綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究
——以蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽菫槔?/h1>
2016-03-09 10:13:12周吾波何振宇劉鑫宇李明柱
土木建筑工程信息技術(shù) 2016年5期
周吾波 何振宇 王 鵬 杜 瑞 劉鑫宇 李明柱
(吉林建筑大學(xué)，長春 130118)
綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究
——以蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽菫槔?/p>
周吾波 何振宇 王 鵬 杜 瑞 劉鑫宇 李明柱
(吉林建筑大學(xué)，長春 130118)
節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中發(fā)揮越來越重要的作用，本文在總結(jié)國內(nèi)外綠建節(jié)能技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，以蘇州明鑫環(huán)保科技大樓為例，對建筑物光照、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能以及全年負(fù)荷情況進(jìn)行模擬，綜合分析科技大樓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果，將理論與實(shí)際相結(jié)合，對各影響因素進(jìn)行研究對比。提出了如何應(yīng)用綠色建筑節(jié)能技術(shù)的建議，作為我國綠色建筑進(jìn)一步發(fā)展的研究參考。
綠色建筑;主動節(jié)能技術(shù);案例分析;性能模擬
【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.17
引言
建筑能耗作為社會總能耗的的重要組成部分，在不同發(fā)展?fàn)顩r的國家和地區(qū)所占的份額比重不同。據(jù)統(tǒng)計，全球有50%的能源用于建筑，建筑物產(chǎn)生了全球約60%的排放，是溫室氣體的主要排放源。我國建筑相關(guān)能耗已經(jīng)超過工業(yè)成為社會第一能耗大戶，約占總能耗的47%[1]。隨著我國建筑體量的不斷擴(kuò)大，建筑能源的消耗量越來越高，對環(huán)境的破壞規(guī)模也越來越大，建筑節(jié)能的重要性和緊迫性毋庸置疑。對此，加大對綠色建筑的投入是當(dāng)前我國建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，發(fā)展綠色建筑事業(yè)是推動我國節(jié)能減排，人與自然和諧發(fā)展的重大舉措。
1 綠色建筑的意義
我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)對綠色建筑的定義是指在建筑的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(能源、土地、節(jié)約用水、節(jié)約材料)，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為安康、適用、高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。美國LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)評級系統(tǒng)旨在優(yōu)化利用自然資源，促進(jìn)資源再生和恢復(fù)，最大限度的發(fā)揮現(xiàn)代建造工業(yè)給人類和環(huán)境帶來的各種積極因素，盡量減少消極影響，為居住者提供優(yōu)質(zhì)舒適的生活環(huán)境。
綠色建筑能夠增加環(huán)境收益和經(jīng)濟(jì)效益、而且可以提高居住者工作效率和居住舒適性與健康性[2]。在綠色建筑中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，不僅有效的節(jié)約能源，更重要的是為人們提供了更好的生活品質(zhì)。
近幾年我國建筑新技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)不斷創(chuàng)新，將這些技術(shù)應(yīng)用到各種特色的建筑上能夠降低建筑能耗。這些技術(shù)一般分為兩類，一類稱為被動式節(jié)能技術(shù)； 另一類稱為主動式節(jié)能技術(shù)。被動式節(jié)能技術(shù)一般是指通過對建筑的遮陽、保溫、氣密性、自然通風(fēng)等方面進(jìn)行合理的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，從而減低建筑總體能耗。主動式節(jié)能技術(shù)是指通過對機(jī)電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計以及高效節(jié)能材料的選擇，進(jìn)而提高建筑設(shè)備的運(yùn)行效率。
目前我國建筑在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)方面，大部分設(shè)計師只考慮被動式技術(shù)。然而，被動式節(jié)能基本只能做到屋面保溫、外墻保溫、外窗保溫，在保證室內(nèi)環(huán)境舒適的情況前提下，只能達(dá)到部分節(jié)能減排的目的。在被動式技術(shù)不能滿足建筑節(jié)能要求的時候，需要主動式節(jié)能設(shè)備作為輔助手段進(jìn)行優(yōu)化。
2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
表1 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)
