基于碳中和背景下熱帶辦公建筑研究
——以南方電網(wǎng)公司海南現(xiàn)代化電網(wǎng)研發(fā)中心項目為例

李珊珊

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

2020 年9 月，習近平總書記提出中國二氧化碳排放爭取2030 年前達到碳峰值，2060 年前實現(xiàn)碳中和。

碳達峰是指碳排放量達到峰值，即CO2排放總量在某一個時期達到歷史最高值，之后逐步降低。

碳中和即為CO2凈零排放，是人類活動排放的CO2與人類活動產(chǎn)生的CO2吸收量在一定時期內(nèi)達到平衡。碳中和機制通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、提高資源利用效率等方式減少CO2排放，并且通過碳的捕集、利用與封存、生物能源等技術(shù)以及造林、再造林等方式增加CO2吸收。

2019 年全國建筑全過程碳排放總量為49.97 億tCO2，占全國碳排放的比重為50.6%。其中，建材生產(chǎn)階段碳排放27.7 億tCO2，占全國碳排放的比重為28.0%。建筑施工階段碳排放1.00 億tCO2，占全國碳排放的比重為1.0%，建筑運行階段碳排放21.3 億tCO2，占全國碳排放的比重為21.6%[1]。中國建筑節(jié)能協(xié)會提出了“十四五”建筑碳排放25 億tCO2的目標建議[2]。所以加快推進建筑能效提升、建筑電能替代等工作，對推進環(huán)境與城市可持續(xù)發(fā)展、降低建筑領(lǐng)域碳排放以及“雙碳”目標實現(xiàn)具有深遠意義。

在中國，公共和商業(yè)建筑約占建筑業(yè)運營能耗的30%，而辦公大樓能源使用在該次級行業(yè)中占了30%的主要份額[3]。所以對辦公建筑的低碳措施研究有利于實現(xiàn)辦公大樓深度脫碳，且有利于降低建筑領(lǐng)域碳排放。

本文以南方電網(wǎng)公司海南現(xiàn)代化電網(wǎng)研發(fā)中心項目為例，著力探究建筑全專業(yè)的綜合低碳設(shè)計措施。

南方電網(wǎng)公司海南現(xiàn)代化電網(wǎng)研發(fā)中心項目位于海南省海口市江東新區(qū)起步區(qū)的東側(cè)的第一個建設(shè)地塊，是江東新區(qū)濱江、濱海、景觀通道的重點區(qū)域。地塊臨近的東側(cè)與北側(cè)將打造為生態(tài)公園。項目位置如圖1所示。

圖1 項目位置

項目分南北兩個地塊，用地性質(zhì)均為商務/商業(yè)混合用地，商務比例80%、商業(yè)比例20%；總用地面積為19186m2（約28.8 畝），其中北地塊用地面積為11143m2（約16.7 畝）、容積率≤2.0，建筑密度≤40%，建筑限高≤30m，綠地率≥15%；南地塊用地面積為8043m2（約12.1 畝）、容積率≤2.5，建筑密度≤40%，建筑限高≤40m，綠地率≥15%。

在本項目中主要采用的低碳建筑實用技術(shù)分為兩個部分：節(jié)能減排措施和可再生能源利用。

1 節(jié)能減排的建筑設(shè)計措施

節(jié)能減排作為建筑減少碳排放的重要組成部分，需要建筑、設(shè)備等全專業(yè)的綜合技術(shù)措施。

1.1 建筑專業(yè)節(jié)能減排措施

1.1.1 總圖

地塊位于江東新區(qū)起步區(qū)最東側(cè)，主朝向為南北朝向，海景面在西北偏北方向，鳥瞰圖如圖2 所示。所以總圖布置建筑物時順應了場地朝向坐北朝南，但西南側(cè)放置辦公塔樓使辦公群體之間可以互相遮擋，減少太陽對建筑物的直射。西北側(cè)放置較矮的建筑可以為整個地塊的辦公樓提供一線的望海視野。

圖2 鳥瞰圖

樓棟之間通過圓形環(huán)廊連接，方便部門之間走動，可減少電梯的使用頻率，節(jié)電節(jié)能。

1.1.2 平面

平面的設(shè)計中使用了方形的平面，可以減少外立面的面積，減少熱交換的界面。

同時注重通風采光的設(shè)計，辦公樓的主樓均采用中庭的方式，可以良好地引進海風和白天光照，從而減少空調(diào)和白天燈具的使用。

1.1.3 立面

（1）在立面的設(shè)計（圖3）中，在保證自然采光的前提下，減少了玻璃的使用，并且采用了中空LowˉE 玻璃，提高整體立面的節(jié)能效率。

圖3 立面效果

（2）立面注重遮陽（圖4）：本案重點使用了垂直遮陽系統(tǒng)，每個窗戶的兩側(cè)均設(shè)置懸挑出0.75m 的垂直遮陽構(gòu)建。在辦公樓的3 層、6 層、頂層使用了水平遮陽系統(tǒng)，懸挑出1.2m 的水平遮陽構(gòu)建。兩種遮陽相結(jié)合的遮陽系統(tǒng)可以有效遮陽。

