綜合辦公樓綠色建筑設計分析

姚化濤

摘要：在我國，辦公建筑的發展除了帶有明顯的階段性，還帶有地域性等特征，尤其是綠色建筑成為當今和未來發展趨勢，節能減排、環境保護、舒適辦公等成為辦公建筑設計所關注的重點。本文就辦公樓綠色建筑設計進行分析。

關鍵詞：綜合辦公樓；建筑節能設計

在當今環境遭到嚴重破壞和建筑資源嚴重浪費的大環境下，人們不斷對現代生活與消費方式進行深刻反思，越來越重視綠色在建筑設計中的運用。因此，綠色建筑作為一種全新的設計思維和模式應用到各種類型的建筑設計，倡導最大限度的節約資源，保護環境，減少能耗。下面就結合一綜合樓工程進行節能設計，其包括辦公、展示、住宿、食堂、接待、培訓等功能。基地總占地面積 38434 ㎡。

圖1 鳥瞰圖

一、辦公樓設計策略

辦公樓的設計遵循綠色建筑設計原則，分別從設計上、技術上、使用者幾個方面進行綜合考慮，最大限度的節約資源，創造健康、適用、高效的辦公空間。

1 從設計方面

從建筑設計角度來看，在堅持因地制宜和可持續發展的原則下，通過建筑造型設計、圍護結構、自然通風、自然采光等幾個方面，降低建筑用能負荷的設計峰值和運行峰值，減少建筑能源系統運行時間，以此來實現建筑節能。

1.1 建筑設計

建筑造型及維護結構形式對建筑物性能有決定性影響，不同的建筑形式會造成能耗的巨大差別。根據地方標準《公共建筑節能設計標準》DB22/T436-2007的相關條文，最佳建筑朝向為南偏西 10°～南偏東 15°范圍；適宜朝向為南偏東 45°～南偏西 30°范圍；不宜朝向為東北、西北、北。利用能耗模擬軟件 Design builder進行模擬優化，最終把辦公樓的建筑朝向調整為南偏西 3°，建筑體形系數為 0.26，每個朝向的窗（包括透明幕墻）墻面積比為 0.60，得出最優設計方案。

1.2 維護結構保溫設計

圍護結構包括透明、不透明圍護結構以及屋頂保溫。在滿足可推廣意義上，力求通過圍護結構的改善，減少由圍護結構產生的冷熱負荷。

（1）超低能耗建筑圍護結構外保溫系統結構形式

建筑圍護結構采用EPS外墻外保溫系統系列產品和節能裝飾一體化板外保溫系統系列產品，其中包括液體粘結劑、粉狀粘結劑、新型節能裝飾一體化板、新型阻燃 EPS 節能裝飾構件、成品防火隔離帶、新型阻燃 EPS 節能保溫板及耐低溫外墻涂料等。通過 EPS 板、石墨 EPS 板外墻外保溫或內外保溫結合的方式，使外墻和屋面圍護結構的傳熱系數達到≤0.36 W/（㎡·K）。

（2）節能型外窗

選用三層玻璃窗：兩層真空玻璃+ LOW-E 玻璃，使外窗傳熱系數達到≤1.4W/（㎡·K）。

（3）門窗氣密性處理

選擇密封性好的門窗，處理門窗與墻體的連接部位、圍護結構上的開口等措施，來提高建筑圍護結構的氣密性，達到 n50≤6/h 的指標。

（4）建筑高能耗部位的節點構造

在建筑物的薄弱部位，例如窗側，窗開啟扇、屋頂等部位。并采取合理的節點構造，從而防止熱量的損失，以及紅外熱感應儀進行檢測是否存在熱橋。

（5）絕熱真空板門研發與應用

外門采用絕熱真空板門，該技術為待研發的新型產品，旨在降低傳熱系數、特高門的整體氣密性。

1.3 自然通風

自然通風是建筑節能設計中慣用的一項技術手段，根據自然通風的實現原理不同可分為：利用風壓實現的自然通風、利用熱壓實現的自然通風、風壓與熱壓相結合的自然通風以及機械輔助通風等幾種形式。其中通風式玻璃幕墻作為熱壓通風方式的一種，在我國的應用越來越多。

