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谈示范建筑绿色建筑评价节能设计

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[摘要]随着能源与资源的紧缺,可持续发展成为当今社会的主旋律,建筑节能的绿色建筑发展也逐渐登上历史的舞台。本文结合绿色建筑理念,对某示范建筑的绿色建筑设计进行分析,对其中的暖通和给排水专业的绿色节能技术进行了分析和总结。该建筑利用有组织的自然通风、太阳能热利用、地源热泵空调系统等技术手段,旨在充分利用可再生能源,达到降低建筑能耗指标,构建一种健康、舒适、节能、绿色建筑环境的目的。可供同类型项目设计人员参考,在类似建设项目中推广绿色建筑理念,更好地利用相关绿色节能技术。
 
[关键词]绿色建筑;公共建筑;暖通空调;节能;可再生能源
 
绿色建筑主要指在全寿命期内,节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。建筑节能在定义上有广义与侠义之分。在我国,所谓的建筑节能主要目的是在于,提高建筑中的能源利用率,从而达到减少能耗的效果[1]。当今“绿色”与“可持续”已经成为建筑行业发展的共识,绿色建筑不仅指建筑本身的绿化,更是一种对建筑环境进行全面系统设计的新型环保理念[2]。建筑能耗一直在能源消耗中占据非常高的比重,其中暖通空调系统耗能占建筑能耗比重最大,是建筑能耗的最大组成部分[3],故而暖通空调的节能规划设计显得尤为重要。中国水资源缺乏,因此水资源节约和利用也是给排水专业规划设计重点之一。如何做好暖通空调和给排水等方面的绿色建筑节能技术,是每一个建设项目设计人员都应该认真考虑的事情。下面以一个公共建筑项目为例,对暖通和给排水等相关绿色节能技术的设计进行分析和总结。
 
1项目概况
 
本项目位于甘肃省兰州市城关区黄河北岸中心滩西侧,主要由国际会议中心、国际办公、实验研发、国际太阳能技术培训服务四类功能组成,总建筑面积为13977m2,其中地下1579m2,地上12398m2,建筑基底面积为3355m2,容积率为0.52。该项目综合集成了被动式太阳能建筑、光伏、光热、水源热泵、LED绿色照明等7项太阳能等可再生能源新技术。建筑实景,如图1所示。该项目获得了全国绿色建筑创新奖二等奖,教育部优秀建筑工程设计三等奖,以及绿色建筑二星级运行标识,是目前国内外可再生能源技术与建筑结合的典范,受到国内外同行的关注和学习,也为今后太阳能建筑一体化及绿色建筑的推广起到了积极的示范引领作用。
 
2绿色建筑评价节能设计分析
 
《绿色建筑评价标准》为贯彻落实绿色发展理念,推进绿色建筑高质量发展,节约资源,保护环境,满足人民日益增长的美好生活需要而制定[4]。绿色建筑评价指标体系中的内容包括节地、节能、节水、节材等。下面以该示范建筑的绿色建筑评价相关的一些绿色节能技术设计情况进行说明。
 
2.1节地与室外环境
 
该示范建筑选址坐北朝南,自然采光和通风条件优越,周围无任何遮挡物。采用了屋顶绿化和垂直绿化,以及透水地面(嵌草砖)设计。屋顶可绿化面积为420m2。屋顶绿化面积占屋顶可绿化面积的100%。室外地面面积为7731.77m2,室外透水地面面积为3323m2。室外透水地面面积比为43%。透水地面设计可增加雨水入渗,减少雨水径流量,涵养地下水。地下建筑面积与建筑占地面积之比为11.3%。
 
2.2节能与能源利用
 
该示范建筑的节能与可再生能源利用选用的绿色节能技术设计包括:直接受益式太阳能采暖系统、光伏建筑一体化、太阳能热水系统加空气源热泵辅助、地下水源热泵供热空调系统、太阳能钟等。(1)综合建筑等其他专业设计改善建筑的热工性能,从而降低采暖空调负荷实现节能。如:建筑南向通过大面积高性能玻璃形成直接受益式太阳能采暖系统,充分地利用太阳能资源和水平南侧遮阳,如图2所示。采用百叶式的可调节外遮阳方式,加强外围护结构的保温隔热措施,选用断桥隔热窗等。(2)光伏建筑—体化(即BIPVBuildingIntegrat-edPV,PV即Photovoltaic)。该示范建筑将屋顶做成一个大的试验台和展示台。可分为:光伏方阵与建筑的结合(屋顶安装光伏电站,如图3所示),光伏方阵与建筑的集成(透光屋顶,如图4所示)。总装机容量111.44kW,年发电量可达13.45万kW•h。每年可节约标准煤约53.77t,减排二氧化碳134.01t。该系统采用并、离网发电相结合的供电方式,可基本满足建筑内办公、科研、培训教学等日常用电需求。可见屋面光伏矩阵的架设不仅能起到节能减排的作用,也可作为建筑构件发挥其本身的构件属性,为建筑提供有效的增益[5]。太阳能热水系统技术是较成熟的可再生能源技术。本项目屋顶安装的太阳能热水系统(空气源热泵辅助),采用直径70mm、长度1800mm的热管式真空管,总装机1080支,总集热面积为182.2m2,效率>50%,太阳能系统保证率>58%。每天提供约50℃热水16m3,每年可节约标准煤约25t,减排二氧化碳约62t。(4)热泵技术是使用可再生的低品位热源,从而获得高位品位的热源,能减少能源的消耗,并减少污染物排放等。热泵技术分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵等。我国地热能资源丰富,且存在着许多技术优势,因此热泵技术在暖通行业中也越来越受重视。浅层地热能的利用,主要方式是以浅层地热能用作冷热源,形成地源热泵。换热方式可分为,地下水换热,地表水换热和埋管式换热。该示范建筑采用地下水源热泵系统。地源热泵又被称为中央空调,采用冬季供热、夏季制冷的一种空调系统。其使用地球储藏的太阳能作为冷热源,实现能源转换。地源热泵无污染,并且更加节能环保。采暖制冷面积13977m2,热泵的COP(值)>4.3。该示范建筑的可再生能源示范应用部分,每年可节约标准煤约78.77t,减排二氧化碳196.01t。2010年投入使用至今,累计可节约标准煤约787.7t,减排二氧化碳1960.1t,其中不包括被动式太阳能建筑及采用LED光源的减排量。建议在设计过程中,要有详尽的地质勘探资料,合理地利用资料,因地制宜,注意在过程中保护资源不受污染。
 
