建筑設計與綠色理念融合研究

賽 楊，劉昕曄，畢 超

(中國中元國際工程有限公司，北京 100089)

1 綠色建筑發展概況

2006年，我國頒布實施首部《綠色建筑評價標準》，正式確定了“四節一環保”為核心的綠色建筑理念與評價體系。《住房城鄉建設事業“十三五”規劃綱要》提出到2020年城鎮新建建筑中綠色建筑推廣比例超過50%的目標[1]，部署了進一步推進綠色建筑發展的重點任務和重大舉措，中央財政也專門設立針對建筑節能的專項資金支持綠色建筑的發展。我國各個省市基于自身地方地理氣候特點及歷史文化，制定了各自的綠色建筑地方標準。隨著建筑行業的科技進步，被動化數值模擬技術、海綿城市理念、空氣質量監測系統、建筑能源管理平臺等高新綠色建筑技術不斷在項目中得到應用。我國綠色建筑的發展，已經逐步進入到從數量提升到質量飛躍的發展階段。

2 綠色建筑設計關鍵點

在建筑的設計過程中，一般有4個關鍵點：首先，確定綠色建筑星級目標。其次，對項目進行預評估，制定綠色建筑的基本策略。再次，核查綠色建筑策略的可實施性，避免與設計本身出現較大偏差。最后，進行定性和數據分析，對綠色建筑設計的完成情況進行評估、評審。一般來說，盡早制定項目的綠色建筑策略，能更好的整合各專業設計優勢，達到更高的綠色星級目標。

3 綠色建筑設計實踐

3.1 項目概況

北京市某大型商務綜合體項目，總建筑面積16.4萬m2，業態包含辦公、商業。項目設計定位面向高端客戶，充分體現環境友好、智能科技等綠色建筑因素，考慮對未來租戶的積極影響，建筑要求達到三星級的設計目標(圖1)。

項目早在方案階段就開始進行綠色建筑設計探索，參照《綠色建筑評價標準》GB50783[2]的相關要求，在原有設計思路的基礎上，因地制宜地制定綠色建筑策略。

圖1 項目整體區位效果

3.2 場地規劃布局

3.2.1 城市融合性

加強場地規劃，可以有效利用城市空間，提升土地資源的利用率[3]。現有場地的東側和南側有寬度為35 m的市政綠地，故項目配建街區公園，與市政綠地共同形成統一的綠色區域空間。為提升項目的共享性和開放性，建筑場地與街區公園進行一體化設計，建筑底層商業空間與街區公園通過景觀布局相互融合，在街區公園內設計一條慢跑道，引導城市人群深入建筑內部。城市融合性設計不僅增加了城市人群的活動場所，而且為建筑底層商業的開發奠定了基礎。

3.2.2 場地風環境分析

建筑群和高大建筑物會顯著改變地面層風場結構[4]，因此在方案階段，對建筑布局的室外風環境進行分析，可以改善行人區的舒適性，降低建筑能耗。經模擬計算，項目冬季主導風向風速條件下，周邊距地1.5 m高度處最高風速小于4.5 m/s，小于5 m/s，室外風速放大系數最大為1.4，小于2，人行區舒適；過渡季、夏季典型風速和風向條件下，整體未出現漩渦區、無風區，超過50%可開啟外窗內外表面的風壓差大于0.5 Pa，有利于室內自然通風和室外的熱消散(圖2)。

3.2.3 場地交通便捷性

項目位于核心區位置，兩條主干路交匯處，已經規劃的軌道交通，在項目西側500 m內有公共交通站點，且場地外有人行道聯系公交站點。為了便于建筑使用者利用公共交通出行，項目在西側設人行出入口，場地內設計便捷的步道，步道采用無障礙設計，且與市政人行通道無障礙銜接。地下一層設有自行車停車設施，出入口方便，有自行車道。機動車主要采用地下停車，規劃少數地上停車位，采用生態植物遮陰。在停車位中設置新能源專用車位，有充電設施。

