呂明超 李 杰

1. 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200011 2. 上海浦東開發(fā)（集團(tuán)）有限公司 上海 201204

零碳建筑備受關(guān)注，又稱凈零碳建筑，從某種定性上講，該建筑特指在全生命周期內(nèi)，利用碳排放減少，達(dá)到綠色建筑設(shè)計(jì)目的。 從定量上看，建筑主體建設(shè)中需充分利用節(jié)能措施和新型能源，使其達(dá)到《近零能耗建筑技術(shù)》最高水準(zhǔn)。由此可見，將零碳建筑理念和辦公樓設(shè)計(jì)相結(jié)合，可取得理想化效果，發(fā)揮辦公樓環(huán)保設(shè)計(jì)最大價(jià)值。零碳排放目標(biāo)下，需深度摸索辦公樓環(huán)保設(shè)計(jì)思路，節(jié)能減排的同時(shí)，提高辦公樓建設(shè)質(zhì)量。

1 零碳排放目標(biāo)下建筑特征

零碳建筑的主要特征，可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：第一是要突出圍護(hù)系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)，提高節(jié)能性與環(huán)保性，保證建筑整體功能；第二是注重新能源使用，其中要重點(diǎn)發(fā)揮可再生能源功能，提高能源利用率；第三實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)階段的零碳化，提高建筑設(shè)計(jì)合理性；第四是確保碳排放量達(dá)標(biāo)。這項(xiàng)工作內(nèi)容既涵蓋“物的行為”，與此同時(shí)又囊括了“人的行為”，可重點(diǎn)凸顯建筑的“綠色性能”，該模式下的建筑也被看作是具有被動(dòng)“節(jié)能性能”屬性[1]。在可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)下，綠色環(huán)保走進(jìn)視線，在辦公樓設(shè)計(jì)中，應(yīng)用綠色環(huán)保的理念，可提升辦公樓設(shè)計(jì)品位，確保辦公樓功能實(shí)現(xiàn)。零碳辦公樓是指在科學(xué)設(shè)計(jì)理念指引下，辦公的過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，可以自由享受自然光，享受綠色大自然的氛圍。在目前建筑設(shè)計(jì)中，節(jié)能的雙層幕墻體系相對(duì)普及，這種辦公體系的設(shè)計(jì)，會(huì)增加辦公樓使用舒適度，迎合可持續(xù)發(fā)展理念。

2 零碳建筑常用的技術(shù)策略

2.1 建筑本體技術(shù)

該技術(shù)特指節(jié)能設(shè)計(jì)階段，完成與本地區(qū)氣候環(huán)境匹配的設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中控制建筑體型系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，減小建筑外圍護(hù)面積，在巧妙構(gòu)思中采用建筑自遮陽(yáng)策略，減少能源消耗，確保運(yùn)營(yíng)用能效率。現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，充分利用自然風(fēng)，發(fā)揮自然資源優(yōu)勢(shì)，結(jié)合室內(nèi)外風(fēng)壓等，打造建筑節(jié)能體系，提高低碳辦公樓設(shè)計(jì)價(jià)值。建筑本體技術(shù)，有兩個(gè)主要目標(biāo)，一是提高建筑節(jié)能率。選用科學(xué)的門窗型材，配置高密封材料，借助材料的科學(xué)選擇，降低建筑傳熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能設(shè)計(jì)，達(dá)到辦公樓設(shè)計(jì)最佳目標(biāo)。二是實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。具體工作中，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)集成設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作，保障設(shè)備、管線關(guān)系，確保其與建筑本體接觸合理，利用科學(xué)技術(shù)，提高建筑空間氣密性。

2.2 建筑微生態(tài)技術(shù)

