綠色建筑的探究與實踐

1、綠色建筑的探究與實踐天津市建筑設(shè)計院科技檔案樓設(shè)計 作者： 張津奕 劉軍 劉祖玲 曹宇 作者單位：天津市建筑設(shè)計院(天津，300074)收稿日期：2010-11-15天津市建筑設(shè)計院科技檔案樓是天津市建筑設(shè)計院自主開發(fā)的建筑項目，借“開發(fā)、設(shè)計、運營使用及研究實踐”四位一體的優(yōu)勢，在建筑設(shè)計、施工和運營中積累了大量生態(tài)技術(shù)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并以此檢驗所使用的各項生態(tài)技術(shù)、設(shè)備在建筑中的實際運行效果，以達(dá)到生態(tài)建筑的“可推廣、可借鑒、可示范、可復(fù)制”的目的。項目在設(shè)計之初就以國家綠色建筑兩星級為設(shè)計目標(biāo)，嚴(yán)格執(zhí)行綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50378-2006)的各項條文規(guī)定，并于2009年12月10

2、日獲得建設(shè)部審查通過的國家綠色建筑兩星級標(biāo)準(zhǔn)?？萍紮n案樓項目規(guī)劃用地面積1263m2，可用地面積1263 m2，建筑基底面積809.49 m2，總建筑面積4585 m2，地上6層，建筑總高度23.85m。其中：一層為展廳及科技檔案庫；二層為綠色建筑機電技術(shù)研發(fā)中心及綠色建筑數(shù)據(jù)展示中心；三六層均為機電設(shè)計所辦公室。1 建筑設(shè)計1） 對周邊環(huán)境的保護(hù)與利用 項目基地范圍相當(dāng)局促，原址為三層舊有庫房。北側(cè)與文體中心相距僅6m之遙，與南側(cè)圍墻相距4m，圍墻之外是華北院自建宿舍，總高約18m。綠色建筑要求的“節(jié)地”原則成為我們首先要遵守的原則：不利的設(shè)計條件迫使我們最大限度地協(xié)調(diào)與周邊建筑的空間關(guān)系，

3、最終選擇與原有文體中心貼建的設(shè)計方案。新建筑與原文體中心貼建至少帶來三大好處：首先，新老建筑整合為一體，建筑內(nèi)外空間更易達(dá)到和諧統(tǒng)一；其次，貼建使得新建筑北移，讓出更多的室外可用地面積，更符合綠色建筑要求的“節(jié)地”原則；再次，建筑的北移為建筑爭取了更多的日照和自然通風(fēng)，也符合綠色建筑要求的“節(jié)能”原則。建設(shè)過程中盡可能維持原有場地的地形地貌，這樣既減少由于場地平整所帶來建設(shè)投資的增加，減少施工工程量，也避免了因場地建設(shè)造成對原有生態(tài)環(huán)境景觀的破壞。2）體形系數(shù)的控制體型系數(shù)是控制建筑能耗的重要參數(shù)，尤其是北方建筑。體型系數(shù)越小，對節(jié)約采暖能耗越有利，但是體型系數(shù)過小有可能制約平面功能的布置，造

4、成進(jìn)深過大，影響建筑自然通風(fēng)，采光，變向的增加了建筑通風(fēng)、照明能耗的增加。在設(shè)計方案中我們通過模擬計算分析，反復(fù)推敲，最終拋棄了復(fù)雜及標(biāo)新立異的幾何形體，選擇了簡單規(guī)則的形體，最大限度的控制體形系數(shù)。3）屋頂設(shè)計屋面做法選用80mm厚擠塑聚苯板，在保溫層上做150mm厚的佛甲草種植屋面，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)達(dá)到了0.42W/（m2K），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的0.55W/（m2K）。屋頂綠化面積為568 m2，占屋頂可綠化總面積的比例為80.9%。佛甲草種植屋面屬半自動半人工養(yǎng)護(hù)的屋頂綠化系統(tǒng)，其保溫性能的優(yōu)越性在我們設(shè)置的屋面樓板溫度監(jiān)測中得到了充分的證實。一方面佛甲草對于生存環(huán)境要求較低，養(yǎng)護(hù)成本低