圖2 冬季、過渡季距地1.5 m高度風速云圖

3.2.4 場地生態設計

鑒于北京市目前面臨的水土流失，土壤蓄水能力不足等問題，項目結合雨水管理，充分利用原有地形地貌，對受損環境進行恢復，結合景觀采取表層土利用等生態補償措施，促進場地內生物多樣性。場地硬質鋪裝，主要采用透水鋪裝，例如植草磚、透水瀝青、透水混凝土、透水地磚等，透水鋪裝比例57.07%。場地設下凹式綠地、植草溝等雨水調節的基礎措施，徑流和屋面雨水匯集到植草溝內，然后排至到其串聯的下凹式綠地等滲透設施，多余徑流通過溢水雨水管渠系統排至雨水調蓄池。建設的蓄水池容積580 m3，場地年徑流總控制率大于85%。科學配置綠化植物，采用喬、灌、草結合的復層綠化，種植區域覆土深度和排水能力滿足植物生長需求。

3.3 節能設計

3.3.1 被動式節能技術應用

所謂被動式節能技術是指非以機械電氣設備干預手段實現建筑能耗的降低[5]。建筑在設計中通過合理的朝向布局、遮陽設施、圍護結構的保溫隔熱技術、自然通風開口設計等，能實現建筑所需要的采暖、空調、通風等能耗的降低。

項目建筑依照地形設計，接近南北朝向，體形簡單，體形系數為0.11，與周邊建筑之間的最小間距為70.5 m，不會影響周邊建筑的日照和視野。建筑立面主要采用玻璃幕墻的形式，為優化建筑窗墻比，建筑局部采用淺米黃色石材縱向豎肋設計，豎肋寬度550 mm，外伸750 mm，有效降低夏季幕墻的輻射得熱。建筑綜合各朝向的平均窗墻比為0.48，玻璃幕墻透明部分的可開啟比例達到11.37%，有利于建筑在過渡季獲得良好的自然通風，降低建筑室內能耗。建筑幕墻采用6Low-E+12A+6雙玻中空玻璃，綜合傳熱系數1.8 W/(m2·K)。建筑整體采用外保溫體系，屋頂采用80 mm的擠塑聚苯板，外墻采用100 mm的巖棉板，所有出挑、檐口部位均采取斷橋保溫措施。建筑圍護結構熱工性能指標整體高于相關建筑節能設計標準的要求，經核算，降低了14.2%的供暖空調全年計算負荷。

此外，建筑合理利用可再生能源，采用集中式太陽能熱水間接供應系統提供生活熱水，太陽能熱水裝置設置于塔樓屋面。

3.3.2 主動式節能設計

項目冷源采用2臺水冷離心式冷水機組和2臺水冷螺桿式冷水機組，冷源機組的能效相對于節能標準的要求提高6%以上。空調冷凍水系統為變流量系統，空調冷凍水采用大溫差供水，根據負荷變化優先考慮制冷機組臺數運行，在臺數基礎上，螺桿機組變頻運行，離心式冷水機組調節蒸發器，蒸發器的調節范圍為50%～100%。冷卻塔采用共用集管并聯運行，冷卻塔風機可進行變頻運行。項目熱源采用市政集中供熱，熱力站位于地下三層，設置三套空調熱水板式換熱器和兩套地板采暖板式換熱器。空調采暖熱水系統循環泵全部采用變頻調速水泵。空調系統末端可調，分區合理，部分負荷運行時有合理的控制策略，加強機組綜合調試力度。合理進行排風熱回收，過渡季節有效利用自然冷源冷卻。通過上述措施，建筑的供暖、通風與空調能耗在公建節能標準的基礎上再節能16.10%。

建筑燈具選用高效LED型光源，所有房間或場所的照明功率密度值不高于現行國家標準《建筑照明設計標準》GB 50034[6]中的目標值規定。采用自然采光與人工照明相結合的照明系統，分區、感應智能控制。電梯采用變頻調速節能型電梯，客梯轎廂無人自動關燈，驅動器休眠技術，集中布置采用群控控制。三相配電變壓器、風機、水泵均采用滿足國家標準節能評價值要求的2級節能產品。采購的制冷機及商業區使用的冷庫、冷柜等設施設備需要保證使用環保型制冷劑。建設能源管理系統，包含設備管理、電力監測、分項計量、節能診斷等功能，并且將建筑各區域的能耗、設備、環境情況實時地展現在建筑立體三維BIM模型中，幫助未來管理人員發現各種問題，以達到節能運行和提供優質物業服務的目標。