各層材料名稱厚度(mm)導(dǎo)熱系數(shù)λ[W/m·K]蓄熱系數(shù)S[W/(m2·K)]熱阻值R[(m2·K)/W]熱惰性指標(biāo)D=R·S加氣混凝土砌塊2000.223.6010.903.273硬質(zhì)礦(巖)棉板450.0500.5901.0000.590水泥砂漿200.93011.3060.0220.243墻體主體傳熱熱阻R0[m2·K/W]}1.602墻主體傳熱系數(shù)K[W/m2·K]0.624太陽輻射吸收率0.5標(biāo)準(zhǔn)要求K≤1.5是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求符合
我國建筑發(fā)展規(guī)模始終保持大幅度增長趨勢，截止到2015年，全國公評出3979項(xiàng)綠色建筑評價標(biāo)識項(xiàng)目[3]，LEED認(rèn)證項(xiàng)目達(dá)到2022項(xiàng)[4]。江億院士認(rèn)為“發(fā)展和推廣節(jié)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑，但是不同的氣候、不同的功能、不同的使用模式和需求需要不同的節(jié)能技術(shù)”[5]。這對我國綠建技術(shù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。西安建筑科技大學(xué)宋琪教授的研究闡述了被動式住宅的發(fā)展現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了被動式節(jié)能建筑技術(shù)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的常規(guī)技術(shù)措施，從保溫隔熱層的性能、材料特性及施工到節(jié)能窗戶、電氣系統(tǒng)設(shè)計等方面的重要作用[6]。西安建筑科技大學(xué)楊柳的研究，通過綜合研究建筑一體化遮陽、自然采光、自然通風(fēng)與能耗的關(guān)系，得出被動式節(jié)能技術(shù)的適用性及節(jié)能潛力，為將來綠色超高層被動式措施的采用提供一定的方法和思路[7]。清華大學(xué)張寅平教授的研究，提出一種主動式建筑理想節(jié)能機(jī)械通風(fēng)策略的確定方法。結(jié)果表明，優(yōu)化后，北京夏季典型日和極端日總能耗分別減小22%及33%，典型日峰值冷負(fù)荷減少20.9%，制冷設(shè)備開啟時間減少約9 h[8]。還有一些研究者通過BIM精化設(shè)計，使用數(shù)字模擬軟件進(jìn)行模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果來優(yōu)化方案，提升設(shè)計質(zhì)量，使建筑立體化[9]。由于我國大部分綠色建筑的案例分析只是停留在研究被動式建筑、主動式技術(shù)、數(shù)字模擬等某一方面上，并且沒有結(jié)合相關(guān)的實(shí)際工程案例，使其分析研究得出的結(jié)果不夠全面。因此我們綜合各個結(jié)果分析，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，利用數(shù)字模擬等系列軟件，從高效的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、高效能空調(diào)設(shè)備、高效智能照明等不同的方面進(jìn)行能耗、采光、通風(fēng)模擬，使綠色建筑更加科學(xué)性和立體化，為未來高效的綠色建筑發(fā)展提供研究參考。
本文介紹的蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽牵闶且粋€對江南地區(qū)適宜的被動式節(jié)能環(huán)保技術(shù)與主動式機(jī)電技術(shù)方面相結(jié)合，綜合建筑功能和業(yè)主使用需求，遵循“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”的原則，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念目標(biāo)，達(dá)到了三星級綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目。
3 工程案例分析
3.1 工程概況
蘇州明鑫環(huán)保科技大樓位于蘇州市中新工業(yè)園區(qū)，北臨陽澄湖大道，南臨婁陽路，東、西兩側(cè)為預(yù)留空地。本項(xiàng)目總用地面積為15 225.5m2，總建筑面積為48 113.88 m2(地上建筑面積為38 045.50 m2，地下建筑面積為10 068.38 m2)，容積率為2.5，建筑密度32.2%，綠地率30.1%。蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽前ǖ叵?層、地上8層，建筑高度為39.7 m，地下1層為機(jī)動車庫，非機(jī)動車庫及設(shè)備用房，地上主要為辦公功能空間。
3.2 綠色技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
3.2.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能設(shè)計
項(xiàng)目位于夏熱冬冷地區(qū)，外墻采用硬質(zhì)礦(巖)棉板+氣混凝土砌塊保溫體系，屋面采用增強(qiáng)纖維復(fù)合防火保溫板進(jìn)行保溫。本文以公共建筑節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，與該項(xiàng)目外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進(jìn)行比較，具體熱工參數(shù)如表1所示。
建筑熱需求、熱損失及內(nèi)部得熱量通過能耗分析軟件計算得出，本文采用軟件進(jìn)行全年負(fù)荷模擬計算，具體模擬結(jié)果如下圖所示。
圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱情況
圖2 傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷情況
圖3 節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷情況
通過圖2和圖3對比可知，節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果更為明顯，建筑各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)均做了節(jié)能設(shè)計，對建筑的節(jié)能綜合指標(biāo)計算的結(jié)果顯示設(shè)計建筑的全年能耗小于參照建筑的全年能耗，得出節(jié)能率為60.84%。
3.2.2 日照及采光優(yōu)化設(shè)計
本項(xiàng)目東西兩側(cè)均為預(yù)留空地，對周邊建筑不會產(chǎn)生日照遮擋，不會對周圍居住建筑產(chǎn)生光污染。外窗采用斷熱鋁合金6mm透明+12空氣+6mm中空玻璃，傳熱系數(shù)2.2W/m2·K，自身遮陽系數(shù)0.4。建筑整體主要功能空間約有62.62%的采光系數(shù)達(dá)到2%Cmin，設(shè)置1個采光天窗和16個導(dǎo)光筒向地下室引入自然光，使地下一層車庫約有34.31%的空間達(dá)到0.5%Cmin，有效地改善了地下一層的采光效果。本文使用軟件對建筑四層某房間進(jìn)行采光模擬分析，模擬情況如圖4所示。
圖4 采光情況
從模擬分析可以看出，區(qū)域采光效果良好，充分改善了室內(nèi)自然采光環(huán)境，為創(chuàng)造辦公舒適環(huán)境提供了保障。
3.2.3 可調(diào)節(jié)外遮陽百葉優(yōu)化設(shè)計
項(xiàng)目綜合考慮遮陽效果和造價成本，通過不同時段的遮陽分析，本項(xiàng)目在南向立面的6、7層設(shè)置電動控制活動百葉外遮陽，其余3-7層外立面都設(shè)置的固定百葉外遮陽，如下表2所示。中空玻璃百葉的綜合遮陽系數(shù)為0.41，符合綠標(biāo)規(guī)范，有效控制太陽輻射的進(jìn)入，增加對光線照度的控制，保證建筑的節(jié)能效果。
表2 固定百葉遮陽參數(shù)
東向南向西向北向外窗外窗類型鋁合金外窗玻璃品種Low-E中空玻璃玻璃遮陽系數(shù)0.53窗遮陽系數(shù)0.4水平遮陽系數(shù)0.8750.8530.8350.873綜合遮陽系數(shù)0.41傳熱系數(shù)K[W/m2·K]4.50
3.2.4 可再生能源利用
太陽能屬于可再生能源，具有明顯的環(huán)保效益。太陽能可以為作為免費(fèi)熱源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目選用太陽能熱水系統(tǒng)，采用集中供熱-集中儲熱的系統(tǒng)形式，輔助熱源為空氣能熱泵系統(tǒng)，經(jīng)過逐月平衡分析可知，本項(xiàng)目每年可利用的太陽能熱水產(chǎn)量為4 347.2 m3，總熱水需求為4 872.8m3/a，可再生能源熱水比例為4 347.2/4 872.8=89.2%。下表3反應(yīng)的是太陽能系統(tǒng)效益分析的情況。
表3 太陽能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析
設(shè)備組數(shù)熱水產(chǎn)量(m3)節(jié)約能量(KW·h)節(jié)省費(fèi)用(萬元)投資回收期(年)CO2減排量(噸)集熱器364247.2113914.2219.58.73769.6
3.2.5 空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)
(1)高效能設(shè)備
本項(xiàng)目冷源采用兩臺水冷離心式冷水機(jī)組，單臺制冷量為2 110kW，其中一臺為變頻式離心冷水機(jī)組，制冷COP為5.275； 熱源采用兩臺燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組，單臺供熱量為1 745kW，額定熱回收率為97.3%。機(jī)組的部分綜合性能系數(shù)為6.28。具體參數(shù)對比情況如表4所示。
表4 冷源機(jī)組參數(shù)對比分析
設(shè)備臺數(shù)單臺制冷量(kw)性能系數(shù)(w/w)公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)水冷離心式機(jī)組1>11634.2本項(xiàng)目所采用的方案水冷離心式冷水機(jī)組121105.275變頻式離心冷水機(jī)組121105.275
(2)排風(fēng)熱回收
本項(xiàng)目為辦公建筑，室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)采用獨(dú)立送新風(fēng)的形式，由新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷，采用排風(fēng)熱回收式新風(fēng)機(jī)組可以有效節(jié)約新風(fēng)處理能量。項(xiàng)目設(shè)置9臺熱回收式新風(fēng)機(jī)組，熱回收效率均在60%以上。通過熱回收經(jīng)濟(jì)性分析，本項(xiàng)目總新風(fēng)量為97 750m3/h，每天運(yùn)行10h計算，全年節(jié)省電費(fèi)146 027.63元，投資回收期4.68年。表5為空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析表。
表5 空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析
