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案例研究|上海某超高層綠色建筑技術路徑與實證研究
時間：2019-08-30 21:18:50 作者：王勛 來源：網絡 閱讀：4932內容摘要：超高層建筑運用綠色節能技術有一定難度。基于《綠色超高層技術評價細則》對綠色建筑三星認證的要求，針對上海市某超高層建筑采用的綠色節能新技術...摘要
超高層建筑運用綠色節能技術有一定難度。基于《綠色超高層技術評價細則》對綠色建筑三星認證的要求，針對上海市某超高層建筑采用的綠色節能新技術，從節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量和運營管理等6大指標體系方面進行分析和評價。這些對超高層綠色建筑的設計和運營具有一定參考價值。
關鍵詞
超高層綠色建筑；綠色建筑三星認證；節能技術
與普通建筑相比，超高層建筑的能源消耗、資源消耗、運營管理成本都相對較高。因此，超高層建筑采用綠色節能技術并將綠色建筑的理念貫徹于建筑全生命周期，具有十分重要的意義。本文以上海地區某棟代表性的超高層建筑為例，對其采用的技術措施進行歸納梳理，明確超高層綠色建筑實踐過程中的重點和難點，為今后其他超高層綠色建筑設計與運營提供指導。
1、超高層綠色建筑設計特點
(1)建筑高度高。超高層建筑多為城市中的地標建筑，融合當地的文化特色，造型有時較為復雜。其高度高，容積率高，帶來一系列有別于普通建筑的特點：對結構荷載要求高，與綠色建筑中節約材料及造型簡約的理念有比較大的差距，同時又在節地方面有比較好的表現。其高度要求能源及水的輸送管道較長，而垂直距離高則導致能耗高。
(2)混合功能豎向分布。超高層建筑一般并非只具備單一功能，而是經常將辦公、酒店、商業、餐飲進行多功能分層混合設計，而且人員眾多、運行時間不統一，機電系統設計、垂直交通設計復雜多變。
(3)對環境影響較大。一般超高層建筑在其設計區域內會明顯高于周圍建筑，對區域風環境影響很大，大面積玻璃幕墻也會對周圍的行人車輛產生長時間影響，大負荷能源及生活用水需求則對周圍市政供應提出了較高要求。
(4)綠色技術適宜性需要甄別。由于超高層建筑很高，因此玻璃幕墻一般不可開啟，高層部分一般不適宜自然通風，而且場地面積一般較小，塔樓高層進行雨水收集也非常困難。
2、綠色節能技術在超高層項目中的應用
結合以上超高層建筑特點，以具體項目為例，從合理性、經濟性角度出發，對超高層建筑綠色技術應用進行實證研究。本超高層建筑項目位于上海市黃浦區，是一棟商業辦公樓，建筑高度為134.15m，建筑面積為10萬m2，地上共27層，地下4層。裙樓為1棟層高3層的商場，塔樓為寫字樓。本建筑已獲得綠色建筑三星級設計標識。
2.1 綠色技術與設計
本超高層建筑項目采取的綠色技術措施包括節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、節材與材料資源利用、室內外環境質量技術等技術措施。
2.1.1 節地與室外環境
超高層綠色建筑從項目選址、規劃布局、建筑設計、場地利用、交通組織、公共服務設置、景觀綠地設計以及生態修復等工作入手，采用被動式節能優先的設計原則優化設計，能夠為建筑的節能、節水、節材以及后期的運行創造更好的“先天條件”。
在本項目中，裙樓屋面設計了屋頂花園，供使用者作為休憩場所；景觀設計以樹池為主，布置蔓長春、紫薇、金桂等；整體綠化設計以喬、灌、草復層綠化配置；周邊交通便利，步行距離500m內有軌道交通站點；采用多種停車方式，地下3層、4層為車庫，在靠近電梯間周圍，專設新能源車停車位，鼓勵電動汽車使用；此外，在地下1層還設有自行車車位，鼓勵使用非機動車，并提供淋浴更衣設施。經復核，地下建筑面積與建筑占地面積之比遠超常規建筑指標，可見本項目在節地方面貢獻較大。本項目采取的節地與室外環境技術措施見表1。
表 1 節地與室外環境技術措施
2.1.2 節能與能源利用
