基于碳中和背景下热带办公建筑研究<br/>——以南方电网公司海南现代化电网研发中心项目为例

基于碳中和背景下热带办公建筑研究
——以南方电网公司海南现代化电网研发中心项目为例

2023-08-28李珊珊

建材与装饰 2023年26期

关键词：遮阳措施建筑

李珊珊

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

2020 年9 月，习近平总书记提出中国二氧化碳排放争取2030 年前达到碳峰值，2060 年前实现碳中和。

碳达峰是指碳排放量达到峰值，即CO2排放总量在某一个时期达到历史最高值，之后逐步降低。

碳中和即为CO2净零排放，是人类活动排放的CO2与人类活动产生的CO2吸收量在一定时期内达到平衡。碳中和机制通过调整能源结构、提高资源利用效率等方式减少CO2排放，并且通过碳的捕集、利用与封存、生物能源等技术以及造林、再造林等方式增加CO2吸收。

2019 年全国建筑全过程碳排放总量为49.97 亿tCO2，占全国碳排放的比重为50.6%。其中，建材生产阶段碳排放27.7 亿tCO2，占全国碳排放的比重为28.0%。建筑施工阶段碳排放1.00 亿tCO2，占全国碳排放的比重为1.0%，建筑运行阶段碳排放21.3 亿tCO2，占全国碳排放的比重为21.6%[1]。中国建筑节能协会提出了“十四五”建筑碳排放25 亿tCO2的目标建议[2]。所以加快推进建筑能效提升、建筑电能替代等工作，对推进环境与城市可持续发展、降低建筑领域碳排放以及“双碳”目标实现具有深远意义。

在中国，公共和商业建筑约占建筑业运营能耗的30%，而办公大楼能源使用在该次级行业中占了30%的主要份额[3]。所以对办公建筑的低碳措施研究有利于实现办公大楼深度脱碳，且有利于降低建筑领域碳排放。

本文以南方电网公司海南现代化电网研发中心项目为例，着力探究建筑全专业的综合低碳设计措施。

南方电网公司海南现代化电网研发中心项目位于海南省海口市江东新区起步区的东侧的第一个建设地块，是江东新区滨江、滨海、景观通道的重点区域。地块临近的东侧与北侧将打造为生态公园。项目位置如图1所示。

图1 项目位置

项目分南北两个地块，用地性质均为商务/商业混合用地，商务比例80%、商业比例20%；总用地面积为19186m2（约28.8 亩），其中北地块用地面积为11143m2（约16.7 亩）、容积率≤2.0，建筑密度≤40%，建筑限高≤30m，绿地率≥15%；南地块用地面积为8043m2（约12.1 亩）、容积率≤2.5，建筑密度≤40%，建筑限高≤40m，绿地率≥15%。

在本项目中主要采用的低碳建筑实用技术分为两个部分：节能减排措施和可再生能源利用。

1 节能减排的建筑设计措施

节能减排作为建筑减少碳排放的重要组成部分，需要建筑、设备等全专业的综合技术措施。

1.1 建筑专业节能减排措施

1.1.1 总图

地块位于江东新区起步区最东侧，主朝向为南北朝向，海景面在西北偏北方向，鸟瞰图如图2 所示。所以总图布置建筑物时顺应了场地朝向坐北朝南，但西南侧放置办公塔楼使办公群体之间可以互相遮挡，减少太阳对建筑物的直射。西北侧放置较矮的建筑可以为整个地块的办公楼提供一线的望海视野。

图2 鸟瞰图

楼栋之间通过圆形环廊连接，方便部门之间走动，可减少电梯的使用频率，节电节能。

1.1.2 平面

平面的设计中使用了方形的平面，可以减少外立面的面积，减少热交换的界面。

同时注重通风采光的设计，办公楼的主楼均采用中庭的方式，可以良好地引进海风和白天光照，从而减少空调和白天灯具的使用。

1.1.3 立面

（1）在立面的设计（图3）中，在保证自然采光的前提下，减少了玻璃的使用，并且采用了中空LowˉE 玻璃，提高整体立面的节能效率。

图3 立面效果

（2）立面注重遮阳（图4）：本案重点使用了垂直遮阳系统，每个窗户的两侧均设置悬挑出0.75m 的垂直遮阳构建。在办公楼的3 层、6 层、顶层使用了水平遮阳系统，悬挑出1.2m 的水平遮阳构建。两种遮阳相结合的遮阳系统可以有效遮阳。

