碳中和视角下绿色建筑关键性技术应用与研究

刘慧慧 ，陈启新 ，张高锋 ，黄 云， 朱一铭，庞乃杰 ，曲 胜（.中节能绿建环保科技有限公司，浙江 杭州 300；.中节能实业发展有限公司， 浙江 杭州 300）

绿色建筑是推进生态文明建设和落实住建领域碳达峰和碳中和的重要举措，是实现城乡建设绿色发展和建筑业转型升级的必然途径，为城市碳中和提供基础性贡献。在考虑碳中和目标的基础上，除了考虑绿色建筑技术外，还要兼顾比如热舒适度、通风、噪声等各方面的人员使用要求，以及适宜性应用可再生能源、全直流电建筑、绿化固碳等内容。

1 项目概况

衢州智慧旅游管理中心（睿银集团区域性总部办公大楼）位于浙江省衢州市衢江区双桥乡，铜山源水库西侧，紧邻塔太线。项目总用地面积 10 527 m2，容积率 1.7，总建筑面积 17 895 m2，绿地率 10%。作为睿银集团区域性总部办公大楼，集成国内先进的绿色节能环保技术，打造舒适健康的办公空间，作为当地绿建展示窗口，积极推动绿色建筑的发展。

2 绿建关键性技术

本项目将打造衢州首个集节能、智慧、健康 3 大主题的国际化园区：在绿色建筑的基础上提高建筑节能率，通过能源综合利用、智慧管理系统、室内外环境提升、绿色建材、被动技术 5 大系统数 10 项绿建技术，满足绿色示范项目的要求，通过提升的环境品质至生态舒适，使企业员工的工作效率、投入程度显著提高。

本项目建议在设计阶段以绿色建筑为载体，在建筑的选址、设计、建设、使用、维护、拆除及废弃物处理的全寿命周期内，通过合理运用绿色建筑技术，从建筑选址到单体设计，从围护结构到通风、采光、可再生能源利用等方面都切实贯彻节能理念，最大限度地做到“四节一环保”，提供节能、环保和高效的居住环境，使建筑与自然和谐共生。结合本项目功能特点，通过被动式为主、主动式为辅的技术手段来实现项目的高效、节能、智慧和健康。

2.1 海绵设计系统

本项目通过应用低影响开发建设模式，优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，采用了绿地和场地雨水收集、绿地入渗的绿色雨水基础设施，充分发挥园区绿地、道路等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使园区开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷。

项目总用地面积 10 527 m2，具体各垫层面积及各下垫面的径流系数如表 1。项目按照 75% 的年径流总量控制率的目标，场地内设计控制径流容积W为 133 m3。本项目采用末端控制措施，设置下凹式绿地和雨水池来集蓄利用雨水和控制径流总量。其中：雨水池容积W1为 55 m3；下凹式绿地设置面积为 698 m2，下凹 17 cm，有效蓄水深度为12 cm，可调蓄雨水量W2为 84 m3。W1＋W2＞W，从而达到年径流总量控制率 75% 的目标。

表 1 各垫层汇水面积与径流系数

2.1.1 雨水回用系统

衢州属北亚热带季风气候区，四季分明，热量充足，降水丰沛，雨热同季，无霜期长。年平均气温 16 ℃ 左右，年平均降水量 1 100 mm，雨季较长，降水日年均 158.3 d。降雨量丰富，可充分利用当地雨水资源，可减少暴雨环境径流量和减轻市政排水管网压力。考虑到少设计修改和低成本投入原则，本项目收集雨水管网中的雨水，进入到蓄水池后经过处理达到 GB/T 18921-2002《城市污水再生利用 景观环境用水水质》景观用水水质标准后应用于绿化灌溉、市政道路浇洒和洗车，多余的雨水通过绿地自然入渗。

项目非传统水源收集对象为雨水，按照多年逐月规律性的降雨量作为水量平衡设计依据。逐月水量变化趋势详见图 1。本项目各月雨水使用量总和为 3 200.7 m3，各月雨水收集量为 5 913.6 m3，收集的水量满足本项目绿化和道路冲洗要求。

图 1 项目逐月水量变化趋势

通过雨水回收水量平衡分析可知：项目内每个月通过收集场地雨水已可以满足绿化浇洒、道路浇洒、洗车用水和景观水体补水的需求，而且在降雨量大的 5、6 月份，回用水量最大，即降雨集中期与回用水量最大期基本吻合；多余雨水经过雨水入渗、渗透等措施排至雨水管井中。