設(shè)備臺數(shù)熱回收率節(jié)能電費(fèi)(元)投資回收期(年)熱回收新風(fēng)機(jī)組9≥60146027.634.68
本項(xiàng)目熱回收技術(shù)利用技術(shù)是對建筑里集聚的熱空氣進(jìn)行回收，采用燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組和熱回收式新風(fēng)機(jī)組，可以減少自然資源的使用，有效降低成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。變頻式離心冷水機(jī)組可自主調(diào)節(jié)控制壓縮機(jī)的輸出負(fù)荷，優(yōu)化壓縮機(jī)的做工能量，降低無用功的比例，可以減少用電量，從而達(dá)到節(jié)能的效果。
3.2.6 節(jié)能高效照明
本項(xiàng)目地下車庫、排煙機(jī)房、電梯前室采用T8節(jié)能型熒光燈，辦公區(qū)、電信房、消防控制室、設(shè)備用房、走道采用T5節(jié)能型熒光燈。T5節(jié)能燈采用電子鎮(zhèn)流器，T8節(jié)能燈采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，燈具效率大于0.75，補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.9，采用吸頂安裝方式。走道部分燈具采用聲光感應(yīng)控制方式，其余地方采用就地控制方式。公共照明及其他公共用電設(shè)備單獨(dú)設(shè)置計量表，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。
4 總結(jié)
4.1 技術(shù)總結(jié)
該項(xiàng)目與傳統(tǒng)建筑從技術(shù)的先進(jìn)性方面進(jìn)行對比。在被動式技術(shù)方面，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)通過使用新型保溫材料，提升了屋面保溫、通風(fēng)、采光等方面的性能，大大降低空調(diào)和室內(nèi)照明能耗。該項(xiàng)目的全年能耗小于傳統(tǒng)建筑的全年能耗，節(jié)能率為60.84%； 在主動式技術(shù)的方面，通過太陽能熱水系統(tǒng)、空氣能熱泵系統(tǒng)、排風(fēng)熱回收等技術(shù)，使用高新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。
4.2 經(jīng)濟(jì)效益總結(jié)
該項(xiàng)目與傳統(tǒng)建筑從綜合經(jīng)濟(jì)效益方面進(jìn)行分析對比。充分利用可再生能源，使項(xiàng)目在壽命周期內(nèi)節(jié)省費(fèi)用194 981.32元； 采用高效的空調(diào)設(shè)備，提高了環(huán)境的舒適性與設(shè)備的運(yùn)行效率，節(jié)省電費(fèi)146 027.63元。
4.3 綜合評價
本文以蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽琼?xiàng)目為依托，具體分析了科技大樓應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，總結(jié)出綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)：
1)應(yīng)以被動式建筑為主，主動式手段為輔;
2)選擇相適應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，減少綠建增量成本;
3)進(jìn)行數(shù)字化模擬分析，使綠色建筑更加科學(xué)性和立體化，提高建筑節(jié)能的效果。
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Application Analysis of Green Building Energy Saving Technology——Taking Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building as A Case
Zhou Wubo， He Zhenyu， Wang Peng， Du Rui， Liu Xinyu， Li Mingzhu
(JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China)
Energy saving technology is playing an increasingly important role in green building.This paper summarizes the development of green building energy-saving technology at home and abroad.Based on the case of Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building，uses digital simulation software for light insulation，insulation performance of exterior，annual load situation.The paper analyzes the application effect of energy saving technology in this case，combines the theory with case，compares the influencing factors，and puts forward suggestions to improve the indoor health environment，which is the reference for the further development of green building in China.
