上海地區建筑節能設計要點——以中航民用航空電子產業園項目為例

張磊，郭見卓 （中國航空規劃建設發展有限公司，北京 100120）

1 建筑節能的應用需求

1.1 建筑節能設計的時代背景

我國目前全球城鎮化進程加快、經濟快速增長,但是人口急驟增加、資源萎縮、環境惡化,在建筑物的建造和使用過程中不僅消耗大量的能源與資源,而且破壞了環境,因此建筑行業在加快城市化進程、改善城鄉居民生產生活環境等方面起著十分重要的作用,解決好建筑行業的節能問題,是建設節約型社會的重要組成部分。

1.2 上海地區節能設計的需求

上海是中國經濟的排頭兵，是現代國際大都市之一，同時也是一個能源緊缺、資源匱乏的城市。其中建筑能耗占全市總能耗約18%，成為上海市能源消耗的大戶。由于上海市是我國經濟發達地區，也應該為我國節能減排工作起到帶頭示范作用，因此上海市對于公共建筑節能實施比全國其它地區更高、更適合上海地區特點的要求，執行《上海市工程建設規范公共建筑節能設計標準》。

2 建筑節能設計的應用——中航民用航空電子產業園建筑節能設計

2.1 項目概況

中航民用航空電子產業園項目地塊位于上海紫竹科學園區，地塊大體呈東西長、南北寬的不規則形狀，東西最長約560m，南北最寬約380m。地塊具體位于紫日路以東、紫星路以北、紫月路以西、紫海路以南。總用地面積123215m2，總建設面積209380m2。建筑物總占地面積26393m2，建筑密度21.4%，容積率1.41。

中航民用航空電子產業園分為二期建設，其中一期工程位于場地西南側，為系統級航電產業平臺，包括合資公司樓、配套服務樓。二期工程位于場地東側，包括子系統級航電產業平臺，含多個航電子系統研發測試樓；航空微電子研發平臺，含多個航空微電子研發設計樓；民用電子產業平臺,含多個民用電子研發設計樓以及產業配套服務等。

圖1 總平面圖

圖2 鳥瞰圖

圖3 單體效果圖

圖4 種植屋面效果圖

園區由內部車行道和景觀隔離帶將地塊分成系統級航電產業、子系統級航電產業、航空微電子研發、民用電子產業四個組團。各組團分區明確，功能合理，并使園區內景觀豐富，疏密有致，動靜分離，節約能源。

本次項目主要建設內容為一期合資公司樓、配套服務樓，總建設面積43398m2。

2.2 總平面布置及節能設計

上海地區屬氣候溫暖濕潤、四季分明，屬亞熱帶季風性濕潤氣候。年平均氣溫為15.5℃，常年以東南風為主，常年無霜期230d；雨水充沛，年平均降水量1089mm，年雨日約133d，年平均日照1994.6h。

建筑節能設計就是從分析地區的氣候條件出發，將建筑設計與建筑微氣候、建筑技術和能源的有效利用相結合的一種建筑設計方法，也就是說在冬季最大限度的利用自然能來采暖，多獲得熱量和減少熱損失；夏季最大限度的減少得熱和利用自然能來降溫冷卻。

本方案根據方案總平面布置圖及工藝、建筑等各專業的設計條件，結合紫竹科學園區要求，考慮了地形、防火、衛生及周圍環境等要求，同時充分考慮了夏季有利的主導風向（通風致涼）和避免冬季不利的主導風向（避風保暖），綜合考慮采光、通風、保溫和防曬等因素，合理安排群體布局和建筑朝向。本項目用地常年以東南風為主，在進行園區布局時，我們將小體量的低層、獨立式建筑放在南面，大體量的建筑放在北面，可以最大限度的滿足夏季自然通風的需要。