2.1.2 透水铺装

硬质铺装与道路宜采用透水沥青、透水混凝土、透水地砖等材料铺装，暴雨季节可显著减少地表径流，可吸声降噪、减轻热岛效应现象，减少城市污染和负担减少管网布设，防治内涝。同时，也可补充地下水资源，还原场地原始水文环境。透水地面具有高透水性，拥有 15%～25% 孔隙蓄水能力强，1 m² 可蓄水 0.6 m³ 防洪排水，洪水消减率高达 93%；且抗污染、易维护、抗冻融、价格便宜，本项目人行道、庭院、花园广场采用透水地面，共计 897 m2。

2.1.3 屋顶绿化

项目周边景观绿化物种采用乔灌草复层绿化，并采用屋顶绿化，屋顶可绿化面积为 1 710.77 m2，占屋顶可绿化面积比例达 84.04%。屋顶绿化可有效截留雨水，缓解城市雨洪压力和热岛效应，通过室温降低 1.3～1.9 K，可节约空调能耗 70% 左右，还能保温隔热，有效保护建筑建材，延长屋顶使用寿命 2～3 倍。作为天然的减碳屏障，屋顶绿植释氧、吸碳、滞尘、纳天然降水的碳汇总量达到了 13.38元/(m2·a)。

2.2 节水灌溉系统

对于室外绿化，项目采用的节水绿化灌溉方式是喷灌，其每次喷洒水量少，一般不产生地面径流和深层渗漏，灌溉比地面灌溉可省水 30%～50%。

本项目绿地区域主要采用 HUNTER 的地埋弹出喷头（微喷灌），根据乔木和灌木的栽植疏密或组合类型等情况设计有地埋转射线型喷头和滴灌，针对不同的植物高度设计不同的喷头弹伸高度。采用有线自动控制系统，系统由美国 Hunter ACC990 解码器控制器、交流电磁阀、ET气象传感器、RAIN-CLIK 雨量传感器和 ROAM-XL 遥控器组成，在控制面板上编写日常的灌水程序，实现每天的自动喷灌，还可直接通过 ROAM-XL 遥控器在无障碍 3 000 m 范围内遥控开启电磁阀，进行临时灌水。同时，在极端气象条件下，如降雨、霜冻天气，系统可自动停止自动灌溉，防止水资源的浪费。

为了更加方便和高效利用水资源，设计系统安装 ET 气象传感器，根据每块区域的植物和土壤特点制订出合适的特定灌溉制度，实时监测当天的气象资料（太阳辐射、温湿度、降雨等），同时在极端天气条件下，可自动关闭系统，防止水资源浪费。在控制器上安装 SOLK-CLIK 土壤湿度传感器，动态监测土壤湿度水平，当土壤湿度达到设定值时，可自动关闭灌溉系统。

2.3 可调外遮阳系统

因夏热冬冷地区气候影响，夏季遮阳隔热对于提升室内舒适性、减少空调耗能非常重要。结合项目立面，本项目在西立面、南立面和西南立面设置可调节外遮阳，采用电动百叶帘的形式，面积共计 2 007 m2，幕墙透明部分面积为 3 400 m2，可调遮阳设施比例为 64.9%。结合立面玻璃幕墙进行统一设计，并与气象监测平台联动控制。既满足舒适度要求与绿色建筑评价要求，又保证成本增量可控。

增设建筑外遮阳后，可以阻隔 70% 以上太阳直接辐射热到达建筑表面，从而降低夏季室内温度，减少空调能耗。同时，外遮阳还能起到保护室内隐私和防止工作面眩光的作用。配合可调节装置能根据天气情况与室内舒适度需要进行收放、调节角度。

2.4 空气源热泵热水系统

本项目所在地太阳能资源属于三类地区，热水由区域内自备热水源采用空气源热泵作为热水热源，供应生活热水。本工程厨房热水空气源热泵热水系统，额定输入功率 19.30 kW。热水总用量为 9 m³/d，选用的热泵产热水量为 1 892 L/h，可产热水 15 m³/d，因此空气源热泵提供的热水为 9 m³/d，则可再生能源利用比例为 100%。

