綠色節能技術在西藏自然科學博物館建設中的有效利用

高 嫣

（西藏自然科學博物館，西藏 拉薩 850000）

綠色節能理念是建筑工程設計中一個重要組成部分，它能夠在很大程度上提高人們的生活質量，還能夠促進國家環保政策的實現［1］。西藏自然科學博物館屬于一類高層建筑，建筑高度為37.5米。建筑地上1層主要為科技館、臨時展廳；2層主要為自然館、辦公區和實驗室；3層主要為自然館、藏品庫房和維護區；4層主要為展覽館。地下1層為設備機房。整個工程設計按照《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2006體系中的節能、節地、節材、保護環境及節能減排的指導思想，由框架、剪力墻結構、混凝土、鋼混合結構、鋼結構、網架結構等幾種結構形式組成，抗震設防烈度為8度。建筑墻體地下室部分外墻采用防水鋼筋混凝土墻體，地上部分外墻采用混凝土空心砌塊（200.00mm）、防火聚苯顆粒保溫板（100.00mm）、鋁塑復合板（20.00mm）或中灰色外墻無機耐候涂料。

在幕墻及屋頂的外側覆蓋了一層充滿著濃郁藏文化特色的“曼荼羅外皮”，通過在現代建筑上烙上了地域性傳統文化元素的“紋身”從而使國際化的建筑更加自然的落腳于西藏這塊神秘的土地，這是文化屬性；其重要的功能屬性就是遮陽、蓄熱，自然地構成了一套被動式太陽能系統。

外墻外保溫建筑節能體系采用工廠標準化生產的防火聚苯顆粒保溫板。建筑EPS模塊是指經積木式插接組合成現澆混凝土剪力墻的外側免拆模板，用組合鋼模板（大模板）做內側模板，通過連接橋將兩側模板連接成截面尺寸準確的空腔構造，經支護在其內澆筑混凝土，達到拆模強度后拆除內側鋼模板和外側支撐，由混凝土握裹連接橋、連接橋拉結模塊以及模塊內表面的燕尾槽與混凝土的有機咬合所形成的現澆混凝土復合墻體體系。EPS模塊化外墻保溫體系相對于傳統的EPS現澆混凝土保溫體系，有效的提高了保溫材料的使用年限，解決了因飾面層超重可能造成脫落的隱患。

1 節地與室外環境

1.1 建筑采光與光污染控制

綠色建筑的發展已經到了定量分析的階段，在綠色建筑設計過程中應該采用計算分析手段進行模擬分析來推敲某種設計策略對建筑的影響程度，進而對節能策略進行選用。其中西藏自然科學博物館設計過程就運用了熱工環境、風環境分析、采光照明和眩光分析、能耗數值計算工具等軟件。經過模擬分析采光質量，包括亮度和采光的均勻度，并與建筑設計進行交互優化調整。不僅采光模擬可以優化采光均勻度又可以與照明專業分析燈具的開啟時間和使用習慣，以及照明的智能控制策略，進而實現整體節能。在定量的計算模擬分析后甚至能夠糾正感性認識的錯誤。比如在采用能耗分析軟件研究發現的西向的水平遮陽措施對改善西向房間的熱工性能也有很大的幫助，糾正了通過感性認識一般認為的西向水平遮陽措施對房間遮陽幫助不大的認識，進而可調整相應的設計策略。

建筑門窗節能技術對節能環保來說是其不可或缺的一部分［2］，西藏自然科學博物館玻璃、遮陽與幕墻的設計與選材，符合現行國家標準《玻璃幕墻光學性能》GB/T 18091要求的反射比小于0.3的要求，避免光污染，西藏自然科學博物館的夜景照明不采用大功率投射燈光，并合理利用建筑內部透射光和局部裝點的氛圍燈光及室外環境照明，盡量避免眩光。

1.2 聲環境

西藏自然科學博物館所在區域除南側西藏大學新校區外皆為行政單位和農村，環境噪聲較小，周圍無鬧市區、高噪音機械等，除道路車輛噪聲外無別的噪聲源。西藏自然科學博物館噪聲執行《聲環境噪聲標準》（GB3096-2008）的1類環境噪聲標準要求，并且西藏自然科學博物館周圍環境開闊、空曠，噪聲也能達到此標準。

