/m2。拉萨地区采暖季倾斜表面平均日太阳总辐照量：JT倾斜表面=24.785 kJ/m2。拉萨地区采暖季倾斜表面平均日太阳总辐照量最高值：JT10月倾斜表面=26.26 kJ/m2。拉萨地区采暖季倾斜表面平均日太阳总辐照量最低值：JT4月倾斜表面=22.649 kJ/m2。

2.4.2 气温参数。根据中国建筑热环境分析专用气象数据集中的相关参数，拉萨地区的最冷月（1月份）平均最高温度为6.3℃（日间），平均最低温度为-8.6℃（夜间）。最冷0月（1月份）最高温度10.2℃（日间），最低温度为-13.3℃（夜间）。

2.4.3 重要数据估算。西藏自然科学博物馆日平均小时采暖热负荷（P）的计算：根据设计院提供的数据，西藏自然科学博物馆日平均采暖负荷约为21300千瓦，故日平均采暖负荷为887500（W）。西藏自然科学博物馆24小时采暖总热量76680000(KJ)。西藏自然科学博物馆生活热水所需总热量根据设计院提供的数据，馆内生活热水日平均热负荷为2000千瓦，故生活热水日平均热负荷为7200000（KJ）。

太阳能集热面积计算公式：

式中：Ac：直接系统集热器总面积（m2）；Qtotal为拉萨博物馆24小时采暖总热量（kJ），76680000（KJ）；西藏自然科学博物馆生活热水所需总热量（kJ），7200000（KJ）。f为太阳能保证率，指太阳能系统供应热量占总体供热体系中热量总和的比率，无量纲；拉萨地区太阳能资源属1类地区，系统在采暖季使用电热水锅炉作为辅助能源，故太阳能保证率按照0.5取值；JT为当地集热器采光面（倾斜表面）上的采暖期平均日太阳辐照量（kJ/m2）。拉萨地区按24785 kJ/m2取值；ηcd为集热器年平均集热效率，无量纲。集热器效率要求达50%以上；ηL为管路及贮水箱热损失率0.15。

表2 太阳能集热面积计算结果

3 节水与水资源利用

3.1 水系统规划设计

在供水系统的组织上，充分考虑节能（分区供水）、系统组织合理、供水安全稳定等方面因素，按如下思路进行系统组织：在城市压力能达到的各层由城市供水直接供给，以充分利用城市水压，节约能源；不能满足的用水楼层采用变频供水系统进行二次加压供水；变频泵组设置在地下室的水泵房内；低位储水箱的出水管上设置紫外线消毒器，保证供水品质。精确计算和控制二次供水系统水压，将各用水点的水压控制在0.2MPa左右，避免用水点因水压过大而出现喷溅、超流量出流等现象，提供舒适、节水的使用效果。从投资、系统运行稳定、管理等方面进行了综合考虑。

首先，在工程设计阶段对用水量进行详细计算，生活用水由市政给水管网提供，不足部分经增压稳压设备提升后供应，市政供水压力0.15Mpa。西藏自然科学博物馆排水采用污废合流排放方式，生活污水和生活废水由室内污水管道收集后排入市政污水管网，厨房含油废水经厨房内器具排入集水坑，提升后排入室外隔油池，地下室集水坑排水，经提升后排入市政污水管道。给水管道采用衬塑钢管，卡套连接，雨污水管道采用UPVC塑料排水管，粘接连接，压力排水管管道采用焊接钢管，焊接连接，管道采用橡塑复合材料保温，位于吊顶给排水管道、水箱间进出水管道及消防水箱均做保温，保温层厚度20mm。给水管道DN≤50采用铜截止阀，DN大于50采用蝶阀，工作压力位1.0MPa，泵房内进出水管道采用闸阀，消防管道采用蝶阀，工作压力位1.6MPa。满足《绿色建筑评价标准》“采取有效措施避免管网漏损”的要求。

其次，各层用水点均设置水表进行计量，给水管材拟在薄壁不锈钢管、薄壁铜管或PPR管等耐用、环保、可回收的管材中进行选择，并与建筑的使用年限相匹配。水龙头采用陶瓷阀芯龙头，给水阀门采用铜质阀门，杜绝水龙头出流黄水、黑水，保障水质卫生；公共卫生间内的洗手盆、小便器均采用自动感应式冲洗设备，大便器采用自动感应式或脚踏式冲洗设备；提高使用舒适度；给水管材及配件的选用力求做到卫生、节水、环保、舒适、耐用，并达到使用方便、维修管理简单的效果，在确保水质卫生的同时亦与大楼的形象匹配。水中有害病菌等随水雾颗粒在市内传播、扩散，危及市内人员健康，在地下室设置水景循环水处理、消毒设施，杜绝其危害健康的可能。

3.2 排水系统

西藏自然科学博物馆采用雨污分流排水体制，对雨水和污水分别进行组织排放；室内污水尽可能采用重力流方式进行排放，对地下室等不能采用重力流方式排出的污水，则采用污水泵加压排出；厨房污水采用隔油池进行处理；污水排至室外经室外设置的化粪池处理后排入城市污水排水系统。主楼的生活污水排水系统采用球墨铸铁排水管；主楼主体的屋面雨水排水管道拟采用用PE排水管（虹吸排水），提高雨水排水系统的安全度，并与建筑的使用年限相匹配。主楼部分的污水排水系统均设置专用通气管系统，保证排水系统通畅、透气，保护水封，避免臭气外溢。在地下室中，对消防电梯、设备机房等处设置有积水坑和排水泵，确保消防电梯及设备机房等的使用安全，避免消防时或其他原因造成地下室的水害发生。

4 结论

在节地与室外环境方面，西藏自然科学博物馆场地环境噪声符合国家标准《城市区域环境噪声标准》GB3096的规定，玻璃和幕墙反射比不大于0.3，有效的避免了光污染，同时室外人行区风速小于5m/s,可以为办公提供良好的环境。节能与能源利用方面，采用工厂标准化生产的模块在保证外墙热工性能的同时大大提高了建筑的施工周期，同时外窗可开启面积比例达到30.6%，有利于过渡季节实现自然通风。建筑热源选用太阳能系统，采用自然通风或机械通风。照明设计按照照明功率密度目标值进行设计，经DOE-2模拟分析，设计建筑能耗为111.10kWh/m2，参考建筑能耗为114.33kWh/m2，设计建筑同参照建筑比较，建筑空调、采暖、照明能耗总计节能率为51.4%，通过提高围护结构保温性能和选用高效的设备，大大降低了建筑的能耗水平，具有很好的推广价值。在节水与水资源利用方面，拉萨属于缺水性地区，不适合做雨水收集利用。西藏自然科学博物馆绿化灌溉采用高效的灌溉方式，同时按照用水用途设置计量水表，便于运营阶段节水管理。在室内环境质量方面，西藏自然科学博物馆建筑平面布局和空间功能合理，有效的减少了相邻空间的噪声干扰，无障碍设计体现“以人为本”的理念，符合《城市道路与建筑物无障碍设计规范》JGJ50-2001的要求。

西藏自然科学博物馆设备系统利用创新技术手段有效体现了生态、低能耗、高舒适建筑的特点。新能源及创新技术的应用结合了展区展项进行设置，使作为展项的设备系统在产生社会效益的同时真正作为工程设备系统的一部分为自身服务、节约能源。这也引导广大公众将参观展项和参观建筑新技术有机的结合起来。在“十三五”期间，建筑行业发展由建筑节能全面转向绿色建筑，西藏自然科学博物馆广泛采用太阳能节能系统、新型木塑材料等技术，据有参考价值和推广价值。