地下商業建筑節能優化措施研究

楊 波

山西省交通規劃勘察設計院有限公司（030032）

0 前言

隨著社會經濟的迅猛發展，一些大中型城市的黃金地段及商業中心區域誘人的經濟利益與高昂的地價使得此類區域的地下被開發為商業用途，營業面積得到了增加，城市商業建筑隨著城市空間向地下的發展也變得越來越立體化。

合理地利用地下空間發展地下商業建筑，不僅可以有效地節約土地資源，保護農業用地，緩解地上空間的交通壓力，而且可以減少能源消耗，利于保護環境。對于能源資源的有效利用將是實現地下商業建筑節能的關鍵,因此有必要對地下商業建筑節能優化措施進行研究。

1 照明采光方面

地下商業建筑中的照明能耗所占比重較大，對于地下商業建筑應采取一定措施來降低照明能耗，這將在很大程度上有助于降低建筑能耗，減少碳排放。自然光相對于其他能源具有綠色、可再生的特點，地下商業建筑的照明采光應該充分利用好這方面的資源。

受地下商業建筑結構特點以及其所處位置等方面的限制，地下商業建筑不能像地面建筑那樣可以較容易地從圍護結構的側面通過設置門、窗等方式獲取自然光來保證室內照明，只能通過采取天窗式、地下中庭式、下沉廣場式等建筑設計形式達到充分利用自然光的目的。

當地下商業建筑由多層組成且多層空間共同圍繞一個庭院建成，中間庭院處在建筑中心，且此處空間開闊、人流密集。庭院上方設置采光玻璃屋頂，在擋風避雨的同時使得圍繞庭院的空間能夠得到充分的自然光。加拿大多倫多伊頓中心的條形中庭將購物中心的地上部分與地下部分連接一體。條形中庭正是伊頓中心的交通樞紐，庭院中設置噴泉、假山等景觀，供游客游覽休息。自然光透過庭院上方的采光屋頂射入周邊的商鋪，充分利用了自然光。

如果地下商業建筑周邊地勢平坦、開闊，可以采取設置地面下沉廣場的方式，使建筑周圍空間部分暴露于地面之上，從而可以獲得部分自然光，增加室內照明度。不僅如此，地下商業建筑具有的購物屬性決定了它的開放性、人流量大等特點。顧客由地面的明處進入到地下的暗處時，會對顧客產生一定的心理影響。下沉廣場的設置還具有的室外向室內過渡的功能，可以在一定程度上減輕顧客的心理變化。青島海牛中央廣場項目由地下1～3層的商業建筑和下沉廣場構成，建筑可通過下沉廣場與地面產生的高度落差獲取自然光，下沉廣場中設有假山噴泉，也是顧客休息娛樂的場所。

在很多情況下地下商業建筑完全埋入地下，不能通過采光天窗、采光玻璃屋頂等方式獲取自然光，這就需要在建筑中運用先進的采光技術，利用光的反射、折射、衍射等原理將自然光引入室內，增加室內照度[1]。常見的方法有導光管采光、棱鏡導光裝置、光導纖維、光電效應間接采光等[2]。

導光管采光是通過在系統中設置的采光器收集自然光后，經導光裝置傳輸到室內末端，再由末端的漫射裝置將自然光射入室內[3]。明尼蘇達大學的土木礦物工程系系館采用的導光系統可將自然光收集經采光豎井傳輸到地下深達33.5m的室內，光束經過多次聚焦后，經吊頂射入室內。由于系統采光效率較高，采用此系統與設置采光天窗達到的照明效果基本相同。這種裝置照明費用僅為人工照明裝置的1/8，節能效果非常明顯。

在保證達到國家規定的照明功率設計要求的情況下，對建筑進行合理設計，利用節能燈具，設置采光井，充分利用天然采光，運用光導技術等先進采光技術等方式，可以對地下商業建筑的客流密度進行統計，設置人工智能控制系統，根據客流密度對照明分時段分區域進行自動控制，以此降低照明能耗，既可以利用現有資源，節約能源，又可以讓地下商業建筑的環境得到改善。

2 通風技術方面

在通風技術方面，利用自然通風結合機械通風的方式，可以在一定程度上減少風機在通風方面消耗的能量。室內外空氣存在溫度差而形成熱壓驅使空氣產生流動形成自然通風，利用這種方式既增加室內的新風量，改善了室內空氣品質，又充分利用了可持續的自然資源，為建筑降低了能耗。

地下商業建筑進深較大，且封閉性較強，無法形成穿堂風，室內空氣流動性較差。地下商業建筑設置中庭不僅可以有效利用自然光改善室內照明環境，同時可以利用中庭處室內與室外相連通的特點，形成的煙囪效應促進自然通風。地下商業建筑具有冬暖夏涼的特點，夏季室內溫度低于同期室外溫度，冬季室內溫度高于同期室外溫度，而進出口處的空氣溫度與室內空氣溫度相差較大。當建筑層高較高時，形成的熱壓也是地面建筑無法相比的，利用此特點可以采取熱力驅動的置換式進行通風設計[4]。中庭處的溫度較高，不利于自然送風。送風、排風可以分別經過設置在建筑周邊的天井、排氣煙囪以及中庭區域來達到室內空氣流通的目的。

對于沒有設置中庭或在中庭處沒有設置排風的地下商業建筑，可以設置排煙煙囪進行排風，在進風和排風連接處可以設置熱交換器，在節能的同時也提高了自然通風效率。

3 空調采暖方面

選取冷熱源機組時采用能效比較高的節能設備。在冬季，地下商業建筑的特征之一就是室內余熱量較大[5]，可設計高效的熱回收方案并配以轉輪換熱器、熱管換熱器等熱回收器進行排風熱回收。