1.3 風環境

根據西藏自然科學博物館現有的總體平面規劃方案，利用Airpak2.12軟件建立1∶1室外風環境模擬的三維幾何模型，根據對夏季、冬季及全年大風荷載下典型工況的模擬分析，模擬表明館內主樓地塊內主要通道內的風速最大風速為4.536m/s，均小于5m/s，滿足行人舒適性要求。

1.4 本地植物

拉薩的植物資源形成了西藏地區特色的植物景觀，西藏自然科學博物館設計充分吸取西藏地區的植物造景特色，同時結合建筑特點，形成具有一定創新性的植物景觀。植物種植設計以崇尚自然生態為主旨，以本地鄉土樹種為主，植物景觀設計滿足與西藏自然科學博物館建筑風格相協調，有鮮明特色，緊緊圍繞自然博物館的設計理念，營造幽雅、高檔、時尚、宜人的人文氛圍。具體設計時突出季相變化，注重特色空間、小空間中植物搭配，主要以喬灌木為主，適當種植開花灌木植物，起到美化環境和改善空氣質量的目的。主要種植物種為銀杏、雪松、云杉、垂柳、紅葉李、日本櫻花、垂絲海棠、紅花槐、叢生金葉榆、叢生紅葉李、側柏、千頭柏球、紅黃刺玫球形灌木、草坪等，起到美化環境和改善空氣質量的目的。

2 節能與能源利用

2.1 節能設計

由于模塊技術性能指標的大幅度提高，連接橋拉結著模塊、模塊內外表面均勻分布的燕尾槽與混凝土形成有機咬合，這種獨有的復合墻體配套組合方式，有效地提高了節能建筑的耐久年限，做到保溫層與節能墻體同壽命。獨特的連接橋位置插接標記可有效的保證了鋼絲網片的嵌固強度和保護層的厚度，在模塊外側粘貼面磚的重量若超過20kg/m2、單塊面積超過10000mm2時，可將予制鋼絲網片用自攻螺釘固定到模塊的連接橋上。模塊通過外側均勻分布的燕尾槽與抹面膠漿的有機咬合和抹面膠漿與鋼絲網片的拉結，徹底解決了因飾面層超重可能造成脫落的隱患。外墻、屋面等各部分采用屋面保溫隔熱采用50mm厚酚醛保溫板，燃燒性能為B1級，確保了建筑的保溫性。

2.2 節能高效照明

節能照明是指通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品，包括電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調光控制設備，最終達到舒適、安全、經濟、有益環境保護，改善、提高人們工作、學習生活的質量，有益身心健康并體現照明文化的現代照明。在中國，照明用電量大約占發電量的10%左右，并且主要以低效照明為主，照明終端節能具有很大的潛力。節能照明具有節約能源和緩解高峰用電的雙重作用。西藏自然科學博物館節能照明主要有幾種措施，一是充分利用自然光，這是照明節能的重要途徑之一。在設計中要做到充分合理地利用自然光使之與室內人工照明有機地結合，從而大大節約人工照明電能。二是照明設計規范規定了各種場所的照度標準、視覺要求、照明功率密度等等。照度標準是不可隨意降低的，也不宜隨便提高，要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質量的前提下，選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具。三是推廣使用低能耗性能優的光源用電附件，如電子鎮流器、節能型電感鎮流器、電子觸發器以及電子變壓器等，公共建筑場所內的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具，緊湊型熒光燈優先選用電子鎮流器，氣體放電燈宜采用電子觸發器。四是改進燈具控制方式，采用各種節能型開關或裝置也是一種行之有效的節電方法。根據照明使用特點可采用分區控制燈光或適當增加照明開關點。公共場所及室外照明可采用程序控制或者光電、聲控開關，走道、樓梯燈人員短暫停留的公共場所采用節能自熄開關。五是合理選擇照明控制方式，調節人工照明照度及加強照明設備的運行管理。

2.3 自然通風

西藏自然科學博物館利用自然通風具有良好的經濟效益和環境效益。采用自然通風方式的根本目的就是取代（或部分取代）空調制冷系統。而這一取代過程有著兩個至關重要的意義：一是實現有效被動式制冷，當室外空氣溫濕度較低時自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內溫度，帶走潮濕氣體，達到人體熱舒適，即使室外空氣溫濕度超過舒適區，需要消耗能源進行降溫降濕處理，也可以利用自然通風輸送處理后的新風，而省去風機能耗，且無噪聲。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣（新風），有利于人的生理和心理健康。室內空氣品質的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新風。自然通風可以排除室內污濁的空氣，同時還有利于滿足人和大自然交往的心理需求。