3.4 節水設計

3.4.1 給水系統節水技術

項目水源為城市自來水，市政供水雙路，供水壓力0.18 MPa。給水系統分為3個區，各區生活給水保證支管供水壓力不大于0.2 MPa，系統超壓處設可調式減壓閥，進行支管減壓。生活給水管道采用與管材相適應的閥門、管件，減少管網漏損。設三級計量水表，場地的給水總表為一級計量，入戶、室外用水表為二級計量，按用途、付費或管理單元設水表為三級計量，下級水表的設置覆蓋上一級水表的所有出流量，無不計量支路。

3.4.2 節水設施、設備

淋浴采用帶恒溫控制和溫度顯示調節功能的淋浴器，為有效節水采用腳踏式控制。水龍頭、坐便器、小便器、沐浴器等衛生器具均達到1級節水標準。室外綠地澆灑采用滴灌、微噴灌的節水灌溉方式，并在此基礎上設置土壤濕度感應器、雨天關閉裝置，可智能關閉灌溉系統節約用水。冷卻塔之間設平衡管，避免冷卻水泵停泵時冷卻水溢出。地下車庫、地面、道路沖洗采用節水型高壓沖洗水槍。

3.4.3 非傳統水源利用

項目周邊有市政中水管道，接入點壓力0.18 MPa。中水供水支管合理設置可調式減壓閥，保證各用水點供水壓力不超過0.20 MPa。為保證水質，水箱出水管上設紫外線消毒器。項目主要采用中水系統進行衛生間沖廁、車庫地面沖洗、道路沖洗及綠地灌溉，建筑非傳統水源利用率達到43.33%。中水管道嚴禁與生活飲用水給水管道以任何方式直接連接，包括通過倒流防止器等形式，中水管道外壁涂淺綠色標志，水池、閥門、水表及給水栓、取水口均應有明顯的“中水”標志，防止誤接、誤用、誤飲。

3.5 節材設計

3.5.1 建筑結構優化設計

建筑需采用符合國家較高環保要求的建筑材料和制品，采用低甲醛、苯、氨、氡和TVOC材料。建筑造型簡單，僅屋頂幕墻為裝飾性構件，經核算其占工程總造價的2.3‰。建筑存在樓板局部不規則。設計過程中對建筑的地基基礎、結構體系、結構構件進行優化設計，建筑采用CFG樁地基處理，主體混凝土稀柱框架-核心筒結構，通過對建筑的板、梁、柱、墻進行了優化設計使得邊緣構件箍筋用量減少了20%。架空裙房采用鋼結構，通過優化設計，主要構件的截面尺寸均有不同程度的減小，可以節省鋼材用量20%以上。

3.5.2 可循環材料利用

建筑后期以租賃為主，為減少重復裝修造成的資源浪費，項目一層、二層商業區采用大開間形式，暫不設置隔斷，指導租戶采用可重復使用的隔斷墻進行隔斷，拆除時不影響建筑結構，且可重復利用。三層以上辦公空間，每層分割成六個辦公空間，辦公空間之間隔墻，統一采用一體拼裝式ASA隔墻板，具有質量輕、強度高、保溫隔熱、耐火、隔音效果好、可重復使用等性能，施工簡便快捷。建筑立面的玻璃幕墻，結構中的鋼筋、鋼筋和石膏制品均為可循環利用材料，經核算，項目可循環材料利用率達到10.56%。

3.5.3 高強度結構材料利用

高強建筑材料包括400 MPa級及以上鋼筋、強度不低于C50的混凝土和Q345及以上鋼材。對于混凝土結構來說，建筑受力部分采用高強度鋼筋或高強度混凝土中的一種，且重量比例達標就可以滿足綠色建筑的要求。本項目混凝土結構部分400 MPa級受力普通鋼筋用量比例達到97.91%，鋼結構部分中Q345及以上高強鋼材用量達到95.10%。