地下商業建筑室內濕度較大，在潮濕的環境中如果不做好通風系統，極易滋生病菌，嚴重影響室內空氣品質，危害顧客身體健康。在空調系統的選擇方面，以風機盤管+獨立新風系統為代表的空氣+水系統在過濾除濕方面能力較差，水配管容易漏水，檢修難度較大，所以空氣+水系統并不適宜成為地下商業建筑的空調。全空氣空調系統在過渡季可以通過調節風閥開度，使空調系統采用全新風模式，新風承擔室內部分負荷。這種空調系統對于新風和回風的過濾和處理較為方便，在系統維修和保養方面也比風機盤管+獨立新風系統容易。采用全新風空調系統不僅可以在過渡季利用室外新風調節室內空氣溫濕度，在夏季的夜晚，當室外空氣焓值小于室內焓值時，可以利用室外新風對地下商業建筑預冷，從而可以降低第二天因需消除室內余熱而產生的空調能耗。在此基礎上還可以設置地下風道對新風進行降溫。上海市人民廣場地下商業街采用將室外新風經處于地下2m，長120m的地下通道后送入地下商業建筑內。夏季室外空氣溫度高于地下溫度，室外空氣被送入地下風道后在風道的壁面冷卻并產生凝結水，從而達到了對室外新風進行降溫減濕的目的。采用這種措施來代替利用設備減濕降溫，改善了室內空氣品質的同時降低了空調系統的能耗[6]。

地下商業建筑中，人流量較大且環境較為密閉，室內大量的熱量得靠排風排出，這就直接造成排風中含有大量的熱量，所以地下商業建筑排風中的熱量具有很大的利用潛力。地下商業建筑室內負荷較小，冬季可利用回收的余熱對新風進行加熱，全空氣系統在新風和排風的處理方式上集中程度較高，這也有利于對排風的熱量進行回收利用[7]。地下商業建筑在建成后并不容易拆除改動，所以具有建筑壽命較長、建筑較為穩定的特點。

在太陽能利用方面，地下商業建筑除了通過設置中庭采光及光導系統等方式利用自然光進行照明，還可以通過收集太陽能的熱量為室內空間供暖。可以在設有中庭以及地下庭院等便于集合太陽能的區域設置太陽能集熱裝置，冬季需要加熱時開啟裝置進行加熱。在地熱能的利用方面，地源熱泵的設置可以省去傳統空調系統中冷卻塔的設置，這一點對于地下商業建筑在空間利用方面提供了便利。地下商業建筑處于地下的特點決定了它較為適用地源熱泵系統。土壤具有一定的蓄熱能力，對于地下商業建筑設置地源熱泵系統，可以充分利用地熱等可再生能源進行空氣調節[8]。

4 空調系統運行管理方面

地下商業建筑中的人流量變化較大，室內負荷也隨之產生變化，如果設置的新風量保持不變，將會產生能源浪費情況。這就要求空調系統中設置新風調節裝置，使得新風量可以隨室內人流量的變化結合送、排風系統進行調節。

在過渡季，或供冷季中出現室外空氣焓值小于室內空氣焓值時，應將空調系統調節至全新風狀態運行，這樣做可以降低空調系統的運行能耗，減少新風耗能，送入的新風還改善了室內空氣品質。

對地下商業建筑進行預冷、預熱都要視情況對空調系統進行設定。夏季，早晨和夜晚的室外空氣溫度低于室內空氣溫度，此時可以開啟新風系統及消防排煙系統對建筑進行送風及排風，利用室外新風降低室內溫度的同時還提升了室內空氣品質。冬季，需要對建筑提前預熱時，要關閉新風系統，減少對新風加熱產生的能耗，避免能源浪費。

要對室內溫濕度環境進行實時監測，避免室內環境發生過冷或過熱的情況。室內溫濕度環境的變化一旦影響人體的舒適性，對于地下商業建筑的客流量勢必也將會產生影響。所以，室內出現過冷或過熱的情況時，一定要及時關停部分空調設備，降低系統負荷，減少設備能耗，保持室內環境的舒適穩定。

在夏季的下午兩三點的時候，室外氣溫將會達到這一天的最高值，由于土壤具有一定的蓄熱能力，使得室外太陽輻射產生的熱量并不會馬上經過土壤傳入地下建筑內，所以室內溫度并不會馬上發生變化，而空調系統對于室內溫濕度的調控也需要一定時間，所以，這就需要對室內溫濕度的情況給予密切關注，對于室內溫濕度的變化趨勢進行分析并作出相應的預判，不要等到室內溫濕度發生明顯變化時才開始空調系統的運行。打開空調設備后要密切注意室內溫濕度變化情況，若發現冷凍水回水溫度下降到一定程度時，應立即關閉相應設備，保證室內環境穩定舒適，同時也減少了能耗。

對空調、采暖、照明等方面進行遠程監控，實時掌握各系統運行狀況，重視機組水質情況，對機組設備定期檢查維護，保證機組運行水平良好。監測系統運行能耗情況，對運行狀況異常的系統及時排查原因并作出調整，消除能耗浪費的因素。對物業管理人員在相關專業操作方面進行專業培訓，提升專業能力與節能意識，使物業人員能夠及時發現并解決建筑中存在的能耗問題，降低建筑總能耗。

5 結語

地下商業建筑在耗能較大的通風空調與照明采光方面相對于地面商業建筑具有一定的獨特性，本文根據地下商業建筑特點，對地下商業建筑在照明采光、通風技術、空調采暖及空調系統運行管理等方面進行了節能優化分析。