2.4 太陽能熱水系統

西藏自然科學博物館選用開式水箱直接供暖太陽能供熱系統（即：開式集熱系統配開式水箱的太陽能采暖系統），確保在真空集熱管局部損壞的情況下，整個太陽能熱水系統仍可正常運行，且便于更換。

表1 西藏拉薩市的太陽輻照資料

2.4.1 氣象參數。采暖季，指每年10月1日至來年4月30日（約212天）。拉薩地區采暖季水平面平均日太陽總輻照量：JT水平面=19.153 kJ/m2。拉薩地區采暖季傾斜表面平均日太陽總輻照量：JT傾斜表面=24.785 kJ/m2。拉薩地區采暖季傾斜表面平均日太陽總輻照量最高值：JT10月傾斜表面=26.26 kJ/m2。拉薩地區采暖季傾斜表面平均日太陽總輻照量最低值：JT4月傾斜表面=22.649 kJ/m2。

2.4.2 氣溫參數。根據中國建筑熱環境分析專用氣象數據集中的相關參數，拉薩地區的最冷月（1月份）平均最高溫度為6.3℃（日間），平均最低溫度為-8.6℃（夜間）。最冷0月（1月份）最高溫度10.2℃（日間），最低溫度為-13.3℃（夜間）。

2.4.3 重要數據估算。西藏自然科學博物館日平均小時采暖熱負荷（P）的計算：根據設計院提供的數據，西藏自然科學博物館日平均采暖負荷約為21300千瓦，故日平均采暖負荷為887500（W）。西藏自然科學博物館24小時采暖總熱量76680000(KJ)。西藏自然科學博物館生活熱水所需總熱量根據設計院提供的數據，館內生活熱水日平均熱負荷為2000千瓦，故生活熱水日平均熱負荷為7200000（KJ）。

太陽能集熱面積計算公式：

式中：Ac：直接系統集熱器總面積（m2）；Qtotal為拉薩博物館24小時采暖總熱量（kJ），76680000（KJ）；西藏自然科學博物館生活熱水所需總熱量（kJ），7200000（KJ）。f為太陽能保證率，指太陽能系統供應熱量占總體供熱體系中熱量總和的比率，無量綱；拉薩地區太陽能資源屬1類地區，系統在采暖季使用電熱水鍋爐作為輔助能源，故太陽能保證率按照0.5取值；JT為當地集熱器采光面（傾斜表面）上的采暖期平均日太陽輻照量（kJ/m2）。拉薩地區按24785 kJ/m2取值；ηcd為集熱器年平均集熱效率，無量綱。集熱器效率要求達50%以上；ηL為管路及貯水箱熱損失率0.15。

表2 太陽能集熱面積計算結果

3 節水與水資源利用

3.1 水系統規劃設計

在供水系統的組織上，充分考慮節能（分區供水）、系統組織合理、供水安全穩定等方面因素，按如下思路進行系統組織：在城市壓力能達到的各層由城市供水直接供給，以充分利用城市水壓，節約能源；不能滿足的用水樓層采用變頻供水系統進行二次加壓供水；變頻泵組設置在地下室的水泵房內；低位儲水箱的出水管上設置紫外線消毒器，保證供水品質。精確計算和控制二次供水系統水壓，將各用水點的水壓控制在0.2MPa左右，避免用水點因水壓過大而出現噴濺、超流量出流等現象，提供舒適、節水的使用效果。從投資、系統運行穩定、管理等方面進行了綜合考慮。

首先，在工程設計階段對用水量進行詳細計算，生活用水由市政給水管網提供，不足部分經增壓穩壓設備提升后供應，市政供水壓力0.15Mpa。西藏自然科學博物館排水采用污廢合流排放方式，生活污水和生活廢水由室內污水管道收集后排入市政污水管網，廚房含油廢水經廚房內器具排入集水坑，提升后排入室外隔油池，地下室集水坑排水，經提升后排入市政污水管道。給水管道采用襯塑鋼管，卡套連接，雨污水管道采用UPVC塑料排水管，粘接連接，壓力排水管管道采用焊接鋼管，焊接連接，管道采用橡塑復合材料保溫，位于吊頂給排水管道、水箱間進出水管道及消防水箱均做保溫，保溫層厚度20mm。給水管道DN≤50采用銅截止閥，DN大于50采用蝶閥，工作壓力位1.0MPa，泵房內進出水管道采用閘閥，消防管道采用蝶閥，工作壓力位1.6MPa。滿足《綠色建筑評價標準》“采取有效措施避免管網漏損”的要求。