辦公樓的自然通風（見圖2）設計充分結合了地區氣候特征，采用雙層玻璃幕墻，包括封閉式內循環和開敞式外循環兩種形式，其結構構成由內外兩層玻璃組成，內部相當于一個溫室，腔體的內外表面上設有開口，在溫室效應下腔體的空氣溫度升高產生熱壓，熱氣流上升進入建筑內部，同時室外新風和室內空氣被吸入腔體進行循環加熱。在冬季通常對雙層玻璃間的空氣進行預熱，可以有效地降低建筑熱損失，同時由于外層玻璃的存在，降低了內層玻璃上的風壓；在雙層玻璃空氣間層設置遮陽百頁比單層玻璃的百頁有更佳的遮陽效果，可以降低室內冷負荷。通過自然通風技術的應用，能有效減少夏季空調運行的時間、降低空調能耗、改善室內環境。

圖2

1.4 自然采光

建筑被動式天然光利用技術是通過合理的建筑透明圍護結構設計方法與天然采光新技術，充分利用太陽的光、熱特性。這種利用室外自然光為室內提供照明的系統被稱為光導照明技術，又稱自然光照明。目前，光導照明技術在國內起步比較晚，但發展速度較快，具有良好的市場前景，其應用場所比較廣泛，在國內多用于大跨度的廠房、場館、辦公、地下空間等采光不好及白天需要日照的空間，大部分是單層建筑或建筑物的頂層。同時，還可以把自然采光光導技術與自然通風相結合，完善自然光光導照明系統的功能，保證在自然采光的同時使室內保持良好的自然通風。

本項目設計將光導照明系統應用于全樓中，與電力照明相結合，并以自然光光導照明為主。結合自然通風，開發出基于 Trnsys 軟件的自然光光導照明和自然通風的一套動態模擬自動控制系統，依據室內照度，將窗簾、光導照明系統和電力照明系統進行聯動，達到室內照明和自然通風的雙重效益。

2、從技術方面

2.1 土壤源熱泵系統

以電力和化石能源為主的空調冷熱源是我國目前常用的能源，煤炭占有較大的比例，造成能源結構不合理，利用效率低，環境質量日趨下降，給人的生存和生活造成嚴重的威脅。為了能更好的保護人類賴以生存的環境，從可持續發展的角度來看，應采用具有高效節能的空調冷熱源系統。

該工程選用土壤源熱泵為基礎的冷熱源，為整棟建筑提供冬季采暖用熱和夏季空調制冷。主要原理是通過利用熱泵技術，冬季將蓄存于地下土壤中的熱量取出來用于供暖，同時把冷量蓄存于地下土壤中，夏季又將蓄存的冷量從地下土壤中取出來用于空調制冷系統，如此往復的在冷熱源交替應用過程中，真正實現了能源的可再生化高效利用，是一項可持續發展的新能源形式。因此，土壤源熱泵系統是一種可再生能源開發和利用的技術。

2.2 太陽能利用

可再生能源包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等多種形式，開發利用可再生能源是可持續發展戰略的重要組成部分。太陽能既是一次性能源又是可再生能源，資源豐富，環保無污染，應大力提倡在建筑中廣泛應用。

根據工程的能耗特點分析，主要集中在照明、空調、采暖、電梯、電腦、給排水系統、熱水供應等方面。本項目對太陽能的利用主要體現在太陽能板和太陽能光伏系統兩種模式。

該地區太陽能資源豐富，平均日照時數為2200-3000小時，年太陽總輻射量為5021.7 J/m2，適于太陽能光伏系統的使用。辦公區屋頂及建筑外圍護結構安裝太陽能光伏系統，以收集太陽輻射能，并通過供熱管道把加熱的水、空氣等熱媒輸送至房間，為辦公樓提供供暖，鑒于太陽能具有分散、不穩定性、間斷等特點，根據基地環境對建筑物進行合理布局，科學設計建筑外部形體和內部空間的被動式太陽能采暖，以達到節能減排的要求。太陽能板的利用主要體現在建筑屋面以及綜合樓辦公、生活區東西山墻安裝的太陽能光電幕墻，收集太陽能資源，既為辦公空間提供室內照明用電，又為員工宿舍提供生活熱水用電，成功避免了綜合樓西曬。

2.3 相變儲能墻體應用試點

相變蓄能墻建筑將潛熱存儲技術應用在建筑圍護結構中，結合太陽能、自然通風等被動式方式，可以提高圍護結構的蓄熱、蓄冷能力，降低室內溫度波動幅度，減少建筑物供暖、空調設備的運行時間和能耗，達到節能降耗和提高熱舒適度的目的。

