北京某行政办公楼被动式设计方法夏季实测案例研究

徐宁 张鹏 张凝

1 国住人居工程顾问有限公司

2 中国建筑设计研究院有限公司

3 建筑环境优化设计与评测北京市重点实验室

0 引言

我国建筑行业发展迅速，与之对应的建筑能耗规模变大。相关研究显示，我国建筑能源消耗量已经占到全国能源消费总量的20.6%，建筑碳排放总量约占全国能源碳排放量的19.0%[1]。绿色建筑技术对于能源环境保护、节能减排具有重要意义。绿色建筑的绿色程度关键要看运行效果，后评测是推动绿色建筑全面实现的重要环节，随着绿色建筑的大量增加，要求后评测的动力也在增强，以适应新型城镇化飞速发展的形势，保证各项工程项目投资的有效性，精确定位和满足社会需求。

1 项目概况

测试建筑位于北京市，该行政办公楼建筑面积约29 万m2，其中地上建筑面积约17 m2，地下建筑面积约12 万m2。项目达到北京市绿色建筑三星级设计标准。

该项目在“四节一环保”的基础上，运用多种被动式技术（表1）降低室外热岛效应及优化室内环境质量，实现绿色节能目标，提高使用舒适性。

表1 主要技术措施

2 研究方法

2.1 测试方法

根据住房城乡建设部2017 年编写的《绿色建筑后评估技术指南》（办公和商店建筑版），依照相关标准规范对风速、室内温湿度、自然采光照度及自然通风效果进行测试。

表2 测试内容与方法

现场实测内容主要为：1）对屋顶绿化、院落及下沉庭院进行温湿度测试。2）对院落内风速进行布点测试。3）对使用太阳光导管的房间室内照度测试。4）开敞阳台处的通风换气率测试。具体如表3。

表3 现场评测内容

2.2 分析方法

2.2.1 温湿度测试

绿化屋顶的隔热性能采用相关系数对其进行表征，即绿化屋顶与非绿化屋顶室内温度分别与室外气温的相关性。相关系数在概率统计中可体现随机变量的相互关系[5]，计算公式如下：

院落微环境与下沉庭院选取通用热气候指数（UTCI）指数Ⅱ型计算方法对其热舒适度进行估算[6]。其相关公式程序在（www.utci.org）网站上提供，这里不做过多赘述。

UTCI 值与空气温度、平均辐射温度、气压、风速、相对湿度有关[7]。本文使用Energy Plus 气象数据库中的北京市在测试日期内的平均辐射温度、气压、风速气象参数，研究不同环境下的空气温度与相对湿度对热舒适度的影响。

平均辐射温度不能从资料中直接获取，可通过裸体吸收太阳辐射计算[8]：

其中：Tmrt为平均辐射温度；R为日总辐射值；t为日平均温度。

通过将院落微环境、下沉庭院与室外的计算结果进行对比，可反映人工微环境对户外人体热胁迫程度的降低作用，体现被动式设计手法的有效性。

2.2.2 风速测试

在测试院落式布局的自然风速时，使用多通道风速变送器在院落内进行对角线式布局，确保测点布局合理（表4）。

表4 风速测点的分布特征

2.2.3 照度测试

多通道照度测试仪测试太阳光导管房间的室内照度，依据《建筑采光设计标准》GB 50033-2013，将太阳光导管房间分为四个矩形网络，在房间中心点和各矩形网格中心点测量照度。

2.2.4 通风换气率测试

CO2为示踪气体检测室内通风换气次数的方法是一种常用的实验性手段[9]。采用衰减法，将CO2释放到一定浓度，随后分别测试开窗和未开窗两种情况下CO2浓度逸散速度。开敞阳台处测点呈梅花状式分布。

3 测试结果分析

3.1 屋顶绿化效果

绿化屋顶与无绿化屋顶房间室内日平均温度如图1 所示。绿化屋顶房间室内日平均温度均低于无绿化屋顶房间。

图1 绿化屋顶房间、无绿化屋顶房间日平均温度分析

如表4，绿化屋顶房间室内温度与室外温度的相关系数为0.4，而无绿化屋顶房间室内温度的相关性为0.85。对于室内温度，无绿化屋顶房间受室外温度的影响更大。

表4 绿化屋顶与无绿化屋顶房间室内温度及室外温度

3.2 院落式布局效果

如图2，院落内人体所受热胁迫在测试期间低于室外1～2 ℃，院落微环境在夏季可改善人体室外热舒适环境。

图2 院落内外UTCI 值对比

如图3，院落内平均风速1.13 m/s，其中西北角风速最大，为2.18 m/s，东北角风速最小达到0.86 m/s，其余区域接近平均风速。院落内风速分布较均匀，自然通风效果良好。连廊内平均风速1.20 m/s，其中连廊连接处风速最高，风环境较好。

图3 院落以及连廊内自然风速

3.3 下沉庭院布局效果

如图4，每日15:00 到17:00 下沉庭院内外温度达到峰值，内外温度差异达1～5 ℃。下沉庭院内的温度变化趋势较庭院外平缓，受室外温度影响较小。

图4 庭院内外连续6 天温度变化曲线

如图5，下沉庭院内人体所受热胁迫在测试期间低于室外1～3 ℃，下沉庭院可以改善人体室外热舒适环境。

图5 庭院内外UTCI 值对比

3.4 开敞阳台效果

如图6，开敞阳台开窗后的CO2浓度逸散速度是不开窗的3.48 倍。通过设置开敞阳台，使建筑内部空间自然通风的效果加强，有利于各类污染物及CO2的逸散。

图6 开敞阳台处CO2 浓度逸散速度

3.5 太阳光导管效果

如图7，室内各点自然采光照度值均在100 lux 以下，东南点照度最高。在不使用人工照明的情况下，室内照度总体较低，无法达到相关规范要求。应合理配合使用人工照明。

图7 太阳光导管效果房间室内外照度

4 结论

此次实测使用了多项测试技术，选取代表性测点，运用数据统计学原理与对比分析方法对该行政办公楼的绿色设计技术进行全面的评估，得出其被动式技术的实际效果与相关规律。此次开展的实测工作不仅为项目的绿色设计技术提供了切实的数据支撑，而且对其所运用的绿色设计技术提出针对性的测试方案，为以后的建筑使用后效果评估积累经验。