5、廉，另一方面飽水狀態(tài)下的荷重僅為150kg/m2，減輕了建筑結(jié)構(gòu)的荷載，有利于節(jié)省建筑造價。4）建筑外墻設(shè)計維護(hù)結(jié)構(gòu)采用砂加氣砌塊保溫墻，局部采用外墻外保溫體系。砂加氣砌塊保溫墻這種新材料不僅具有傳統(tǒng)墻體材料的基本功能，更具有節(jié)能、輕質(zhì)、防火、隔音、環(huán)保、施工便捷、節(jié)省投資等諸多優(yōu)點。同時其主要原料來自于平板玻璃生產(chǎn)提取過程中產(chǎn)生的廢棄物硅礦尾礦砂，利用硅尾礦砂元素含量較高的特點，變廢為寶，進(jìn)行摻加再生產(chǎn)。硅礦尾礦用量占整個砂加氣原材料用量的30%以上，大大提高了產(chǎn)品的強度，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到并超過了國家標(biāo)準(zhǔn)的要求?？萍紮n案樓的外墻主要為200350mm厚砂加氣砌塊保溫墻，局部貼50mm厚擠塑保溫

6、板和窗口部位30mm厚膠粉聚苯保溫漿料。整個建筑外墻的平均傳熱系數(shù)僅為0.39W/（m2K），遠(yuǎn)低于現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的0.60W/（m2K）。5）建筑外窗設(shè)計較小的窗墻比有利于冬季節(jié)能，而通透的表皮則利于夏季自然風(fēng)的流通以及自然光的采集。如何合理解決這一矛盾，成為方案設(shè)計中必須考慮的要素。因此，在立面設(shè)計上反復(fù)比對，根據(jù)天津地區(qū)的全年主導(dǎo)風(fēng)向及冬夏兩季的主導(dǎo)風(fēng)向，在不同朝向的外墻形成不同的窗墻比系數(shù)（南向：0.32；東向：0.25；西向：0.29；北向：0.11），均衡了各個考量因素，實現(xiàn)了建筑功能、建筑立面與建筑節(jié)能的兼得。外窗的材料為PA斷橋鋁合金Low-E中空玻璃，平均傳熱系數(shù)達(dá)到了2.0W

7、/（m2K）。6）建筑外遮陽設(shè)計外遮陽對于減少太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，降低空調(diào)負(fù)荷具有很大作用。建筑東向設(shè)置固定外遮陽百葉，西向采用機翼型電動智能外遮陽百葉，可根據(jù)太陽入射角度的變化，自動進(jìn)行調(diào)節(jié)。7）綠植系統(tǒng)的設(shè)計項目采用綜合綠化方案，除屋面種植之外還包括垂直及室外綠化的設(shè)置。建筑首層設(shè)基槽（利用傳統(tǒng)花壇）種植爬墻植物，夏天可以遮擋太陽輻射，提高建筑的隔熱性能。景觀設(shè)計采用復(fù)層綠化，優(yōu)化喬、灌木的種植位置及靈活搭配，選擇鄉(xiāng)土植物作為主要綠化物種，主要以喬灌木為主，適當(dāng)種植宿根花卉及草坪。8）節(jié)能電梯的選用所選用的蝶式馬達(dá)（無齒輪）電梯比較傳統(tǒng)有齒輪電梯節(jié)能達(dá)40%以上；噪聲方面，普通有齒曳引機的