Green Building； Energy-saving； Case Analysis； Building Physical Simulation
國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助(編號：201610191127)
周吾波(1995-)，男，吉林建筑大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)工程管理雙學(xué)士學(xué)位，LEED AP BD+C。主要從事BIM、FM、綠色建筑相關(guān)研究。
TU201.5
A
1674-7461(2016)05-0090-05
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周吾波 何振宇 王 鵬 杜 瑞 劉鑫宇 李明柱
(吉林建筑大學(xué)，長春 130118)
綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究
——以蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽菫槔?/p>
周吾波 何振宇 王 鵬 杜 瑞 劉鑫宇 李明柱
(吉林建筑大學(xué)，長春 130118)
節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中發(fā)揮越來越重要的作用，本文在總結(jié)國內(nèi)外綠建節(jié)能技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，以蘇州明鑫環(huán)保科技大樓為例，對建筑物光照、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能以及全年負(fù)荷情況進(jìn)行模擬，綜合分析科技大樓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果，將理論與實(shí)際相結(jié)合，對各影響因素進(jìn)行研究對比。提出了如何應(yīng)用綠色建筑節(jié)能技術(shù)的建議，作為我國綠色建筑進(jìn)一步發(fā)展的研究參考。
綠色建筑;主動節(jié)能技術(shù);案例分析;性能模擬
【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.17
引言
建筑能耗作為社會總能耗的的重要組成部分，在不同發(fā)展?fàn)顩r的國家和地區(qū)所占的份額比重不同。據(jù)統(tǒng)計，全球有50%的能源用于建筑，建筑物產(chǎn)生了全球約60%的排放，是溫室氣體的主要排放源。我國建筑相關(guān)能耗已經(jīng)超過工業(yè)成為社會第一能耗大戶，約占總能耗的47%[1]。隨著我國建筑體量的不斷擴(kuò)大，建筑能源的消耗量越來越高，對環(huán)境的破壞規(guī)模也越來越大，建筑節(jié)能的重要性和緊迫性毋庸置疑。對此，加大對綠色建筑的投入是當(dāng)前我國建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，發(fā)展綠色建筑事業(yè)是推動我國節(jié)能減排，人與自然和諧發(fā)展的重大舉措。
1 綠色建筑的意義
我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)對綠色建筑的定義是指在建筑的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(能源、土地、節(jié)約用水、節(jié)約材料)，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為安康、適用、高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。美國LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)評級系統(tǒng)旨在優(yōu)化利用自然資源，促進(jìn)資源再生和恢復(fù)，最大限度的發(fā)揮現(xiàn)代建造工業(yè)給人類和環(huán)境帶來的各種積極因素，盡量減少消極影響，為居住者提供優(yōu)質(zhì)舒適的生活環(huán)境。
綠色建筑能夠增加環(huán)境收益和經(jīng)濟(jì)效益、而且可以提高居住者工作效率和居住舒適性與健康性[2]。在綠色建筑中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，不僅有效的節(jié)約能源，更重要的是為人們提供了更好的生活品質(zhì)。
近幾年我國建筑新技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)不斷創(chuàng)新，將這些技術(shù)應(yīng)用到各種特色的建筑上能夠降低建筑能耗。這些技術(shù)一般分為兩類，一類稱為被動式節(jié)能技術(shù)； 另一類稱為主動式節(jié)能技術(shù)。被動式節(jié)能技術(shù)一般是指通過對建筑的遮陽、保溫、氣密性、自然通風(fēng)等方面進(jìn)行合理的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，從而減低建筑總體能耗。主動式節(jié)能技術(shù)是指通過對機(jī)電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計以及高效節(jié)能材料的選擇，進(jìn)而提高建筑設(shè)備的運(yùn)行效率。
目前我國建筑在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)方面，大部分設(shè)計師只考慮被動式技術(shù)。然而，被動式節(jié)能基本只能做到屋面保溫、外墻保溫、外窗保溫，在保證室內(nèi)環(huán)境舒適的情況前提下，只能達(dá)到部分節(jié)能減排的目的。在被動式技術(shù)不能滿足建筑節(jié)能要求的時候，需要主動式節(jié)能設(shè)備作為輔助手段進(jìn)行優(yōu)化。
2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