其次，各層用水點均設置水表進行計量，給水管材擬在薄壁不銹鋼管、薄壁銅管或PPR管等耐用、環保、可回收的管材中進行選擇，并與建筑的使用年限相匹配。水龍頭采用陶瓷閥芯龍頭，給水閥門采用銅質閥門，杜絕水龍頭出流黃水、黑水，保障水質衛生；公共衛生間內的洗手盆、小便器均采用自動感應式沖洗設備，大便器采用自動感應式或腳踏式沖洗設備；提高使用舒適度；給水管材及配件的選用力求做到衛生、節水、環保、舒適、耐用，并達到使用方便、維修管理簡單的效果，在確保水質衛生的同時亦與大樓的形象匹配。水中有害病菌等隨水霧顆粒在市內傳播、擴散，危及市內人員健康，在地下室設置水景循環水處理、消毒設施，杜絕其危害健康的可能。

3.2 排水系統

西藏自然科學博物館采用雨污分流排水體制，對雨水和污水分別進行組織排放；室內污水盡可能采用重力流方式進行排放，對地下室等不能采用重力流方式排出的污水，則采用污水泵加壓排出；廚房污水采用隔油池進行處理；污水排至室外經室外設置的化糞池處理后排入城市污水排水系統。主樓的生活污水排水系統采用球墨鑄鐵排水管；主樓主體的屋面雨水排水管道擬采用用PE排水管（虹吸排水），提高雨水排水系統的安全度，并與建筑的使用年限相匹配。主樓部分的污水排水系統均設置專用通氣管系統，保證排水系統通暢、透氣，保護水封，避免臭氣外溢。在地下室中，對消防電梯、設備機房等處設置有積水坑和排水泵，確保消防電梯及設備機房等的使用安全，避免消防時或其他原因造成地下室的水害發生。

4 結論

在節地與室外環境方面，西藏自然科學博物館場地環境噪聲符合國家標準《城市區域環境噪聲標準》GB3096的規定，玻璃和幕墻反射比不大于0.3，有效的避免了光污染，同時室外人行區風速小于5m/s,可以為辦公提供良好的環境。節能與能源利用方面，采用工廠標準化生產的模塊在保證外墻熱工性能的同時大大提高了建筑的施工周期，同時外窗可開啟面積比例達到30.6%，有利于過渡季節實現自然通風。建筑熱源選用太陽能系統，采用自然通風或機械通風。照明設計按照照明功率密度目標值進行設計，經DOE-2模擬分析，設計建筑能耗為111.10kWh/m2，參考建筑能耗為114.33kWh/m2，設計建筑同參照建筑比較，建筑空調、采暖、照明能耗總計節能率為51.4%，通過提高圍護結構保溫性能和選用高效的設備，大大降低了建筑的能耗水平，具有很好的推廣價值。在節水與水資源利用方面，拉薩屬于缺水性地區，不適合做雨水收集利用。西藏自然科學博物館綠化灌溉采用高效的灌溉方式，同時按照用水用途設置計量水表，便于運營階段節水管理。在室內環境質量方面，西藏自然科學博物館建筑平面布局和空間功能合理，有效的減少了相鄰空間的噪聲干擾，無障礙設計體現“以人為本”的理念，符合《城市道路與建筑物無障礙設計規范》JGJ50-2001的要求。

西藏自然科學博物館設備系統利用創新技術手段有效體現了生態、低能耗、高舒適建筑的特點。新能源及創新技術的應用結合了展區展項進行設置，使作為展項的設備系統在產生社會效益的同時真正作為工程設備系統的一部分為自身服務、節約能源。這也引導廣大公眾將參觀展項和參觀建筑新技術有機的結合起來。在“十三五”期間，建筑行業發展由建筑節能全面轉向綠色建筑，西藏自然科學博物館廣泛采用太陽能節能系統、新型木塑材料等技術，據有參考價值和推廣價值。