8、電機轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/分左右，而蝶式馬達(dá)電機最高轉(zhuǎn)速只有95轉(zhuǎn)/分，取消了齒輪減速箱，因此環(huán)境噪音降低，且不再使用潤滑油，使得即節(jié)省每年的換油成本，又減少了對環(huán)境的污染。8）裝修一體化設(shè)計：本項目的內(nèi)、外裝修設(shè)計做到和土建設(shè)計、機電設(shè)備設(shè)計、施工同步且匹配，避免了在裝修施工階段對已有建筑構(gòu)件的打鑿、穿孔、拆改。既保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，又減少了建筑垃圾、裝修施工中的噪聲污染以及裝修施工的工作量。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計1）消能減震支撐主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置23品消能減震支撐。該消能減震支撐為我院自主研發(fā)，現(xiàn)已獲得國家兩項專利認(rèn)證。消能減震支撐一方面可以減少地震對于建筑的破壞，另一方面可以減

9、少框架柱的截面尺寸以及樓板鋼筋含量，從而來達(dá)到節(jié)材的目的。2）高性能混凝土和高強度鋼的采用使用高性能混凝土可以盡可能的減小建筑結(jié)構(gòu)中梁柱截面尺寸，并且提高結(jié)構(gòu)的耐久性，同時采用高強度鋼，以達(dá)到減少用鋼量的目的，故本工程受力鋼筋均采用HRB400高強度鋼，比HRB335鋼節(jié)省用鋼量20%。3 給排水設(shè)計1）節(jié)水型潔具的選用潔具選用節(jié)水型水龍頭和節(jié)水型坐便器，比同類產(chǎn)品節(jié)水25%。同時還選用了無水型小便器，普通節(jié)水型小便器一次用水量3L，按辦公人數(shù)計算小便器一天用水量為1m3，一年耗水量為300m3，而感應(yīng)式小便器在使用一段時間后，又易造成感應(yīng)器損壞，無水型小便器的采用可以減少維修量，只需每年更換

10、一次排水部分的薄膜套即可。2）太陽能熱水系統(tǒng)天津地區(qū)屬于二類地區(qū)，太陽能資源豐富，充分利用太陽能是節(jié)能的一項重要措施。檔案樓共有14個洗手盆冬季需提供熱水，由于洗手盆分層設(shè)置比較分散，如果每兩個手盆下設(shè)小型電熱水器則需設(shè)7個電熱水器，且每個熱水器冬季需24小時運行，很不利于節(jié)能，因此考慮使用太陽能熱水系統(tǒng)：在屋頂設(shè)置太陽能集熱板，屋頂水箱間內(nèi)設(shè)置太陽能熱水箱及熱水循環(huán)泵。本項目選用的是專利真空管，克服了普通真空管真空度低，保溫性能差的缺點，同時價格適中，并且發(fā)射比降低50%，集熱器內(nèi)膽于其他部分實現(xiàn)無焊連接，密封性好。經(jīng)計算，14個洗手盆一天熱水量為1m3，太陽能集熱板面積為21m2，整個太陽

11、能熱水系統(tǒng)投資5萬元左右，使用年限為15年，而如果使用電熱水器，初期投資為3500元，按每年運行180天考慮，每天8小時運行，年耗電量1萬度左右，全年運行費為7600元，可見使用太陽能熱水器6年即可收回成本，并符合節(jié)能的要求。3）非傳統(tǒng)水源利用根據(jù)項目占地面積小、可回收利用的污廢水量少的特點，如單獨設(shè)置中水處理系統(tǒng)，則投資大、不經(jīng)濟(jì)。考慮項目所在的氣象臺路附近有中水處理廠，可以方便地從其引用市政中水，且天津市建委明確規(guī)定，建筑室內(nèi)沖廁級室外綠化用水必須采用中水，為此，項目由氣象臺路引入一根DN150市政中水管，供建筑的沖廁、庭院綠化用水及洗車之用。4）雨水的收集與利用對于非傳統(tǒng)水源的雨水利用因