微生態(tài)技術(shù)應(yīng)用靈活，概括起來就是在微生物技術(shù)指導(dǎo)才通過屋面綠化等積極措施，打造建筑微生態(tài)，改善辦公環(huán)境。實(shí)踐環(huán)節(jié)中提高建筑碳匯，借助合理化方式，降低環(huán)境的熱島效應(yīng)。工作實(shí)踐中，通過資源合理配置，提高建筑微生態(tài)系統(tǒng)性能，對(duì)雨水回收量控制，在此基礎(chǔ)上，提高生態(tài)自然水平。輔助高效節(jié)能設(shè)備，應(yīng)用技術(shù)保障，提高建筑用電效率。實(shí)踐環(huán)節(jié)中，充分利用太陽(yáng)能等關(guān)鍵性可再生能源，構(gòu)建完整的微型電網(wǎng)，利用核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑能源需求的自供應(yīng)，在自給自足同時(shí)，合理控制傳統(tǒng)資源消耗[2]。建筑體的設(shè)計(jì)中充分利用智慧化手段，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保技術(shù)與“智能管家”控制系統(tǒng)的結(jié)合，在科學(xué)思路指引下，整合資源利用系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，借助建筑微生態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源目標(biāo)。

2.3 強(qiáng)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能

結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)可知，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能不容忽視，在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，優(yōu)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該作為重點(diǎn)。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能原因，來自三方面：外墻、門窗和屋頂。從近幾年看，辦公樓利用復(fù)合墻體相對(duì)流行。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，這種復(fù)合墻體性能顯著，使其服役期間能夠?qū)o(hù)結(jié)構(gòu)隔熱，發(fā)揮顯著的保溫作用。利用好外墻的外保溫可優(yōu)化建筑整體環(huán)境，防止冷熱橋現(xiàn)象。與此同時(shí)，在屋頂上也需采取周密措施，提高建筑保溫效果。

2.4 門窗節(jié)能的措施

傳統(tǒng)辦公樓外墻建筑滿足不了低碳需求，主要原因之一是采用玻璃幕墻，會(huì)接連誘發(fā)冷熱橋現(xiàn)象。在低碳環(huán)保目標(biāo)下，需提高玻璃隔熱性，滿足辦公室辦公需求。具體實(shí)操中，可將傳統(tǒng)玻璃幕墻升級(jí)，將其設(shè)計(jì)成雙層幕墻，提升保溫隔熱性能。與此同時(shí)，雙層幕墻的使用可能夠阻斷部分噪音，從而避免外界干擾。現(xiàn)實(shí)中，雙層幕墻隔熱效果顯著，因?yàn)殡p層幕墻結(jié)構(gòu)特殊，在其使用期間，空氣間層被不同方向劃分（水平和垂直），內(nèi)部氣流循環(huán)便不再被干擾，可發(fā)揮消音隔音優(yōu)勢(shì)。雙層玻璃幕墻優(yōu)勢(shì)，可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：首先，該幕墻的隔熱性好。實(shí)際應(yīng)用中，在幕墻的作用下，冬季室內(nèi)保溫會(huì)趨于理想，在夏季還可以隔熱，可謂是冬暖夏涼。其次，該幕墻隔音功能顯著，可有效杜絕噪音，提高節(jié)能環(huán)保性。再次，優(yōu)化利用自然采光，確保辦公樓的明亮，根據(jù)遮陽(yáng)系統(tǒng)要求，科學(xué)調(diào)節(jié)室內(nèi)恒溫，在此基礎(chǔ)上保證辦公樓的環(huán)境[3]。最后，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)條件。研究發(fā)現(xiàn)，這種玻璃是雙層的，中間存在空氣壓力差，正是因?yàn)槿绱?，不新鮮空氣會(huì)被擠壓出，在循環(huán)交換中，營(yíng)造室內(nèi)清新的環(huán)境。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，節(jié)能玻璃逐漸普及，這種綠色的玻璃產(chǎn)品，其本身反射率很高，相比于普通玻璃，可科學(xué)抑制遠(yuǎn)紅外熱輻射，阻隔熱輻射透過效果非常明顯。在冬季，該綠色節(jié)能玻璃像反射鏡一樣，可把光源反射回室內(nèi)，利用此種方式，可節(jié)約取暖費(fèi)用，技術(shù)應(yīng)用效果理想。貝丁頓小區(qū)BedZED，在采用節(jié)能玻璃的基礎(chǔ)上，還可通過被動(dòng)式太陽(yáng)房，營(yíng)造常年舒適溫度。為強(qiáng)化設(shè)計(jì)效果，窗戶高氣密性設(shè)計(jì)也是必要的，陽(yáng)光明媚或少云時(shí)，太陽(yáng)房會(huì)發(fā)揮作用，完成熱量存儲(chǔ)，夜間溫度降低時(shí)，太陽(yáng)房會(huì)將存儲(chǔ)熱量按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求釋放出，保持室內(nèi)宜人溫度。太陽(yáng)房設(shè)計(jì)效果圖，如圖1所示。

