基于綠色建筑理念的辦公建筑節能設計分析

龍佳林

（深圳市歐博工程設計顧問有限公司，廣東深圳 518053）

0 引言

近年來，我國建筑行業得到蓬勃發展，新建大量高規格辦公建筑，工程建設質量得到明顯提升，辦公建筑使用功能愈發完善。與此同時，建筑業作為我國能耗大戶，在辦公建筑全壽命周期內消耗大量電力能源，由此引發能耗供需矛盾加劇、全球氣候變暖、建筑總體使用成本上漲等一系列問題出現。在這一工程背景下，綠色建筑已成為現代辦公建筑的必然發展趨勢，綠色建筑節能設計也是貫徹落實可持續發展目標的重要舉措，本文就此開展研究。

1 綠色建筑理念概述

1.1 綠色建筑涵義

綠色建筑是通過改善室內環境條件、使用可再生能源取代常規能源、縮短建筑用電設備運行時長、降低建筑總體能耗水平等方式，來建造全壽命周期內最大限度節約資源、減少污染與保護生態環境的新一代高質量建筑。相比于傳統建筑，綠色建筑對室內環境、室外環境提出了更高要求。從室內環境角度來看，綠色建筑強調于實現室內外環境的穩定平衡，在不啟動用電設備的前提下，維持恒定室內溫度、改善日光照明條件與提高空氣質量。從室外環境角度來看，提出綠色環境地域主義，將綠色建筑視為一類依存于周邊生態環境的次級系統，強調于高效運用周邊自然環境資源來降低建筑能耗水平，如調整建筑窗墻比、外窗位置、布局朝向來改善自然通風條件，使室外新鮮冷空氣吹入室內，起到室內降溫、通風換氣的作用[1]。

1.2 綠色建筑節能設計原則

為取得理想辦公建筑節能效果，在引入綠色建筑理念時，設計師必須嚴格遵循能耗最低、消除污染、以人為本3項設計原則。

（1）能耗最低原則。以降低建筑總體能耗水平作為一項重要目標，在選取節能技術時，重點考慮各項技術的實際節能效果，在合理范圍內優先選取節能效果最為顯著的技術手段。例如，在運用太陽能時，如果在建筑屋面等部位具備足夠空間與良好日照條件，優先采取節能效果更為理想的光伏發電技術，缺乏光伏組件鋪設空間時則采取節能效果略差的太陽能集熱技術。

（2）消除污染原則。綠色建筑強調于實現人與自然和諧共生，采集設計措施既要明顯降低建筑能耗水平與實際用電量，同時也要保證在辦公建筑施工建造、投運使用期間不會對周邊生態環境造成嚴重污染，例如，在選擇外墻保溫材料時應挑選具備良好保溫隔熱性能、不具備污染性的材料種類。

（3）以人為本原則。在辦公建筑節能設計期間，設計師必須滿足建設單位所提要求和建筑使用需求，不得以犧牲建筑空間舒適度、縮減建筑使用功能為代價來提高節能系數[2]。例如，在照明節能設計方面，可以采取自然采光、智能控制等手段來取得節能效果，但需要保障室內環境照度達到使用要求。

2 基于綠色建筑理念的辦公建筑節能設計方法

2.1 自然采光

自然采光是將室外自然光引入室內環境當中，憑借太陽光輻射熱量來提高室內溫度，以及由自然光來維持室內光亮環境，自然采光方式取代人工照明方式，通過減少室內空調冷負荷量、縮短照明系統運行時間、減少照明燈具開啟數量與降低照明負荷的方式來取得節能效果。目前來看，在現代辦公建筑工程中，自然采光技術主要分為采光窗采光、反光板采光、光導照明3種方式，設計方法如下。

（1）采光窗采光。設計師在建筑屋面、外墻等部位設置透明玻璃窗，室外自然光線透過采光窗射入室內環境，起到提高室內環境平均照度、滿足晝間室內照明需要的作用，僅需在夜間或室內光照條件不佳時開啟部分室內照明燈具進行補充照明即可。同時，根據室內照明要求與平面布局情況來選擇開窗位置、采光窗類型。一般情況下，在辦公建筑中采取側窗采光形式，在雙側墻面或是單側墻面上設置普通垂直窗，縱向采光效果較差，可以搭配其他自然采光方法，或是在遠離采光窗位置長期開啟照明燈具。而在辦公建筑頂部樓層中，則采取采光效果更佳的天窗采光形式，在建筑屋頂設置采光天窗，太陽光透過采光窗照射至室內房間的各個角落。