表1 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)
各層材料名稱厚度(mm)導(dǎo)熱系數(shù)λ[W/m·K]蓄熱系數(shù)S[W/(m2·K)]熱阻值R[(m2·K)/W]熱惰性指標(biāo)D=R·S加氣混凝土砌塊2000.223.6010.903.273硬質(zhì)礦(巖)棉板450.0500.5901.0000.590水泥砂漿200.93011.3060.0220.243墻體主體傳熱熱阻R0[m2·K/W]}1.602墻主體傳熱系數(shù)K[W/m2·K]0.624太陽輻射吸收率0.5標(biāo)準(zhǔn)要求K≤1.5是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求符合
我國建筑發(fā)展規(guī)模始終保持大幅度增長趨勢，截止到2015年，全國公評出3979項(xiàng)綠色建筑評價標(biāo)識項(xiàng)目[3]，LEED認(rèn)證項(xiàng)目達(dá)到2022項(xiàng)[4]。江億院士認(rèn)為“發(fā)展和推廣節(jié)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑，但是不同的氣候、不同的功能、不同的使用模式和需求需要不同的節(jié)能技術(shù)”[5]。這對我國綠建技術(shù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。西安建筑科技大學(xué)宋琪教授的研究闡述了被動式住宅的發(fā)展現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)了被動式節(jié)能建筑技術(shù)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的常規(guī)技術(shù)措施，從保溫隔熱層的性能、材料特性及施工到節(jié)能窗戶、電氣系統(tǒng)設(shè)計等方面的重要作用[6]。西安建筑科技大學(xué)楊柳的研究，通過綜合研究建筑一體化遮陽、自然采光、自然通風(fēng)與能耗的關(guān)系，得出被動式節(jié)能技術(shù)的適用性及節(jié)能潛力，為將來綠色超高層被動式措施的采用提供一定的方法和思路[7]。清華大學(xué)張寅平教授的研究，提出一種主動式建筑理想節(jié)能機(jī)械通風(fēng)策略的確定方法。結(jié)果表明，優(yōu)化后，北京夏季典型日和極端日總能耗分別減小22%及33%，典型日峰值冷負(fù)荷減少20.9%，制冷設(shè)備開啟時間減少約9 h[8]。還有一些研究者通過BIM精化設(shè)計，使用數(shù)字模擬軟件進(jìn)行模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果來優(yōu)化方案，提升設(shè)計質(zhì)量，使建筑立體化[9]。由于我國大部分綠色建筑的案例分析只是停留在研究被動式建筑、主動式技術(shù)、數(shù)字模擬等某一方面上，并且沒有結(jié)合相關(guān)的實(shí)際工程案例，使其分析研究得出的結(jié)果不夠全面。因此我們綜合各個結(jié)果分析，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，利用數(shù)字模擬等系列軟件，從高效的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、高效能空調(diào)設(shè)備、高效智能照明等不同的方面進(jìn)行能耗、采光、通風(fēng)模擬，使綠色建筑更加科學(xué)性和立體化，為未來高效的綠色建筑發(fā)展提供研究參考。
本文介紹的蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽牵闶且粋€對江南地區(qū)適宜的被動式節(jié)能環(huán)保技術(shù)與主動式機(jī)電技術(shù)方面相結(jié)合，綜合建筑功能和業(yè)主使用需求，遵循“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”的原則，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念目標(biāo)，達(dá)到了三星級綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目。
3 工程案例分析
3.1 工程概況
蘇州明鑫環(huán)保科技大樓位于蘇州市中新工業(yè)園區(qū)，北臨陽澄湖大道，南臨婁陽路，東、西兩側(cè)為預(yù)留空地。本項(xiàng)目總用地面積為15 225.5m2，總建筑面積為48 113.88 m2(地上建筑面積為38 045.50 m2，地下建筑面積為10 068.38 m2)，容積率為2.5，建筑密度32.2%，綠地率30.1%。蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽前ǖ叵?層、地上8層，建筑高度為39.7 m，地下1層為機(jī)動車庫，非機(jī)動車庫及設(shè)備用房，地上主要為辦公功能空間。
3.2 綠色技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
3.2.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體節(jié)能設(shè)計
項(xiàng)目位于夏熱冬冷地區(qū)，外墻采用硬質(zhì)礦(巖)棉板+氣混凝土砌塊保溫體系，屋面采用增強(qiáng)纖維復(fù)合防火保溫板進(jìn)行保溫。本文以公共建筑節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，與該項(xiàng)目外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)進(jìn)行比較，具體熱工參數(shù)如表1所示。
建筑熱需求、熱損失及內(nèi)部得熱量通過能耗分析軟件計算得出，本文采用軟件進(jìn)行全年負(fù)荷模擬計算，具體模擬結(jié)果如下圖所示。
圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱情況