圖1 太陽(yáng)房設(shè)計(jì)效果圖

2.5 設(shè)置有效的遮陽(yáng)條件

零碳辦公樓設(shè)計(jì)中，設(shè)置有效的遮陽(yáng)條件十分必要，傳統(tǒng)的技術(shù)手段是科學(xué)應(yīng)用玻璃幕墻。實(shí)踐表明，使用雙層幕墻，并在原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上設(shè)置遮陽(yáng)系統(tǒng)，可優(yōu)化建筑室內(nèi)環(huán)境，恒久保持室內(nèi)溫度，提升建筑功能性。除了玻璃幕墻外，還可以使用金屬百葉，借此抵擋強(qiáng)光照射。隨著技術(shù)的發(fā)展，遮陽(yáng)板技術(shù)應(yīng)用較多。對(duì)于北半球來說，辦公樓設(shè)計(jì)都是窗口南向，基于此在南向窗戶上懸掛性能穩(wěn)定的遮陽(yáng)裝置可強(qiáng)化設(shè)計(jì)效果、持續(xù)優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境，借助科學(xué)途徑，控制建筑的太陽(yáng)得熱[4]。

2.6 熱水和電能供應(yīng)

零碳辦公室設(shè)計(jì)中，熱水和電能供應(yīng)也是考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。同樣以BedZED為例，該項(xiàng)目建成初期，為滿足熱水和電能供應(yīng)的實(shí)踐要求，設(shè)置生物質(zhì)熱電廠，借助這樣的方式，將玉米稈、玉米棒子等加工利用，利用生物質(zhì)發(fā)電完成日常所需熱水供給。同時(shí)，安裝太陽(yáng)能電池板，確保電路與電網(wǎng)相連。

2.7 綠化屋頂設(shè)計(jì)

綠化屋頂打造是良好的低碳節(jié)能設(shè)計(jì)手段，在零碳辦公樓的屋頂可以增設(shè)屋頂綠化面積。在實(shí)踐環(huán)節(jié)通過過濾膜、保濕毯、隔根膜以及綜合防水層等作用，組成性能較強(qiáng)的屋頂綠化體系，確保該系統(tǒng)在烈日下，可積極發(fā)揮出斷熱與冷卻的作用，強(qiáng)化節(jié)能減排效果。研究發(fā)現(xiàn)，由于植物的蒸騰作用，能夠?qū)⒉糠譄崃繋ё?，合理發(fā)揮降溫作用。除此之外，配合設(shè)計(jì)滴灌系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)流量的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)每天 0.5L/d·m2植被保溫，這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅有利于植物生長(zhǎng)，還可以起到較好隔熱功效。

2.8 辦公樓自然通風(fēng)技術(shù)

除了上述技術(shù)外，還要考慮辦公樓自然通風(fēng)。結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)可知，辦公樓建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，可通過兩種路徑實(shí)現(xiàn)。一是改善空氣品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)空氣品質(zhì)至關(guān)重要，其優(yōu)劣取決于新風(fēng)量和新風(fēng)輸送的通暢度，為此辦公樓自然通風(fēng)技術(shù)需要考慮室外氣流是否順暢問題，不容忽視。二是壓縮空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。如果室外濕度低，形成的自然通風(fēng)可在節(jié)約耗能的基礎(chǔ)上降低室內(nèi)溫度，營(yíng)造舒適的環(huán)境，帶走潮濕氣體，借助這樣的方式，實(shí)現(xiàn)人體熱舒適，優(yōu)化辦公環(huán)境。