12、降雨量小，可回收雨水量少，因此本項目設(shè)計收集屋面雨水，對建筑的屋面雨水進(jìn)行有組織的收集，有組織的排入附近綠地。通過管網(wǎng)末端的滲井排入地下，可灌溉綠地及補充地下水，從而節(jié)約綠化用水，達(dá)到節(jié)水的目的。5）高效的灌溉方式本項目綠化用水采用滴灌的方式，由中水管道引入供水，在綠地內(nèi)設(shè)置閥門井，沿綠地敷設(shè)滴灌管，通過滴灌澆灑綠地，即可達(dá)到節(jié)水的目的，又可避免中水在空氣的彌散。4 暖通設(shè)計由于采暖空調(diào)能耗在建筑總體能耗中占有很大比例，因此空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排在建筑節(jié)能中越來越受到重視。本項目在改善維護(hù)結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上,采用了一系列能夠提高暖通系統(tǒng)能效、實現(xiàn)可再生能源利用的新技術(shù),其中包括:利用淺層地能的地源熱

13、泵系統(tǒng)、蒸發(fā)冷凝式冷水機組和溫濕度獨立控制的空調(diào)系統(tǒng)。1.系統(tǒng)的冷熱源介紹：經(jīng)過技術(shù)比較，確定了利用淺層地能的地源熱泵系統(tǒng)。由于空調(diào)末端采用了溫濕度分控技術(shù)，夏季提高供水溫度，冬季降低供水溫度，可以提高冷機的COP值。通過對地源熱泵的地源側(cè)吸、放熱量平衡計算，夏季增設(shè)了一臺蒸發(fā)冷凝式冷水機組作為補充冷源。采用地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的夏季電制冷冬季市政熱網(wǎng)加換熱的能源供給方式相比較，具有以下優(yōu)點：利用了可再生能源。因深度在15m以下的土壤溫度一年四季相對穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，同時充分利用了土壤“夏儲冬用”的特性。地源熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)的直接燃燒一次能

14、源的制冷供熱系統(tǒng)運行效率高。地源熱泵系統(tǒng)自身無污染物排放，真正的實現(xiàn)了節(jié)能減排。 節(jié)省建筑空間，省去了鍋爐房、冷卻塔占用的建筑面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。2.溫濕度獨立控制的空調(diào)末端系統(tǒng)：本工程采用了溫濕度獨立控制的空調(diào)末端系統(tǒng)，包括具有熱回收功能的溶液調(diào)濕新風(fēng)機組與全熱回收型風(fēng)冷式雙溫新風(fēng)機組，干式風(fēng)機盤管與毛細(xì)管輻射兩種干式末端。1）溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)勢空調(diào)系統(tǒng)中，冷水水溫由常規(guī)的7/12提高到17/20，制冷機制冷COP提高了約1015%。輻射空調(diào)末端與獨立新風(fēng)輸送系統(tǒng)，使得維持室內(nèi)冷熱的任務(wù)與空氣清新的任務(wù)分開，溫濕度解耦控制相對于關(guān)聯(lián)性很強的溫濕度耦合控制濕度

15、解耦控制相對于關(guān)聯(lián)性很強的耦合控制，更容易保證室內(nèi)的溫濕度控制精度，使室內(nèi)實現(xiàn)更好的熱舒適環(huán)境。無論是溶液調(diào)濕新風(fēng)機組還是風(fēng)冷式雙溫新風(fēng)機組都具有全熱回收的功能。以溶液調(diào)濕新風(fēng)機組為例，其內(nèi)置溶液全熱回收裝置，可高效回收排風(fēng)能量，全熱回收效率大于60%，有效減少新風(fēng)處理能耗，而且機組內(nèi)新、排風(fēng)風(fēng)道獨立，不存在交叉污染。毛細(xì)管輻射干末端，因為其水系統(tǒng)溫差只能做到3左右，故水輸送能耗較高，但由于水傳遞能量的密度大于空氣，而且末端利用長波輻射和自然對流的機理進(jìn)行能量交換，與全空氣系統(tǒng)或風(fēng)機盤管系統(tǒng)相比，減少了風(fēng)機輸送能耗，因此本系統(tǒng)的綜合輸送能耗較常規(guī)系統(tǒng)減少1015。健康舒適，新風(fēng)機組獨立運行，即