圖2 傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷情況
圖3 節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷情況
通過圖2和圖3對比可知，節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果更為明顯，建筑各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)均做了節(jié)能設(shè)計，對建筑的節(jié)能綜合指標(biāo)計算的結(jié)果顯示設(shè)計建筑的全年能耗小于參照建筑的全年能耗，得出節(jié)能率為60.84%。
3.2.2 日照及采光優(yōu)化設(shè)計
本項(xiàng)目東西兩側(cè)均為預(yù)留空地，對周邊建筑不會產(chǎn)生日照遮擋，不會對周圍居住建筑產(chǎn)生光污染。外窗采用斷熱鋁合金6mm透明+12空氣+6mm中空玻璃，傳熱系數(shù)2.2W/m2·K，自身遮陽系數(shù)0.4。建筑整體主要功能空間約有62.62%的采光系數(shù)達(dá)到2%Cmin，設(shè)置1個采光天窗和16個導(dǎo)光筒向地下室引入自然光，使地下一層車庫約有34.31%的空間達(dá)到0.5%Cmin，有效地改善了地下一層的采光效果。本文使用軟件對建筑四層某房間進(jìn)行采光模擬分析，模擬情況如圖4所示。
圖4 采光情況
從模擬分析可以看出，區(qū)域采光效果良好，充分改善了室內(nèi)自然采光環(huán)境，為創(chuàng)造辦公舒適環(huán)境提供了保障。
3.2.3 可調(diào)節(jié)外遮陽百葉優(yōu)化設(shè)計
項(xiàng)目綜合考慮遮陽效果和造價成本，通過不同時段的遮陽分析，本項(xiàng)目在南向立面的6、7層設(shè)置電動控制活動百葉外遮陽，其余3-7層外立面都設(shè)置的固定百葉外遮陽，如下表2所示。中空玻璃百葉的綜合遮陽系數(shù)為0.41，符合綠標(biāo)規(guī)范，有效控制太陽輻射的進(jìn)入，增加對光線照度的控制，保證建筑的節(jié)能效果。
表2 固定百葉遮陽參數(shù)
東向南向西向北向外窗外窗類型鋁合金外窗玻璃品種Low-E中空玻璃玻璃遮陽系數(shù)0.53窗遮陽系數(shù)0.4水平遮陽系數(shù)0.8750.8530.8350.873綜合遮陽系數(shù)0.41傳熱系數(shù)K[W/m2·K]4.50
3.2.4 可再生能源利用
太陽能屬于可再生能源，具有明顯的環(huán)保效益。太陽能可以為作為免費(fèi)熱源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目選用太陽能熱水系統(tǒng)，采用集中供熱-集中儲熱的系統(tǒng)形式，輔助熱源為空氣能熱泵系統(tǒng)，經(jīng)過逐月平衡分析可知，本項(xiàng)目每年可利用的太陽能熱水產(chǎn)量為4 347.2 m3，總熱水需求為4 872.8m3/a，可再生能源熱水比例為4 347.2/4 872.8=89.2%。下表3反應(yīng)的是太陽能系統(tǒng)效益分析的情況。
表3 太陽能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析
設(shè)備組數(shù)熱水產(chǎn)量(m3)節(jié)約能量(KW·h)節(jié)省費(fèi)用(萬元)投資回收期(年)CO2減排量(噸)集熱器364247.2113914.2219.58.73769.6
3.2.5 空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)
(1)高效能設(shè)備
本項(xiàng)目冷源采用兩臺水冷離心式冷水機(jī)組，單臺制冷量為2 110kW，其中一臺為變頻式離心冷水機(jī)組，制冷COP為5.275； 熱源采用兩臺燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組，單臺供熱量為1 745kW，額定熱回收率為97.3%。機(jī)組的部分綜合性能系數(shù)為6.28。具體參數(shù)對比情況如表4所示。
表4 冷源機(jī)組參數(shù)對比分析
設(shè)備臺數(shù)單臺制冷量(kw)性能系數(shù)(w/w)公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)水冷離心式機(jī)組1>11634.2本項(xiàng)目所采用的方案水冷離心式冷水機(jī)組121105.275變頻式離心冷水機(jī)組121105.275
(2)排風(fēng)熱回收
本項(xiàng)目為辦公建筑，室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)采用獨(dú)立送新風(fēng)的形式，由新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷，采用排風(fēng)熱回收式新風(fēng)機(jī)組可以有效節(jié)約新風(fēng)處理能量。項(xiàng)目設(shè)置9臺熱回收式新風(fēng)機(jī)組，熱回收效率均在60%以上。通過熱回收經(jīng)濟(jì)性分析，本項(xiàng)目總新風(fēng)量為97 750m3/h，每天運(yùn)行10h計算，全年節(jié)省電費(fèi)146 027.63元，投資回收期4.68年。表5為空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析表。
表5 空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析
設(shè)備臺數(shù)熱回收率節(jié)能電費(fèi)(元)投資回收期(年)熱回收新風(fēng)機(jī)組9≥60146027.634.68