結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同自然通風(fēng)狀態(tài)下，人們感到的舒適范圍也有較大的不同，溫度不高于29℃時(shí)，同時(shí)要確保相對(duì)濕度低于80%，溫度高于26℃時(shí)（自然通風(fēng)狀態(tài)下）就會(huì)感覺悶熱?；诖?，為了保證通風(fēng)的要求，常用的通風(fēng)技術(shù)有：熱壓通風(fēng)、風(fēng)壓通風(fēng)以及風(fēng)壓與熱壓結(jié)合的通風(fēng)方式。具體實(shí)踐中，可通過建筑的平面布置，比如說常用的建筑朝向、門窗位置等，巧妙設(shè)計(jì)“穿堂風(fēng)”，改善室內(nèi)溫度。還可以利用太陽(yáng)熱能，輔助先進(jìn)設(shè)備，強(qiáng)化自然通風(fēng)。事實(shí)表明，太陽(yáng)能強(qiáng)化自然通風(fēng)策略是可以實(shí)現(xiàn)的，在建筑構(gòu)件期間，需要考慮各項(xiàng)因素，主要有屋面太陽(yáng)能煙囪。除此之外，還需配備Trombe墻以及太陽(yáng)能空氣集熱器，通過這樣的方式，形成“煙囪效應(yīng)”。與此同時(shí)，為強(qiáng)化自然通風(fēng)效果，技術(shù)手段上可轉(zhuǎn)換方式，利用計(jì)算機(jī)模擬通風(fēng)，計(jì)算立體力學(xué)CFD的作用，為辦公建筑風(fēng)環(huán)境優(yōu)化提供科學(xué)的參考。

為實(shí)現(xiàn)科學(xué)通風(fēng)，BedZED建筑屋頂上利用了巧思安裝了風(fēng)罩裝置，這些五顏六色風(fēng)罩在現(xiàn)實(shí)使用中構(gòu)成了效率穩(wěn)定的自然通風(fēng)系統(tǒng)。主要原理是由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)屋頂風(fēng)罩，形成自然通風(fēng)。如圖2所示，有了這些風(fēng)罩，即使是微風(fēng)天氣，室內(nèi)空氣也可以清新，新鮮空氣可利用風(fēng)罩前小的開口位置涌進(jìn)設(shè)計(jì)好的交換器中，通過交換器進(jìn)入室內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，通過自然通風(fēng)系統(tǒng)，可打造宜居空間，促使空氣流通始終平穩(wěn)保持。需要強(qiáng)調(diào)的是：天氣炎熱時(shí)，可通過開啟窗戶等方式，形成對(duì)流較強(qiáng)的穿堂風(fēng)，利用自然通風(fēng)技術(shù)，保持室內(nèi)涼爽。

圖2 屋頂風(fēng)罩設(shè)計(jì)

3 案例分析

某辦公樓為達(dá)到綠色節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用了如下技術(shù)手段。

3.1 辦公樓導(dǎo)光設(shè)計(jì)

辦公區(qū)域內(nèi)部為滿足辦公需求，應(yīng)用開敞式布局。同時(shí)為優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境，合理改善內(nèi)區(qū)采光，該項(xiàng)目在屋頂露臺(tái)精心設(shè)計(jì)了5組采光管，借此保障辦公光線充足。通過導(dǎo)光設(shè)計(jì)，達(dá)到75%的功能空間采光標(biāo)準(zhǔn)。具體工作中，可設(shè)計(jì)疊合BIM模型，明確采光管的數(shù)量，確保吊頂下凈高最低滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 辦公樓氣密性設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，辦公樓氣密性設(shè)計(jì)要明確主要任務(wù)，基于建筑整體氣密性科學(xué)要求和氣密性劃分單元，需綜合利用多種措施。案例項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)室外側(cè)防水透氣膜，并在規(guī)劃中增加室內(nèi)側(cè)防水隔氣膜，與此同時(shí)采用建筑密封膏嵌縫，并利用有效的發(fā)泡聚氨酯將現(xiàn)有縫隙填滿。此外，樓層內(nèi)樓梯間門等均采用高氣密性內(nèi)門，借此保障室內(nèi)環(huán)境。氣密性測(cè)試時(shí)，需確保滿足幕墻氣密性高于4級(jí)的要求。需要注意的是，露臺(tái)門氣密性要求較高，等級(jí)為8級(jí)。