2.3 建筑物特征

本建設項目不僅要提供一個高效便捷的研發平臺、明亮舒適的測試實驗空間，還需將整個建筑群體納入紫竹園區大環境之中，使之成為有機整體，并在建筑形體上體現其自身特殊的性格。

在建筑單體設計前，必須進行建筑群體的協調設計，通過統一的建筑語言、符號、秩序表達一致的建筑形象，具體通過以下三點協調設計。

①總體規劃布局協調：中航民用航空電子產業園由內部車行道和景觀隔離帶將地塊分成系統級航電產業、子系統級航電產業、航空微電子研發、民用電子產業四個組團。每組建筑物組團因電子產業自身屬性特點，需要表現出同中求異的建筑形象。本次規劃設計突破常規的孤立的單體設計，打破傳統的條塊分隔，結合用地現狀，因地制宜，在充分滿足工藝研發測試需求的前提下，通過幾個區位要素將不同性質的建筑有機的整合，形成整體性的統一對外建筑形象。使每個區域建筑布局追求渾然一體，創造新時代高科技電子研發企業的嶄新形象，傳達中航工業企業文化精神。

②建筑風格協調：建筑造型力求方整，簡單實用，通過規劃，組合為一組群體建筑，模糊單體個性，統一的建筑立面、造型手法，一致的建筑外裝修材料、色彩，從而形成整體的對外建筑形象。

建筑立面設計從建筑自身特點出發，遵循基地總體規劃對建筑形態總的要求，以簡潔大方為主要設計特色，以鋁合金金屬幕墻、石材幕墻構成造型主體，總體造型明快流暢，與基地總體環境相吻合，建筑造型簡潔、大氣，在對建筑物的造型、風格進行控制的同時，也對立面中的細部節點也進行了重點處理，使建筑物既有簡潔、明快的總體形象，又經得起細細品味，用精美的材料和精致的細部充分表達建筑的文化含量。

③建筑色彩協調：基地內所有建筑物色彩統一設計為灰色主調，灰色為混合色，富于變化，象征著包容、多樣性和復雜性。

本次設計的“建筑灰”統一而不失變化，一致而不顯呆板。灰色的玻璃幕墻、灰色的金屬構件、灰色的鋁板幕墻。每一種材料因自身材質不同，而塑造出不同的立面效果，主色調莊重嚴謹而不失活潑元素。

2.4 建筑單體節能設計要點

101#合資公司樓為新建高層工業科研建筑，總建筑面積43465m2，其中地上建筑面積36553m2，地下建筑面積6912m2（與102#連通），建筑基底面積4511m2。該建筑平面呈五邊型，東西長81m，南北寬81m（最大邊長），建筑高度38.4m，建筑層數為8層，首層、二層層高為5.4m，三至八層層高為4.5m，結構形式采用現澆鋼筋混凝土框架-抗震墻結構。一層主要由集成裝配、測試等工藝用房和對外接待等配套服務組成；二層主要由集成裝配、測試、試驗等工藝用房和培訓用房組成，三至八層均為研發、辦公及實驗室。平面設計的原則是靈活使用、流線短捷、滿足功能、節約能耗，也為未來的改造提供良好的條件。

102#配套服務樓為新建高層民用建筑，總建筑面積12373m2，地上建筑面積10089m2，地下建筑面積2284m2（與101#連通），建筑基底面積1226m2。建筑東西長27m，南北寬45m。建筑高度38.4m，建筑層數為8層，首層、二層層高為5.4m，三至八層層高為4.5m，結構形式采用現澆鋼筋混凝土框架-抗震墻結構。一層主要由接待、展示、招商及廚房等用房組成；二層主要由餐廳、活動中心等用房組成；三至八層為辦公、會議等用房。

2.5 節能設計手法

2.5.1 合理控制建筑體形系數

體形系數就是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積和所包圍的體積之比值。也就是說，單位建筑空間的外表面積越大，體形系數越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考慮節能設計時，建筑平面外形不宜凹凸太多，力求完整。本項目101#合資公司樓體形系數為0.10，102#配套服務樓體形系數為0.15，平面外形比較規整。