2.3节水与水资源利用
 
该示范建筑的节水与水资源利用选用的绿色节能技术设计包括:非传统水源利用、节水灌溉(喷灌式)技术、用水分项计量等。设计下沉式50m3钢筋混凝土雨水收集池,采用雨水集流光伏提水工程,用于院内外周围绿化灌溉用水;建筑内的卫生器具合理选用节水器具,能达到很好的节水效果。大楼内各功能区分功能计量,好的分析计量设置可以有效较少使用浪费,及时发现管道漏损,减少运维人力资源。屋顶绿化和中心院内绿化,全部采用了喷灌式灌溉技术。
 
2.4节材与材料资源利用
 
建筑用材需实现环保、节能、无污染。示范建筑主体工程混凝土全部采用预拌混凝土。可再循环材料使用重量占所有建筑材料总重量比例的计算量为14.27%;装饰性构件造价占工程总造价比例为3.16‰;运距500km以内的钢材使用比例为总用钢量的70.48%。
 
2.5室内环境
 
在适宜的气候条件和自然条件下,通过保温隔热和气密性更好的围护结构等节能技术,最大限度地降低建筑供热采暖及空调通风的需求,并充分利用可再生能源,以更少的能源消耗达到建筑室内环境的舒适性[6]。(1)该示范建筑四周无任何遮挡物,日照条件充足,南向办公室满足满窗采光要求;夜景照明未采用亮度过高的泛光照明及轮廓光照明。外墙玻璃幕墙玻璃采用光反射比小于0.3的材料,不对周边环境造成光污染。(2)该示范建筑办公区域设计光伏透光屋顶,北向采光窗及地下室采光井,内楼梯采光窗等技术措施,保证了一层办公大厅及地下空间及功能区的自然采光效果。会议中心采用外廊式环形走廊直接对外采光设计,实现人员沿廊远目眺望外景的目的。(3)建筑设计和构造设计有促进自然通风的措施,小进深平面布局结合内院与“生态中庭”形成“抜风井”,最大限度利用风压与热压实现建筑的自然通风,并极大提高了获得直接自然采光的房间比例。(4)采用中央空调系统,房间内的温度、湿度、风速等参数符合现行国家标准要求。同时设置了可调节的空调末端,可提高人员舒适性。(5)会议中心和集中办公场所采用全新风系统,设置通风换气装置,保证了空气质量。
2.6运营管理
 
(1)制定分类收集和处理废弃物管理等系统物业管理制度,防止收集和处理过程中无二次污染;(2)利用弱电控制强电技术,使智能化系统、安防监控系统、综合布线系统与计算机网络运行正常,保证综合楼运行系统的正常工作及安全保卫工作的开展;(3)物业管理部门与专业厂家签订维护、保养合同,定期对水源热泵机组、电梯等设备进行保养、维护,避免事故发生;(4)物业管理部门与专业能源回收公司签订协议,保证餐饮垃圾回收利用;(5)综合楼办公区域与培训接待区域实行分类计量,使大楼内用水、用电、用气,供暖分类计量,使节能、节水、节电等资源节约常态化,建立了绿化管理制度;(6)采取餐厅废水隔油池和屋顶废气排烟风道措施,保证餐厅废水、废气处理达标排放。
 
3结语
 
(1)建筑设计建议尽早进行绿色规划设计,提前做好规划才能确保绿色技术与建筑实施效果有机地结合起来;(2)最大限度地利用自然条件实现建筑的采光与通风,加强自然通风组织措施改善室内环境,从而降低运行能耗需要。不仅对于建筑的节能具有重要价值,同时也可以有效提高建筑使用者的健康水平与工作效率,减少建筑综合症的发生与危害,是绿色建筑设计的重要方面;(3)太阳能是一种可再生的清洁能源,可因地制宜,通过合理利用使建筑达到“冬暖夏凉”的效果。绿色建筑设计及评价,应根据当地气候和自然资源条件,充分利用太阳能、地热能等可再生能源。
 
参考文献
 
[1]安瑞楠,刘兆勇.绿色公共建筑项目中暖通空调节能设计浅析[J].制冷与空调(四川),2014,28(6):668-671.
 
[2]尹鹏,李德英,张思健.暖通空调系统在绿色建筑中的设计与应用[J].建筑节能,2018,46(4):74-77.
 
[3]江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点[J].建设科技,2006,(7):10-13.
 
[4]GB/T50378-2019,绿色建筑评价标准[S].
 
[5]薛一冰,汤兵.寒冷(A)区光伏建筑一体化设计与能耗影响分析[J].建筑节能,2019,47(9):84-88.
 
[6]刘蕾,李雷立.地域差异背景下被动式节能技术分析[J].建筑节能,2019,47(9)21.
 

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