3.3 低碳材料的選擇

在低碳辦公樓設(shè)計(jì)中，材料選擇屬于重點(diǎn)。實(shí)操中，需減少鋼筋混凝土等綜合材料的用量，這些高碳結(jié)構(gòu)材料會(huì)加劇污染，可用鋼材等材料替代。設(shè)法降低建筑材料的隱含碳，提高辦公樓整體效益。內(nèi)裝和景觀選用需科學(xué)，利用玻纖混凝土等材料，因?yàn)檫@類材料屬于低碳可回收建材，應(yīng)用價(jià)值更高。重視再利用建材的保護(hù)。零碳辦公樓項(xiàng)目可采用低污染、可回收、健康環(huán)保材料作為主要材料。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與混凝土，完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。同時(shí)注意門窗幕墻及裝飾裝修的配合，利用雙層玻璃幕墻、防水密封及建筑涂料，提高辦公樓建設(shè)質(zhì)量。配備給排水及水處理設(shè)備，搭建太陽(yáng)房和暖通空調(diào)，嚴(yán)格認(rèn)證建材產(chǎn)品，確保設(shè)計(jì)效果理想。

4 零碳辦公樓設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 應(yīng)用環(huán)境參數(shù)測(cè)量和能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

未來零碳辦公樓設(shè)計(jì)趨勢(shì)明顯，為滿足技術(shù)應(yīng)用需求，體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的，需積極配合搭建環(huán)境參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，并做好能耗的控制。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，為更好配合其他系統(tǒng)，發(fā)揮零碳辦公樓設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，更完美貼合節(jié)能減排目標(biāo)，需應(yīng)用電子數(shù)控技術(shù)，開展全方位能耗分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，能耗監(jiān)控系統(tǒng)功能完善，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，能夠在監(jiān)視能耗的同時(shí)，對(duì)節(jié)能方案優(yōu)化提出合理建議，協(xié)助建筑使用情況，智能地做出決策?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與水表、燃?xì)獗淼闹苯舆B接，借此掌握用水、應(yīng)用煤氣情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控各風(fēng)帽設(shè)備，全面剖析其狀態(tài)、環(huán)境狀況等。與此同時(shí)，做好收集、記錄，調(diào)取系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行信息，并將信息整理收集，例如：報(bào)警信息、能耗情況等[5]。在此基礎(chǔ)上實(shí)施綜合分析處理，打通各系統(tǒng)環(huán)節(jié)，保證各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，順利完成正常操作，發(fā)揮理想的作用，得到最優(yōu)的控制方案。

4.2 應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)

未來的零碳辦公樓設(shè)計(jì)，將科學(xué)普及BIPV非晶硅薄膜，科學(xué)打造光伏發(fā)電，提高發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行率。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)較為特殊，實(shí)際容量約15kW，具體應(yīng)用中分為光伏屋頂發(fā)電以及有效的南立面光伏外墻發(fā)電?，F(xiàn)階段，鑒于非晶硅電池的應(yīng)用范圍和表現(xiàn)出的工作能力，需加大非晶硅太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)性研發(fā)，在具體工作中進(jìn)行電池板—體化設(shè)計(jì)，確保技術(shù)應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

綜上所述，新時(shí)期零碳辦公樓設(shè)計(jì)成為主要潮流，在節(jié)能環(huán)保要求下，需應(yīng)用多種節(jié)能技術(shù)，例如低碳材料選擇和自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)。根據(jù)本文的描述，可以得出建設(shè)性建議，為人性化辦公空間的構(gòu)建提供有益參考，提升辦公樓設(shè)計(jì)高度。