公共建筑節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的運用研究——以橋梁科技大廈為例

李鑫強

中鐵大橋局集團武漢置業(yè)發(fā)展有限公司 湖北 武漢 430050

前言

有數(shù)據(jù)顯示，建筑業(yè)耗能占社會總耗能的30%，加上建筑材料生產(chǎn)過程的消耗，在社會總耗能的占比達到46%～47%。中國是建筑業(yè)大國，被國際建筑界稱之為“世界上最大的建筑工地”。我國現(xiàn)有建筑總面積400多億平方米，每年新建房屋面積接近20億平方米，因此發(fā)展綠色建筑[1]是當前我國建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，是推動節(jié)能減排，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的重要舉措。本文以橋梁科技大廈為例，討論現(xiàn)代辦公建筑設(shè)計中圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計、暖通空調(diào)設(shè)計等幾項綠色建筑技術(shù)的運用效果，為綠色建筑進一步發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 項目概況

本項目位于武漢四新生態(tài)新城，漢陽區(qū)四新大道6號。項目總用地面積33778.9平方米，大廈總建筑面積95532.0平方米，計容建筑面積69995.3平方米，地下建筑面積25536.7平方米，地塊容積率2.25，建筑密度22.01%，綠地率30.7%。橋梁科技大廈包括地下2層地上21層，建筑高度108米，地下2層為機動車庫和設(shè)備用房。是集橋梁科技研發(fā)、辦公、國際學術(shù)會議、橋梁科技博覽及后勤服務(wù)五位一體的綜合性大樓。項目打造綠色建筑（已取得綠色建筑三星設(shè)計標識證書），定位于中國建橋之都的新地標，工程建設(shè)爭創(chuàng)“魯班獎”，創(chuàng)建“海綿城市示范項目”。

橋梁科技大廈已實現(xiàn)了最初的建設(shè)目標，取得了較為突出的經(jīng)濟效益，經(jīng)初步測算分析：采用的排風熱回收系統(tǒng)每年可減少運行費用約83.69萬元。

2 建筑空間布局

武漢屬北亞熱帶季風性（濕潤）氣候，常年雨量充沛、熱量豐富、雨熱同季、旱澇更替、冬冷夏熱、四季分明，項目地上21層呈“工”字形布置，建筑朝向為南偏西32.1度，與武漢的主要建筑朝向相符，利于冬季避開主導風向，夏季利用自然通風；在建筑內(nèi)部，辦公區(qū)采用大空間布局模式，其中不僅可劃分出小的辦公單元，方便員工間溝通與交流，還可按標準化、模數(shù)化布置，提高空間使用效率，節(jié)省一次性投資成本，減少資源使用浪費。

項目設(shè)計除滿足常規(guī)的辦公功能、流線組織外，還在第3層屋頂和頂層屋頂設(shè)置綠化花園，共同形成室外開放綠化空間，為使用者提供大量的交流活動空間，多層次的立體綠化系統(tǒng)也減少了環(huán)境的熱島效應。

3 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁科技大廈在圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能方面綜合采用保溫墻體、節(jié)能玻璃、綠化屋頂?shù)韧鈬o措施，實現(xiàn)50%[2]的節(jié)能設(shè)計，具體見表1。

表1 公共建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能指標

4 暖通空調(diào)設(shè)計

項目冷熱源由設(shè)在地下二層的地源熱泵機房提供，冬季提供45/40℃的熱水，夏季提供7/12℃的空調(diào)冷水。冷熱源為1臺離心式冷水機組+3臺螺桿式地源熱泵機組（見表2），原理圖如圖1所示。

表2 冷水機組主要性能及參數(shù)表

圖1 空調(diào)冷熱源原理圖

4.1 能耗模擬

參照建筑的圍護結(jié)構(gòu)熱工性能根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB50189-2005[2]的限值設(shè)定，設(shè)計建筑的圍護結(jié)構(gòu)熱工性能按設(shè)計文件設(shè)定，其邊界條件設(shè)置見表3～4。

表3 參照工況建筑模型主要功能房間的邊界條件設(shè)置

表4 設(shè)計工況建筑模型主要功能房間的邊界條件設(shè)置

辦公樓日運行時間為8:00～17:00，空調(diào)供冷6月中旬～9月中旬，供暖12月中旬至次年2月中旬，扣除普通節(jié)假日，供冷按100天計，供暖按100天計，通過DeST-C能耗模擬得出設(shè)計工況下辦公樓全年的累計冷熱負荷分別為90.62kW·h/m2，52.41kW·h/m2，參照工況下辦公樓全年的累計冷熱負荷分別為92.65kW·h/m2，59.40kW·h/m2，具體見圖2～圖3，主機能效降低幅度見表5。