本項目擬選取示范建筑中的部分典型房間作為應用對象，分析選擇得到適用的復合相變材料，尋找合適的墻體結合方式，研制出相變溫度在室內空調、采暖設計溫度范圍內的相變蓄能墻體，提出含有相變材料的被動式蓄能房間的設計方法，在夏季，研究相變材料與自然通風合理的綜合利用方式，來提高夜間自然通風將白天蓄存熱量排放的效率，進而促進相變材料以一整天為周期蓄排熱量的能力。

2.4 照明節能技術集成應用

首先，基于照明使用功能分析，研究其對光源、燈具、照明指標、照明方式和控制方法的使用需求，在滿足照明使用功能的基礎上，分析能耗組成特點，通過改進照明設計方法、選擇高效光源燈具、優化照明控制方式等手段，探求照明節能新技術和新方法，然后通過 Dialux 和 Daysim 軟件，對所提出的“基于使用功能的照明節能新技術和新方法”進行計算機模擬研究，分析其照明效果及能耗狀況，進而對技術方法進行修改和完善。

其次，在上述研究基礎上，進行照明節能控制監測硬件和軟件開發，通過光線檢測模塊、聲音控制模塊、紅外探測模塊和觸控模塊的綜合應用，并與光源特點相結合開發照明節能控制監測系統。在時間上，該系統可根據人流情況進行照明開啟時間調節；在空間上，根據人群分布進行照明開啟區域調節；在指標上，根據自然光分布進行自適應照度調節；最終同時實現綜合照明能耗的實時監控，形成一套集聲控、光控、觸控及人體感應于一體的綠色照明節能控制監測系統。

2.5 地板輻射供熱制冷

低溫地板輻射采暖系統（見圖3）是一種將加熱埋管置于混凝土埋管層中，讓低溫熱水在管內循環流動加熱整個地面，然后通過輻射和部分對流供暖方式向室內散熱的一種供暖形式。

圖3 辦公區聲控光感照明示意圖

本項目安裝的低溫地板輻射采暖系統，采用“分戶計量，分室調溫”的方式，具有節能、環保、舒適、方便、使用壽命長、高效節能、經濟效益可觀等一系列優點，而且地板輻射供冷系統沒有風機，大大較低了耗電量，有效改善室內環境，通常地板輻射供冷系統比常規空調系統節能 30%～40%，例如美國勞倫斯伯克里實驗室使用美國全境各地氣象參數對商用建筑進行模擬試驗得出結論，地板輻射供冷系統比常規空調系統節能 30%。

3、從使用者方面

辦公建筑不僅僅只是單純的為人們提供辦公空間和場所，而是在滿足基本功能的基礎上，以追求最大的舒適度，才能有效提高工作效率。據統計，上班族一周在辦公室的時間占據了整個人在活動空間的絕大部分，可見辦公環境的重要性。辦公環境的不斷升級跟社會經濟的快速發展存在必然聯系，從建筑形式、結構、功能、材料、技術手段等多個方面不斷創新，從最初簡單的幾何形體向形體復雜化、功能完善化、形式多樣化轉變，尤其是在現在高能耗、高污染、多重壓力這個大環境生活的人們，更加向往接近大自然的辦公場所。

人類在追求高品質辦公環境的同時，還要懂得保護環境、節約資源，方能達到共贏。提高使用者的節能意識是減少辦公建筑能耗的重要環節，從走訪調查中得出，大多數辦公人員缺乏節能意識，在使用空調的情況下開啟門窗，或者在無人辦公的情況下，空調和辦公設備一直處于運行的狀態，以及在白天日照條件非常好的情況下繼續使用燈光照明等浪費資源的現象。這些問題的產生主要是使用者缺乏節能意識，以及公司的節能管理制度不夠完善。

因此，綠色建筑要保持可持續發展的生態環境，不僅要從建筑設計、施工、選材、環境選擇等方面進行考慮，而且要加強建筑的后期管理，完善各種配套設施，根據綠色建筑的標準建立辦公建筑的運營和管理制度。

二、結束語

通過實際案例，分別從設計、技術、使用者以及關于綠色建筑國家制定的一系列法律法規等方面對辦公建筑設計做進一步探討。對辦公建筑的外圍護結構、自然通風、自然采光、地源熱泵、新能源利用等幾個方面進行詳細概述，以求在當今建筑資源遭到嚴重浪費的情況下，探索出一種嶄新的設計思維和模式應用到辦公建筑設計中，倡導最大限度的節約資源，保護環境，減少能耗。