2.5 空气质量监控系统

本项目设有空气质量监控系统，对室内污染物浓度进行监控，传感器采用多合一功能的环境传感器：可检测PM2.5、CO2、可挥发性气体 TVOC、环境温度、相对湿度。在室内人流量集中的区域（如会议室、健身房等）设多合一功能的环境传感器、传感器采用 DC 24 V 电源供电，由楼层相应弱电间集中供电。室内的环境传感器安装高度与室内开关面板统一。本系统一体化空气环境监测器实现与建筑设备监控系统联动控制，室内空气中的氨、甲醛、苯、总挥发性有机物、氡等污染物浓度应符合现行国家标准 GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》的有关规定。

2.6 新风 PM2.5 过滤系统

现有设计空调形式为风冷式冷水机组，在空气品质要求较高的区域加设新风净化系统。新风系统具备过滤 PM2.5、PM10等空气污染物的能力，室内通过空气净化与环保建材，免除 CO2、CO、氨、甲醛、苯、挥发性有机物等污染。

空气净化器采用 H13（欧盟标准 EN1822）玻璃纤维的HEPA 滤膜，PM0.3的去除效率高达 99.97%。相比传统的空气净化器，由于其能形成室内正压阻止污染物进入，因此具有更快的净化速度，更大的覆盖面积，并能达到更高的洁净度。同时与智慧空气监控设备进行联动，智慧启停。

2.7 能耗监测系统

按照《民用建筑项目节能评估技术导则》要求，本系统对冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量，对空调机组的能量进行计量。计量管理主机设在地下一层监控中心机房，系统具有向当地主管部门监管平台传输数据的功能。耗能设备进行分类或独立计量，对计量数据自动采集，用户对耗能设备可自行定义计量范围、监测区域。对各计量点、区域实现能源在线动态监测、能源汇总分析、能耗指标综合考评、故障自动报警、历史数据查询、能耗报表自动生成。这样为能源合理调配提供根据，为能源自动化管理提供手段，为系统地节能降耗考评提供科学的依据。

2.8 BIM 技术

本项目采用 BIM 技术，以《浙江省建筑信息模型（BIM）技术应用导则》为标准，以二维施工图为依据，进行全专业建模，建模深度达到 LOD300，提取梁板柱墙体的工程量，在模型基础上进行碰撞检查和优化，净高检查、管线综合优化，并出具相应的成果。完成 7 个应用点：各专业建模；建筑、结构专业模型的整合检查；冲突检测与三维管线综合；竖向净空优化；辅助施工图设计；工程量统计；漫游渲染。

3 碳排放计算

本项目仅计算建筑因电力消耗造成的碳排放，采用由国家发展和改革委员会（以下简称国家发改委）公布的区域电网平均碳排放因子，如表 2 所示。

表 2 2012年中国区域电网平均 CO2 排放因子单位：kg/kWh

通过计算项目围护结构、空调、照明用电、智能化等节电量来计算排碳量，项目基础能耗指标按 GB/T 51161-2016《民用建筑能耗标准》中表 5.2.1 办公建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值取值，夏热冬冷地区办公建筑约束值为 85 kWh/ (m2·a)，按外围护结构传热所导致的能耗占50%，供暖空调全年计算负荷降低幅度达到 10%，空调用电占总用电量 50%，照明用电占总用电量 15%，智能化按总能耗 8%，本项目总计节约用电 339 200 kWh/a，按照华东区域电网排放因子 0.703 5，直接通过碳排放因子计算项目碳排放为 238.6 t；绿地面积 1 052.7 m2，参考王敏等人[1]街旁绿地平均碳汇 18.93 t/万 m² 计算项目绿化年碳汇贡献为7.3 t。这样通过节电和绿化固碳，本项目碳排放为 245.9 t。

4 结 语

“双碳目标”是我国生态文明建设和高质量可持续发展的重要战略安排，将推动全社会加速向绿色低碳转型。与碳排放直接相关的评价指标有降低建筑采暖空调负荷、降低建筑运行能耗、采用节能电气、采取能耗监测并进行优化改进、采用可再生能源等；与碳排放间接相关的评价指标有提升建筑适变性、建材部品的耐久性以延长建筑使用寿命，采用全装修减少装修材料的浪费，采用天然采光、优化自然通风、设置可调节遮阳、降低热岛强度等措施以降低建筑运行能耗。这些评价内容多集中在供暖制冷、电气照明、可再生能源以及生活热水的 GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》，因此绿色建筑将成为建筑部门双碳目标达成的最优路径之一。本项目在绿色建筑三星级基础上，通过可再生能源利用、天然采光、优化自然通风、设置可调节遮阳、降低热岛强度、绿化固碳等来实现项目低碳目标，建设双碳态势下绿色低碳建筑。