图4 立面遮阳

1.2 设备专业节能减排措施

主要采取了以下措施：选用高效配电设备、系统优化节能、自控技术节能。高效空调机房技术、风机水泵变频自控技术、新风蒸发式全热回收技术、水蓄冷冰蓄冷技术等。

1.2.1 选用高效配电设备

采用高能效变压器、节能型灯具（LED 灯具）、高效电动机。

1.2.2 系统优化节能

（1）合理设置变电所的位置，设置在靠近主体办公楼的侧面，变电所深入负荷中心，控制用电负荷的供电半径，减少线路损耗。

（2）按变压器经济运行条件，合理选择变压器的容量和台数。

（3）无功功率补偿采用集中补偿和分散就地补偿相结合的方式，变电所采取低压集中补偿方式。荧光灯、气体放电灯等就地补偿。

1.2.3 自控技术节能措施

（1）采用高效电动机，根据设备负荷特性合理选型，使设备的运行工况常保持在高效区，并尽量减少电动机的空载运行时间。

（2）需要根据负荷变化进行调节的设备，采用调节电动机转速的控制方式。

（3）设置建筑设备管理系统，应实现对节约资源、优化环境质量管理的功能。

1.2.4 高效空调机房技术

主要目的就是为了节省空调系统中冷源部分（主机+冷冻水泵+冷却水泵+冷却塔）的运行费用。主要思路及方向如图5 所示。

图5 高效空调机房技术思路

1.2.5 风机水泵变频自控技术

风机、水泵采用变频自控技术，可有效降低风系统和水系统的输送能耗，尤其在过渡季节等空调负荷较低时，节能效果很明显。

1.2.6 新风蒸发式全热回收技术

蒸发式全热回收新风机组（图6）可有效回收排风中的余冷和余热，在热带地区夏季空节能效果明显，排风量越大，节能性越高。

图6 蒸发式全热回收新风机组

1.2.7 水蓄冷、冰蓄冷技术

海南地区目前有峰、平、谷电价差。对于白天负荷大、晚上负荷小的项目，可以考虑做采用冰蓄冷或水蓄冷技术，平衡用电峰值（图7），削峰填谷，节约运行费用。

图7 蓄冷平衡用电峰值

2 利用可再生能源的建筑设计措施

可再生能源利用是低碳建筑的重要部分，本方案用到了屋面太阳能光伏发电系统、光导照明系统、中水回用系统。

2.1 屋面太阳能光伏发电系统

光伏发电作为清洁能源的首选措施，受到了大力推崇，根据能源局统计数据，2021 年已备案的整县光伏装机容量为46 GW[4]。

在建筑屋顶发展分布式光伏，结合储能系统，可实现传统能源与清洁能源的协同优化利用[5]。

由于海南日照充足，所以在本次方案的屋面上布置了太阳能光伏发电系统，可以有效地利用太阳能。

2.2 光导照明系统

在白天，无须电力，通过室外的采光罩聚集室外太阳光，经高反射率的导光管道传输，由漫射器将自然光均匀释放到室内或地下空间。无论黎明、黄昏、阴天、雨天，采光效率突出，白天室内电力照明不再成为必要，自然光成为白天主光源。光导照明如图8 所示。

图8 光导照明

2.3 中水回用系统

本项目设计了中水回用系统：中水回用机房设置在地下一层，把生活污水经过深度的技术处理，去除杂质，去除污染水体中有毒、有害物质及某些重金属离子，进而消毒灭菌。处理之后的水体无色、无味、水质清澈透明，且达到或好于国家规定的杂用水标准或规定，可应用于企业日常非饮用型的用水，可以有效提高水资源的再生运用，减少水资源的浪费。