在采用同種用能設備的情況下，超高層建筑的能源資源消耗與普通建筑相比要高得多。因此，采用先進的科學節能設計及規范的能源利用模式，才能更有效地體現綠色建筑的理念。
在本項目中，空調系統冷熱源分別采用變頻離心冷水機組和燃氣真空熱水鍋爐，輸配系統采用低區(B2～15層)一次泵變流量系統，高區(16～27層)采用變流量二次泵系統。過渡季節部分區域采用冷卻塔免費供冷，夏季利用冷卻塔回水預熱生活熱水，并采用排風熱回收技術。室內照明燈具全部采用節能燈，走廊、樓道等公共區域采用LED節能燈，辦公區域的照明采用就地設置照明開關控制，公共區域及汽車庫照明采用樓宇自動化系統集中控制。
以太陽能作為可再生能源，設置了太陽能光伏發電和太陽能熱水系統，B3層、B4層后勤區淋浴用熱水采用太陽能系統(電加熱輔助)供應熱水，公共空間照明供電全部由太陽能光伏系統承擔。本項目太陽能熱水系統技術參數見表2，太陽能光伏系統技術參數見表3。
表 2 太陽能熱水系統技術參數
表 3 太陽能光伏系統技術參數
2.1.3 節水與水資源利用
超高層綠色建筑通過采用低影響開發、高效節水措施、非傳統水源利用等措施，能夠營造舒適、健康、低碳、環保的工作和生活環境。
在本項目中，綠化澆灑采用滴灌系統，系統控制程序結合季節變化、植物種類、地形、光照、風向等因素，在保證植物正常生長下提供最少量的水；建筑物內污、廢分流，紅線內雨、污分流；收集塔樓、裙房及地下室的優質雜排水至B4層中水回收機房，經處理后供給12層以下辦公沖廁、室外景觀以及綠化等用水，系統處理規模為120m3/d，并配置嚴格的消毒以及防止誤飲誤用的措施；所有衛生器具均采用節水型器具。節水與水資源利用技術措施見表4。
表 4 節水與水資源利用技術措施
2.1.4 節材與材料資源利用
超高層建筑的建筑材料消耗量十分巨大，因此在節材與材料資源利用方面應主要關注廢棄物的循環再利用及輕質建筑材料的應用。
本項目建筑結構體系的設計充分考慮了對建筑結構自重的控制：采用輕質混凝土砌塊墻，建筑辦公區域隔斷形式采用輕鋼龍骨石膏板。辦公層樓面采用網絡地板；建筑塔樓采用鋼筋混凝土框架—核心筒結構，并與裙房連為一體；建材全部使用預拌砂漿和混凝土。經復核，本項目高強度鋼筋(HRB400)使用率達90.00%，可循環材料使用率達13.17%。本項目節材與材料資源利用技術措施見表5。
表 5 節材與材料資源利用技術措施
2.1.5 室內環境質量技術
良好的室內環境質量的營造除了受室外自然環境影響之外，還需要依靠供暖空調、照明設備系統的支持，因此需要消耗大量的能源。如何兩者兼顧，是超高層綠色建筑的重要課題。
本項目建筑外立面為玻璃幕墻結構，各外立面設置外遮陽系統，降低了日射得熱，對窗口眩光具有一定程度的改善。地下空間采用天窗采光，并在一定區域設置導光管，改善地下一層采光環境。變風量系統回風管里安裝CO2探測器，根據探測到的CO2濃度調節各區域的新風量：當CO2濃度超過規定值時，采用增加排風機的臺數再加變頻控制的辦法，以增加新風量的供應；地下車庫機械通風采用送風機，并設置CO2濃度探測器，根據CO2濃度實時探測情況，控制排風機的啟停。室內環境質量措施見表6。
表 6 室內環境質量技術措施
2.2 綠色施工與運營管理
建筑的運營管理是落實各項綠色技術,獲得環保、經濟、社會、文化效益的階段。建立科學有效的綠色建筑運營管理評價體系有利于可持續發展目標的落實和實現。
本項目實現了建筑智能系統設備監控，監控內容包括空調冷熱源系統、通風空調系統、給排水系統、電梯系統，并對空調系統的全年運行制定優化設計策略，以保證系統的高效運作。
本項目在運行階段的測評分析主要關注室內熱環境、室內聲環境、室內光環境、室內空氣品質等指標。
2.2.1 室內熱環境
室內熱環境檢測包括室內溫度、相對濕度、風速、新風量。室內溫度、相對濕度檢測抽取了餐廳、辦公室、會議室等不同功能房間，進行供冷工況的檢測；新風量檢測抽取了2個新風系統，對風速和新風量進行了檢測。