（2）反光板采光。相比于人工照明，自然采光期間普遍存在光線室內分布不均的問題，房間遠離采光窗部位較為昏暗，需要長時間開啟部分照明燈具，照明系統能耗水平有待進一步降低。因此，設計師可以在方案中搭配采取采光窗采光、反光板采光兩項措施，在垂直采光窗外側以水平或傾斜角度來放置反光板，反光板將太陽光以特定角度折射入室內環境，以此來提高室內房間遠離采光窗部位的照度值。同時，反光板具備角度調節功能，使用者可以實時調節反光板角度來改變室內自然光線分布情況。

（3）光導照明。此項技術多用于大縱深辦公建筑，這類建筑直接采光條件檢查，需要在建筑外立面部位安裝采光罩，穿過建筑外墻、屋頂等部位構造來敷設光導管，以及在室內房間吊頂部位安裝漫射器，保持采光罩、光導管與漫射器的整體連接狀態。如此，在辦公建筑使用期間，使用采光罩來收集建筑屋頂、外立面上的自然光線，將天線經由光導光傳遞到漫射器，再由漫射器對自然光線進行二次分配，均勻照射在室內房間的各處角落，實現自然采光目的。

2.2 自然通風

自然通風是憑借室內外風壓差來驅動室外新鮮空氣吹入室內、同步排出室內渾濁熱空氣的一項節能技術，有限降低室內環境溫度與減少空調冷負荷量，無須啟動機械通風裝置即可實現室內通風換氣目的。在應用此項技術時，要求設計師根據當地環境冬夏兩季主導風向來選擇進排風口位置。一般情況下，在建筑迎風面、室外空氣較為清潔的位置設置進風口，要求進風口下元與室外地坪間距在2.0m以上。在建筑背風面、遠離人行道和有人停留區域設置排風口，要求排風口離地高度在2.5m以上、與環境敏感目標間距超過10m。同時，根據辦公建筑室內面積、通風換氣次數要求來計算最佳的進排風口面積值和數量[3]。

此外，考慮到建筑進排風口開設數量有限，為進一步改善建筑自然通風條件，還可采取幕墻通風、冷墻通風兩項設計措施。第一，幕墻通風是由內外兩層玻璃板材組合單元板塊，在內側與外側玻璃上預留開口，在冬季室外溫度較低時，吹入新風在腔體內部停留一段時間，待空氣溫度升高后，在熱氣流作用下上升吹入建筑內部，起到減少建筑空調熱負荷量、提高室內空氣質量的作用。第二，冷墻通風是在外墻靠近室內一段錯位開孔，平面采取鋸齒形狀，室外空氣通過外墻預留孔隙吹入室內，氣流經過墻體內部是形成漩渦，起到降低氣流溫度的作用，適用于位于夏熱冬暖地區的辦公建筑。

2.3 建筑外圍護結構節能設計

在辦公建筑外圍護結構設計環節，為降低建筑總體能耗水平，設計師需要從簡化立面造型、雙層幕墻、外墻保溫、外窗節能、屋面節能5方面著手，具體如下。

（1）簡化立面造型。在設計建筑外立面造型時，非必要情況下，禁止使用飄板、構架、格柵等不具備使用價值的裝飾性材料，或是將這類材料用量控制在合理范圍內。如此，既可以消除外裝飾材料對建筑自然采光通風條件造成的影響、取得理想節能效果，同時，還可以控制工程造價成本，減少施工材料用量，契合綠色發展觀念。

（2）雙層幕墻。這類幕墻由內外兩層立面構造所組成，在內外玻璃層間隔部位設置空氣緩沖層，并在內側幕墻下部、外側幕墻上部預留通風口。如此，在辦公建筑需要自然通風時，開啟幕墻上下部通風口，引導室外新鮮空氣吹入室內環境，取代機械通風裝置。而在辦公建筑室內空氣質量較高、不需要自然通風時，則關閉幕墻上下部通風口，幕墻內部空氣夾層的導熱系數較低，有效阻隔室內外熱量交換，起到維持室內恒定溫度、減少建筑空調冷熱負荷量的節能作用[4]。

（3）外墻保溫。可采取外墻外保溫、內保溫、夾芯保溫三種方法來強化建筑外墻保溫隔熱性能。其中，外保溫是在外墻外側鋪設保溫層并粘貼固定，對保溫材料耐候性與防水性有著嚴格要求，可選用石墨改性水泥基保溫板、發泡陶瓷保溫板等作為保溫材料。內保溫是在外墻內側鋪設保溫層，有著保溫層不易脫落、損壞的優勢，但會占用一定的室內空間，應用頻率較低。夾芯保溫是在內外側墻片間隔部位設置保溫材料，選用混凝土空心砌塊作為墻片即可，在墻片中放置聚苯乙烯或玻璃棉等保溫材料。