2.5.2 合理控制窗墻比

窗墻比就是建筑外窗面積與外圍護墻體總面積之比值。由于外圍護墻體的熱工性能比玻璃窗或玻璃幕墻要好，盡管外窗面積比外墻面積小，但通過外窗得失熱量卻占外圍護結構得失熱量的40%左右，因此需要根據上海地區氣候特征合理控制窗墻比。在上海地區，建筑的窗墻比可以較大，夏季利用較大的南向窗戶進行自然通風，冬季則可以獲得較多的太陽輻射熱。本項目101#合資公司樓的窗墻比為：外圍東向0.50、外圍西向0.52、外圍南向0.51、外圍北向0.52、外圍東南向0.41、內院南向0.57、內院東向0.38、內院西向0.40、內院北向0.42、內院西南向0.47。102#配套服務樓的窗墻比為：南向0.44、北向0.45、東向0.47、西向0.31。

2.5.3 外墻的隔熱保溫與遮陽

目前，我國正提倡新型復合墻體自保溫系統和外隔熱保溫技術，外保溫的優點：建筑室內溫度受室外溫度波動影響小，有利于主體結構保護和熱（冷）橋的產生。本項目外墻采用3mm厚氟碳噴涂單層鋁板，背襯1mm鍍鋅鋼板+60mm玻璃棉板保溫，墻面內側封FC板，傳熱系數K=0.79w/（m·k）。屬于外保溫系統，玻璃棉板具有良好的保溫性和憎水性，方便施工，適用于設計各種復雜外墻體保溫。

2.5.4 玻璃門窗的隔熱保溫與遮陽

外窗玻璃門窗是阻擋夏季太陽輻射熱進入室內和冬季室內熱量散失的最薄弱環節，其能耗是同面積墻體的4倍、屋頂的5倍，對建筑能耗影響較大。除控制窗墻比外，需增加玻璃門窗的熱工性能，本項目選擇采用熱工性能較好的6mm較低透光Low-E+12空氣+6mm透明玻璃，隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2·K)]，框面積≤20%，同時加強窗墻間、框扇間的接縫氣密性設計。

2.5.5 屋面保溫隔熱與遮陽

在上海的夏季，屋面日照時間長，太陽輻射強度大，屋頂外表面溫度最高達到60℃～80℃，頂層室內溫度受其影響會提高2℃～4℃。在冬季，屋頂對外散失熱量，又增加了室內的空調熱負荷。本項目屋面采用了種植屋面節能措施，種植屋面是一種生態節能型屋面，不僅能夠提高屋面的隔熱保溫性能，還能增加城市綠地面積，改善城市氣候環境。實驗數據表明，種植屋面使屋頂外表面最高溫度下降2.0℃，具有良好的隔熱保溫性能。

2.5.6 自然通風

風壓與熱壓是實現自然通風的兩種手段，二者互為互補、密不可分。風壓通風是利用建筑的迎風面與具有良好外部風環境的地區，選擇有利通風的建筑朝向、控制建筑進深、“引導”自然通風等，可實現良好的風壓通風效果。

3 結 語

建筑節能研究是建筑可持續發展的重要研究課題。在我國現階段，主要提倡運用與經濟發展水平相適應的簡單節能技術為主。中航民用航空電子產業園項目正是從建筑設計入手，結合總平面布局，綜合分析地區氣候特征，充分利用有利的氣候條件和防御不利的氣候因素影響，運用了若干成熟的建筑節能技術，達到全面打造節能型科研辦公建筑、工業建筑的目的。

[1]DGJ08-107-2012,公共建筑節能設計標準[S].2012.

[2]徐強,邱喜蘭.上海公共建筑節能監管：提升節能成效培育節能市場[J].城市住宅,2009（4）.