根據GB50189─2015《公共建筑節能設計標準》相關規定，供冷工況室內溫度標準值為25℃，合理偏差為±1K；室內相對濕度標準值為40%～65%；風速標準值為0.15～0.30m/s；新風量標準值辦公區應≥30m3/(h·P)、商業區應≥20m3/(h·P)。室內熱環境參數檢測結果見表7。
表 7 部分區域室內熱環境參數檢測結果
根據表7的檢測結果判定，室內溫度、相對濕度、風速、新風量實測值均符合GB50189─2015的相關規定。
2.2.2 室內聲環境
室內聲環境檢測對象為室內噪聲值，檢測房間類型主要選取餐廳、辦公室、設備間走廊、商場。根據GB50118─2010《民用建筑隔聲設計規范》的相關規定，餐廳噪聲限值≤55dB(A)；辦公室噪聲限值≤45dB(A)；設備間走廊噪聲限值≤60dB(A)；商場噪聲限值≤55dB(A)。部分區域室內噪聲值檢測結果見表8。
表 8 部分區域室內噪聲值檢測結果
根據表8檢測結果判定，餐廳、辦公室、設備間走廊、商場室內噪聲值均符合GB50118─2010的相關規定。
2.2.3 室內光環境
室內光環境檢測包括室內照度、統一眩光值、一般顯色指數。檢測房間類型選取水泵房、車庫、冷凍機房、變壓器室、鍋爐房、柴油發電機房、大堂、消防控制室、餐廳、辦公室、空調機房、電梯廳、走廊、樓梯、自動扶梯、盥洗室等。
根據DGJ08113─2009《建筑節能工程施工質量驗收規程》的相關規定，實測照度值不應小于設計值的90%；根據GB50034─2013《建筑照明設計標準》的相關規定，實測統一眩光值不應大于設計值，實測一般顯色指數不應小于設計值。室內照度檢測結果見表9，室內光環境檢測結果見表10。
表 9 部分區域室內照度檢測結果
表 10 部分辦公室室內光環境檢測結果
根據檢測結果判定，建筑各功能區域的室內照度、統一眩光值、一般顯色指數均符合DGJ08113─2009和GB50034─2013的相關規定。
2.2.4 室內空氣品質
室內空氣品質檢測包括氨、甲醛、苯、總揮發性有機物(TVOC)、氡。檢測房間的類型主要選取餐廳、辦公室、商場。根據GB50325─2010《民用建筑工程室內環境污染控制規范》相關規定，氨濃度≤0.2mg/m3，甲醛濃度≤0.1mg/m3，苯濃度≤0.09mg/m3，總揮發性有機物(TVOC)濃度≤0.6mg/m3，氡濃度≤400Bq/m3。部分區域室內空氣品質檢測結果見表11。
表 11 部分區域室內空氣品質檢測結果
3、超高層綠色建筑關鍵技術與效應
本超高層建筑項目，采用屋頂綠化、太陽能光伏發電、太陽能熱水、綠化滴灌、中水回收利用、可循環材料使用、建筑外遮陽、地下空間自然采光等一系列技術措施，滿足環保、節能、舒適、健康的要求。與普通辦公樓相比，本項目與使用者的需求充分結合，在結構設計、建筑材料、使用壽命中均考慮與建筑技術系統相匹配，使各種綠色低碳技術成為和諧的整體。
由于在超高層項目中節約資源，減少污染物的產生及排放，盡可能利用可回收產品，真正做到了將健康、舒適、環保的辦公環境與綠色低碳的設計理念有機結合，本項目因此還產生了以下3大效應。
(1)社會效應。本項目為推廣綠色低碳的理念起到了積極的示范作用，不僅提高了項目的知名度及美譽度，還提升了服務質量及辦公環境。
(2)環保效應。本項目改善了區域的生態環境，為人們的日常生活和工作提供了舒適、友好、便利的場所，應用的綠色建筑技術指引著區域生態環境的發展方向。
(3)經濟效應。對比普通辦公樓，本項目雖然初期投資有所增加，但節省了長期的運行費用。這樣可以保證其在建筑全生命周期內對資源的消耗保持在最低限度。
4、結 語
超高層綠色建筑在設計初期就應融入可持續建筑的設計理念，并在后期運行階段始終貫徹綠色、環保、節能的指導思路：運用多種技術手段，在節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、運營管理等6大體系方面進行對標，最終實現在建筑全生命周期內的能源、資源的節約利用和建筑的可持續發展。
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