（4）外窗節能。一方面，根據工程情況與周邊環境氣候條件，準確計算窗墻比最佳值，合理設置外窗開窗面積，窗墻比過小會影響辦公建筑自然通風效果，窗墻比過大會削弱圍護結構整體熱工性能與增加室內空調冷熱負荷量。另一方面，選用傳熱系數較低的外窗玻璃，如新型6mmLow-E+6mm鋼化中空玻璃的傳熱系數僅為1.62W/（m2·K），而普通12mm透明玻璃的傳熱系數高達5.02W/（m2·K）[5]。

（5）屋面節能。可選擇采取保溫屋面、綠化屋面兩種構造形式來實現節能目標。其中，保溫屋面是在建筑屋面通用建造結構中，額外鋪設40mm厚度的XPS保溫板，通過強化屋面結構保溫隔熱性能來阻隔室內熱量/冷量向外逸散。而綠化屋面是在屋面上方逐層設置石灰砂漿層、鋼筋混凝土層、泡沫混凝土保溫層、水泥砂漿層、卵石混凝土層與種植土層，在土層中栽植綠化植物，既可以為使用者提供休閑區域，還將起到吸附塵埃、阻隔室外噪音、營造微氣候、保持建筑冬暖夏涼等多重作用。

2.4 運用可再生能源

在早期辦公建筑工程中，雖然提出節能設計號召，但主要采取被動節能技術，以縮短用電設備運行時間、降低建筑總體能耗水平為目的，在建筑使用期間仍舊需要消耗一定的電力能源，并在電能遠距離輸送期間產生較大線損量。對此，為深挖辦公建筑節能潛力，需要應用到主動節能技術，靈活運用周邊環境中分布的地熱能、太陽能、風能等可再生能源，由新型能源逐漸取代常規能源，打造真正意義上的“零能耗建筑”。

目前來看，現代辦公建筑中成熟的可再生能源利用方式共分為光伏發電、太陽能熱水與土壤源熱泵3種。

（1）光伏發電是在建筑外立面幕墻、屋面等部位大面積鋪設光伏組件，如在幕墻結構中使用光伏玻璃組件，在屋面安裝太陽能電池板，由光伏組件持續將太陽能輻射能量轉換為電能，再將電能經由線路供給至照明燈具、空調機組等用電設備，擺脫辦公建筑對外部能源的依賴。設計師應根據建筑用電需求、周邊建筑物分布情況、當地日照條件來選擇光伏建筑一體化結合形式，如光電幕墻、光電采光頂、光電遮陽。

（2）太陽能熱水技術用于無法大面積鋪設光伏組件的辦公建筑，在屋頂部位安裝太陽能集熱器與蓄水箱，集熱器持續把太陽光輻射能量轉換為熱能來提高水溫，把水溫保持在45～60℃區間內。

（3）土壤源熱泵，安裝地源熱泵，在寒冷冬季啟動地源熱泵持續將深層土壤熱量抽取至暖通空調系統進行供暖，并將冷量蓄存在土層。而在炎熱夏季，則從深層土層中提取蓄存冷量進行空調制冷，再將熱量蓄存至土層。

2.5 照明節能

在照明節能設計環節，設計師需要從選用高效光源、照明智能控制兩方面著手。①在選用光源方面，優先選用第三代LED燈來取代金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、熒光燈等傳統光源，LED燈有著發光視覺能率高、功率因數高、無頻閃現象、使用壽命長、能耗低的優勢，可以將辦公建筑照明系統能耗水平控制在較低程度。②在照明智能控制方面，早期照明系統主要采取手動控制方式，由于控制不及時，時常出現照明燈具長時間運行情況，產生不必要的能源浪費，因而需要搭建智能控制系統，在建筑內部設置若干傳感器與終端控制器。在系統運行期間，持續探測室內環境照度、照明燈具亮度和判斷自然采光條件，在自然采光條件較佳時關閉全部燈具或保留少數燈具開啟，在自然采光條件不佳、室內環境昏暗時，則開啟多數照明燈具。同時，也可提前在系統中設定多套照明方案，使用者通過語音指令等方式控制系統切換會議模式等指定照明模式，或是在到達特定時間點后自動切換至對應照明模式。

3 結語

綜上所述，為推動我國建筑行業健康發展，建立一套科學合理、內容完善的辦公建筑節能設計體系。設計人員需要引入綠色建筑理念進行融合研究，基于綠色建筑理念來掌握辦公建筑在自然采光、自然通風、建筑外圍護結構節能、運用可再生能源、照明節能五方面的節能設計方法，遵循實際出發、因地制宜原則，結合工程情況來制定一套切實可行的辦公建筑綠色節能設計方案，向業主提供更為人性化、更加健康舒適的綠色辦公場所。