16、可滿足對新風(fēng)的降溫、除濕、加熱和加濕的處理，又 可有效去除細(xì)菌和可吸入顆粒物，凈化空氣，避免了送風(fēng)的二次污染，而且除濕過程完全取消潮濕表面，杜絕霉菌滋生，保證室內(nèi)人員健康舒適?？照{(diào)末端采用毛細(xì)管輻射系統(tǒng)輻射供冷、供暖方式徹底解決了人員“既怕吹冷風(fēng)、又怕吹熱風(fēng)”的問題，而且無噪音。毛細(xì)管輻射末端裝置，使得室內(nèi)熱環(huán)境更自然、均勻、舒適。5 電氣設(shè)計電氣專業(yè)在節(jié)電與對用電設(shè)備的節(jié)能控制方面作了深入細(xì)化的設(shè)計，設(shè)置合理的供配電系統(tǒng)，合理選用節(jié)能光源并對照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制，充分利用太陽能，為綠色建筑的實踐作出了有益的嘗試，并收到可喜的效果。同時，建筑物內(nèi)設(shè)置的建筑物綜合信息展示系統(tǒng)，簡單明了的展示了本

17、建筑物所采取的節(jié)能措施，系統(tǒng)內(nèi)所采集的樓內(nèi)各系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)也為今后的科研工作提供了必要的數(shù)據(jù)支持。1）節(jié)能燈具與節(jié)能光源的選用。在燈具選擇上，選用為無眩光高效格柵燈具，燈具效率達(dá)到70%，該燈具采用OLC反射器，確保全方位持久亮度控制，格柵片提供有效的眩光控制，把舒適和節(jié)能有效的結(jié)合了起來。此外該燈具光源為T5三基色熒光燈，,比傳統(tǒng)燈具減少了25%的能量消耗。2）光導(dǎo)照明系統(tǒng)。本工程在6層衛(wèi)生間前廳設(shè)置光導(dǎo)照明裝置，將室外的自然光線均勻漫射到室內(nèi)每一個角落。本系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、安全等諸多優(yōu)點。3）照明控制系統(tǒng)。在照明控制方面，采用智能照明控制系統(tǒng)，對走廊、樓梯間、門廳等公共場所及敞開式辦公室進(jìn)

18、行集中控制。對敞開式辦公室，我們設(shè)置紅外傳感器與照度傳感器結(jié)合的方式進(jìn)行控制。紅外傳感器探測室內(nèi)人員情況，照度傳感器探測辦公室內(nèi)工作照度，在不滿足工作照度且辦公室內(nèi)有人的情況下，燈具點燃；否則，燈具熄滅。這樣充分把設(shè)計人性化與節(jié)能要求有機的結(jié)合了起來。4）電能管理系統(tǒng)。本工程辦公室內(nèi)照明及插座分別采用不同干線供電并進(jìn)行分層計量，既能滿足各部門成本結(jié)算的要求也能綜合統(tǒng)計電能使用情況，便于日后的管理。所有計量電表均為數(shù)字多功能儀表，可將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至變電站電能管理系統(tǒng)，對電能情況進(jìn)行綜合統(tǒng)計，便于管理部門針對用電使用情況作出有效的節(jié)能調(diào)整方案，使用電設(shè)備達(dá)到最佳運行狀態(tài)，并實現(xiàn)節(jié)能效果。5）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏技術(shù)，其基本工作原理是：以太陽能電池板接收太陽光并產(chǎn)