圖4 立面遮陽

1.2 設(shè)備專業(yè)節(jié)能減排措施

主要采取了以下措施：選用高效配電設(shè)備、系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能、自控技術(shù)節(jié)能。高效空調(diào)機房技術(shù)、風機水泵變頻自控技術(shù)、新風蒸發(fā)式全熱回收技術(shù)、水蓄冷冰蓄冷技術(shù)等。

1.2.1 選用高效配電設(shè)備

采用高能效變壓器、節(jié)能型燈具（LED 燈具）、高效電動機。

1.2.2 系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能

（1）合理設(shè)置變電所的位置，設(shè)置在靠近主體辦公樓的側(cè)面，變電所深入負荷中心，控制用電負荷的供電半徑，減少線路損耗。

（2）按變壓器經(jīng)濟運行條件，合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)。

（3）無功功率補償采用集中補償和分散就地補償相結(jié)合的方式，變電所采取低壓集中補償方式。熒光燈、氣體放電燈等就地補償。

1.2.3 自控技術(shù)節(jié)能措施

（1）采用高效電動機，根據(jù)設(shè)備負荷特性合理選型，使設(shè)備的運行工況常保持在高效區(qū)，并盡量減少電動機的空載運行時間。

（2）需要根據(jù)負荷變化進行調(diào)節(jié)的設(shè)備，采用調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的控制方式。

（3）設(shè)置建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，應實現(xiàn)對節(jié)約資源、優(yōu)化環(huán)境質(zhì)量管理的功能。

1.2.4 高效空調(diào)機房技術(shù)

主要目的就是為了節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)中冷源部分（主機+冷凍水泵+冷卻水泵+冷卻塔）的運行費用。主要思路及方向如圖5 所示。

圖5 高效空調(diào)機房技術(shù)思路

1.2.5 風機水泵變頻自控技術(shù)

風機、水泵采用變頻自控技術(shù)，可有效降低風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的輸送能耗，尤其在過渡季節(jié)等空調(diào)負荷較低時，節(jié)能效果很明顯。

1.2.6 新風蒸發(fā)式全熱回收技術(shù)

蒸發(fā)式全熱回收新風機組（圖6）可有效回收排風中的余冷和余熱，在熱帶地區(qū)夏季空節(jié)能效果明顯，排風量越大，節(jié)能性越高。

圖6 蒸發(fā)式全熱回收新風機組

1.2.7 水蓄冷、冰蓄冷技術(shù)

海南地區(qū)目前有峰、平、谷電價差。對于白天負荷大、晚上負荷小的項目，可以考慮做采用冰蓄冷或水蓄冷技術(shù)，平衡用電峰值（圖7），削峰填谷，節(jié)約運行費用。

圖7 蓄冷平衡用電峰值

2 利用可再生能源的建筑設(shè)計措施

可再生能源利用是低碳建筑的重要部分，本方案用到了屋面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、光導照明系統(tǒng)、中水回用系統(tǒng)。

2.1 屋面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電作為清潔能源的首選措施，受到了大力推崇，根據(jù)能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021 年已備案的整縣光伏裝機容量為46 GW[4]。

在建筑屋頂發(fā)展分布式光伏，結(jié)合儲能系統(tǒng)，可實現(xiàn)傳統(tǒng)能源與清潔能源的協(xié)同優(yōu)化利用[5]。

由于海南日照充足，所以在本次方案的屋面上布置了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以有效地利用太陽能。

2.2 光導照明系統(tǒng)

在白天，無須電力，通過室外的采光罩聚集室外太陽光，經(jīng)高反射率的導光管道傳輸，由漫射器將自然光均勻釋放到室內(nèi)或地下空間。無論黎明、黃昏、陰天、雨天，采光效率突出，白天室內(nèi)電力照明不再成為必要，自然光成為白天主光源。光導照明如圖8 所示。

圖8 光導照明

2.3 中水回用系統(tǒng)

本項目設(shè)計了中水回用系統(tǒng)：中水回用機房設(shè)置在地下一層，把生活污水經(jīng)過深度的技術(shù)處理，去除雜質(zhì)，去除污染水體中有毒、有害物質(zhì)及某些重金屬離子，進而消毒滅菌。處理之后的水體無色、無味、水質(zhì)清澈透明，且達到或好于國家規(guī)定的雜用水標準或規(guī)定，可應用于企業(yè)日常非飲用型的用水，可以有效提高水資源的再生運用，減少水資源的浪費。

3 結(jié)語

本文從碳中和的背景出發(fā)，針對熱帶區(qū)域氣候?qū)k公建筑的影響，并以南方電網(wǎng)公司海南現(xiàn)代化電網(wǎng)研發(fā)中心項目為例，研究了建筑全專業(yè)的節(jié)能減排及可再生能源的利用措施，旨在探究適應海南炎熱氣候下，滿足碳中和目標的辦公建筑設(shè)計。