3.6 室內環境優化

3.6.1 室內聲環境分析

項目臨近交通干線，場地東南側的市政綠地，可有效降低交通噪聲對辦公環境的不良影響，經檢測場地噪聲達標。為降低室內噪聲影響，項目在建筑布局時，將產生噪聲的配電機房、水泵房、制冷機房、換熱站等均設置在地下，電梯間設置在建筑核心筒內部，不與主要功能房間相鄰；冷熱源機房的管道設置減震吊架或減震托架；冷水機組、循環水泵、冷卻塔設置減震臺座；風機、空調機組、新風機組、吊裝風柜的進出口風管設置消聲器，吊裝的空調風柜、通風機及新風機均設有彈性吊鉤減震，隔斷固體傳聲。經核算建筑外墻、外門窗、隔墻、樓板的空氣聲隔聲量均達到標準要求；辦公地面采用網絡地板，上鋪20 mm厚地毯，滿足樓板撞擊聲隔聲高標準要求；建筑室內噪聲級達到高標準要求。

3.6.2 室內光、風環境

建筑里面主要采用玻璃幕墻的形式，辦公區域均設置在外區，并配合室內低矮隔斷、家具等措施，使用建筑的主要功能區視野良好。室內采用內遮陽，避免了陽光的直射，內墻面采用白色乳膠漆飾面，經核算，本項目室內工作區不會造成眩光。經核算，建筑自然采光達標率79.2%。以西側塔樓為例(圖3)。

圖3 建筑平面布局及自然采光效果

為改善建筑的地下采光效果，地下車庫局部安裝導光管采光系統29套。根據廠家數據，當室外年平均照度40000lux時，一套DS53導管光管采光系統照明照度達到75lux的照明面積為57 m2。建筑地下一層采用光導光照明的面積為1653 m2，占建筑首層地下總面積的10.11%。

建筑設置可開啟的玻璃幕墻，同時，建筑在原有的設計基礎上，以部分石材縱向豎肋為風道，建筑內對應位置設置通風暗窗，強化室內自然通風的效果，經模擬驗算，所有主要功能房間在過渡季典型工況下，平均自然通風換氣次數不小于2次/h的面積達標比例為100%(圖4、圖5)。

圖4 豎肋開窗平面大樣

3.6.3 室內環境質量

本項目園區周圍分布著眾多以有機類溶劑使用為特征的工業企業，VOCs是該區域的顯著特征污染物。同時鑒于北京市目前面臨的顆粒物PM2.5超標問題，本項目委托北京市環境保護科學研究院實驗進行空氣處理系統的篩選研究。實驗證明，靜電除塵對PM2.5去處效果較好，對高(920 μg/m3)、中(460 μg/m3)、低(92 μg/m3)濃度的PM2.5去除效率分別為99.31%、98.39%、94.41%，在一般污染情況下使用靜電除塵器即可達到PM2.5預期效果。活性炭對于VOCs的去除效果明顯，對苯、二氯甲烷、丙酮、乙醇的去除效率均在80%以上，特別是對二氯甲烷和丙酮的去除效果可達90%以上。因此在復合型重污染情況下以活性炭作為輔助去除設備，以保障新風空氣質量。

圖5 立面效果

同時，建筑設室內空氣質量監測系統，對室內空氣質量進行監控，設CO2監測裝置，進行數據采集、分析，并與新風聯動；設室內污染物PM2.5、VOCs超標報警裝置，當室內污染物超標時，及時向物業管理部門報警處理；地下車庫設置與排風聯動的CO檢測裝置。

4 結語

綠色理念下的建筑設計，要充分結合當地自然環境做好建筑總體設計和優化，并將不斷發展的綠色先進技術進行融入。在綠色建筑設計探索的過程中，也要不斷地總結實際設計經驗，為后續階段更好地運用綠色設計理念進行建筑設計奠定堅實基礎。