圖2 設(shè)計工況下逐月空調(diào)供暖負荷圖

圖3 參照工況下逐月空調(diào)供暖負荷圖

表5 設(shè)計工況和參照工況能耗對比

4.2 節(jié)能計算

室內(nèi)外設(shè)計計算參數(shù)見下表。

表6 室內(nèi)外設(shè)計計算參數(shù)

（1）冬季工況

新風經(jīng)過全熱回收裝置時既有溫度的變化，又有含濕量變化，其熱回收為焓回收，冬季焓回收效率為60%，則冬季新風經(jīng)過全熱熱回收裝置后的干球溫度：t=[20-(-2.6)]×60%+(-2.6)=10.96℃，新風送風焓為：h=[33.20-3.20]×60%+3.20=21.2kj/kg，冬季工況全熱回收后新風送風參數(shù)計算結(jié)果見表7。

表7 冬季工況全熱回收后新風送風參數(shù)

以XF-4-2為例，送風風量為3000m3/h，排風風量為2400m3/h，全熱回收效率為60%：

如果不使用熱回收裝置，這部分新風熱負荷就要增加到空調(diào)負荷中[3]。按常規(guī)集中空調(diào)系統(tǒng)能效考慮，系統(tǒng)能效比按2.4[4]計算，處理14.4kW負荷所消耗的電功率為：14.4/2.4 =6.0kW。

但由于增加了全熱回收裝置，設(shè)備的送/排風阻力有所增加，這部分增加的阻力所消耗的功率為：[2400×140/3600]×2/60%/1000 =0.31kW。

全熱熱回收裝置的凈節(jié)能功率為：6.0kW–0.31kW =5.69kW。

辦公樓以每天運行11小時，冬季運行100個工作日，電價按1.0元/kWh計算，整個系統(tǒng)一個冬季所節(jié)省的電能為：5.69×11×100=6258kWh。全熱回收式新風機冬季工況節(jié)能效益見表8。

表8 冬季工況全熱回收式新風機節(jié)能效益

（2）夏季工況

新風經(jīng)過全熱回收裝置時既有溫度的變化，又有含濕量變化，其熱回收為焓回收，夏季焓回收效率為60%，則夏季新風經(jīng)過全熱回收裝置后的干球溫度：t=35.2-[35.2-25]×60%=28.08℃，新風送風焓為：h=91.88-[91.88-55.90]×60%=70.29kj/kg，夏季工況全熱回收后新風送風參數(shù)計算結(jié)果見表9。

表9 夏季工況全熱回收后新風送風參數(shù)

以XF-4-2為例，送風風量為3000m3/h，排風風量為2400m3/h，全熱回收效率為60%：

如果不使用熱回收裝置，這部分新風冷負荷就要增加到空調(diào)負荷中。空調(diào)能效比按2.4[4]計算，處理17.3kW負荷所消耗的電功率為：17.3/2.4=7.2kW。

但由于增加了全熱熱回收裝置，設(shè)備的送/排風阻力有所增加，這部分增加的阻力所消耗的功率為：[2400×140/3600]×2/60%/1000 =0.31kW。

全熱熱回收裝置的節(jié)能效果功率為：7.2kW-0.31kW=6.90kW。

以每天運行11小時，夏季運行100個工作日，電價按1.0元/kWh計算，整個系統(tǒng)一個夏季所節(jié)省的電能為：6.90×11×100=7590kWh，全熱回收式新風機夏季工況節(jié)能效益見表10[5]。

表10 夏季工況全熱回收式新風機節(jié)能效益

（3）節(jié)能效益

通過上述計算可以看到，采用全熱回收系統(tǒng)與不采用全熱回收系統(tǒng)相比，每年總節(jié)省運行費用約83.69萬元，具體見表11[6]。

表11 全熱回收式新風機冬夏工況節(jié)能效益

5 結(jié)束語

本文以橋梁科技大廈項目為依托，具體分析了項目所采用的節(jié)能技術(shù)以及取得的經(jīng)濟效益，具體得出如下結(jié)論：

①項目結(jié)合地理位置和氣候條件，以被動式建筑技術(shù)為主，主動式建筑技術(shù)為輔，做到建筑技術(shù)與建筑形態(tài)的有機結(jié)合；②項目設(shè)計工況下主機采暖能耗為24.9kW·h/m2，標準工況下主機采暖能耗為29.8kW·h/m2，則主機采暖能耗降低幅度為16.4%；③項目在空調(diào)新風系統(tǒng)領(lǐng)域應用排風熱回收系統(tǒng)，應用系統(tǒng)后每年可減少運行費用約83.69萬元，具有良好的經(jīng)濟效益。