本項(xiàng)目熱回收技術(shù)利用技術(shù)是對建筑里集聚的熱空氣進(jìn)行回收，采用燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組和熱回收式新風(fēng)機(jī)組，可以減少自然資源的使用，有效降低成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。變頻式離心冷水機(jī)組可自主調(diào)節(jié)控制壓縮機(jī)的輸出負(fù)荷，優(yōu)化壓縮機(jī)的做工能量，降低無用功的比例，可以減少用電量，從而達(dá)到節(jié)能的效果。
3.2.6 節(jié)能高效照明
本項(xiàng)目地下車庫、排煙機(jī)房、電梯前室采用T8節(jié)能型熒光燈，辦公區(qū)、電信房、消防控制室、設(shè)備用房、走道采用T5節(jié)能型熒光燈。T5節(jié)能燈采用電子鎮(zhèn)流器，T8節(jié)能燈采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，燈具效率大于0.75，補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.9，采用吸頂安裝方式。走道部分燈具采用聲光感應(yīng)控制方式，其余地方采用就地控制方式。公共照明及其他公共用電設(shè)備單獨(dú)設(shè)置計量表，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。
4 總結(jié)
4.1 技術(shù)總結(jié)
該項(xiàng)目與傳統(tǒng)建筑從技術(shù)的先進(jìn)性方面進(jìn)行對比。在被動式技術(shù)方面，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)通過使用新型保溫材料，提升了屋面保溫、通風(fēng)、采光等方面的性能，大大降低空調(diào)和室內(nèi)照明能耗。該項(xiàng)目的全年能耗小于傳統(tǒng)建筑的全年能耗，節(jié)能率為60.84%； 在主動式技術(shù)的方面，通過太陽能熱水系統(tǒng)、空氣能熱泵系統(tǒng)、排風(fēng)熱回收等技術(shù)，使用高新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。
4.2 經(jīng)濟(jì)效益總結(jié)
該項(xiàng)目與傳統(tǒng)建筑從綜合經(jīng)濟(jì)效益方面進(jìn)行分析對比。充分利用可再生能源，使項(xiàng)目在壽命周期內(nèi)節(jié)省費(fèi)用194 981.32元； 采用高效的空調(diào)設(shè)備，提高了環(huán)境的舒適性與設(shè)備的運(yùn)行效率，節(jié)省電費(fèi)146 027.63元。
4.3 綜合評價
本文以蘇州明鑫環(huán)?？萍即髽琼?xiàng)目為依托，具體分析了科技大樓應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，總結(jié)出綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)：
1)應(yīng)以被動式建筑為主，主動式手段為輔;
2)選擇相適應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，減少綠建增量成本;
3)進(jìn)行數(shù)字化模擬分析，使綠色建筑更加科學(xué)性和立體化，提高建筑節(jié)能的效果。
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Application Analysis of Green Building Energy Saving Technology——Taking Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building as A Case
Zhou Wubo， He Zhenyu， Wang Peng， Du Rui， Liu Xinyu， Li Mingzhu
(JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China)
Energy saving technology is playing an increasingly important role in green building.This paper summarizes the development of green building energy-saving technology at home and abroad.Based on the case of Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building，uses digital simulation software for light insulation，insulation performance of exterior，annual load situation.The paper analyzes the application effect of energy saving technology in this case，combines the theory with case，compares the influencing factors，and puts forward suggestions to improve the indoor health environment，which is the reference for the further development of green building in China.
Green Building； Energy-saving； Case Analysis； Building Physical Simulation
國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助(編號：201610191127)
周吾波(1995-)，男，吉林建筑大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)工程管理雙學(xué)士學(xué)位，LEED AP BD+C。主要從事BIM、FM、綠色建筑相關(guān)研究。
TU201.5
A
1674-7461(2016)05-0090-05
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