1、西北地区三星级办公建筑运营效果分析 倪欣 刘涛 孙建华 中联西北工程设计研究院有限公司 摘 要： 以西北地区三星级办公建筑为研究对象, 对该项目的设计理念以及绿色技术策略进行介绍, 重点描述适宜于西北地区的绿色建筑技术;对项目进行跟踪调研, 分析其 3 年实际运行能耗, 确定其节能率;同时分析其绿色建筑增量成本和投资回报期, 期望对西北地区的建筑设计提供绿色概念和数据支持。关键词： 绿色建筑; 中庭遮阳; 地源热泵; 建筑能耗; 作者简介：倪欣, 男, 1967 年出生, 教授级高级工程师。作者简介：刘涛, 。收稿日期：2017-09-21OPERATION EFFICIENCY ANALYS
2、IS OF THREE-STAR RATED OFFICE BUILDING IN THE NORTHWEST REGIONNI Xin LIU Tao SUN Jianhua China United Northwest Institute for Engineering Design and Research Co.Ltd (CUCED) ; Abstract： It studied the three-star rated office building in Chinese northwest region and introduced the projects design conc
3、ept and green technology strategy.It emphatically described green building technologies suitable for the northwest region.It had made a tracking survey of the project and analyzed the actual energy consumption of the projects operation for three years to determine the energy saving rate; meanwhile,
4、it had also analyzed the additional cost and return of investment of the green building.It was studied to provide some green concepts and data support for the architectural design made by the designers in the northwest region.Keyword： green building; atrium shade; ground source heat pump; building e
5、nergy consumption; Received： 2017-09-210 引言近年来, 我国绿色建筑行业快速发展, 截至 2015 年 12 月底, 全国已评出 4 071 项绿色建筑标志项目, 总建筑面积达到 4.72 亿 m。获得绿色建筑标志的项目也有不少已陆续竣工并开始运营, 但截至目前为止, 人们关注点仍停留在绿色建筑设计标志阶段, 对绿色建筑施工及运营环节关注较少, 系统研究绿色建筑运营效果更是严重缺失。因此, 绿色建筑的实际运营效果分析研究可对现有绿色建筑技术体系和发展做出科学合理的理论依据, 进而很好地支持绿色建筑适宜性技术研究和各项政策制度的制定。1 项目简介西北地区某
6、办公建筑 (图 1) 位于西安市, 总建筑面积 45 171.64 m。地下 1 层、地上 5 层、局部 9 层, 高度 37.45 m。其中:15 层为办公室、会议室、多功能厅, 项目绿地率为 41%, 透水地面面积比为 46.9%, 地源热泵作为空调冷热源负荷冬季为 100%, 夏季为 60%;光伏发电占总电耗比例为 3.6%, 可再生能源产生的热水比例为 100%, 每年非传统水源利用率为 41.73%, 节能率达 73.09%。图 1 项目实景照片 Fig.1 Picture of the project 下载原图2 主要技术成果在项目研发初期, 设计方克服了当时国内缺乏大型综合性绿色
7、节能建筑的困难, 提出以建筑的体型、构造、遮阳措施改善建筑的物理环境, 利用大地资源作为冬季采暖、夏季制冷的主要能耗来源, 力求最大限度地降低建筑的主要能耗, 并辅助其他节能技术, 如节材、节电、节水、太阳能利用等技术, 来减少建筑对环境的影响。将“节省资源、节约能源、保护环境、以人为本”的生态理念贯穿建筑设计始终, 确定为将项目建设成集绿色、节能、生态、低碳于一体的科技示范建筑, 共采用 19 项绿色技术 (图 2) 。2.1 总体布局与体型系数项目整体规划采用南北方向布置, 尽量简化形体, 达到采光、通风良好性的最大化, 并且将建筑的体型系数控制在 0.19, 为建筑节能提供了有利的先决条
8、件 (图 3) 。2.2 低能耗围护结构外墙:东西向玻璃丝棉保温板 120 mm 厚;南北向为 100 mm 厚。此种方式的外保温系统的传热系数分别为 0.33 W/ (mK) 和 0.35 W/ (mK) 。图 2 项目绿色低碳技术策略 Fig.2 Green and low carbon technology strategy of the project 下载原图1太阳能光电光热系统;2屋面雨水收集系统;3三种复合型屋面保温体系;4双层呼吸式幕墙系统;5屋顶电动遮阳膜系统;6四种外墙外保温体系;7竖立固定式遮阳系统;8通风雨幕外墙系统;9绿化种植屋面系统;10LED 照明系统;11单层玻
9、璃幕墙和电动机翼遮阳;12生态水景;13接市政中水管网;14吊顶式冷梁技术;15地源热泵机组;16雨水存储装置;17地下车库;18地下换热循环系统;19地埋管;20给水泵。图 3 项目风环境、光环境模拟分析结果 Fig.3 The result of simulation analysis of wind environment and light environment of the project 下载原图a光环境模拟分析;b外部风环境模拟分析;c内部风环境模拟分析。屋面:分别采用了传热系数仅为 0.27 W/ (mK) 的 XPS 倒置式屋面保温体系和0.21 W/ (mK) 种植屋面保
10、温体系。外窗:窗户的能耗占整个建筑使用能耗的 40%50%。因项目在有外遮阳体系部分采用了传热系数不大于 2.0 W/ (mK) 的断热铝合金 LOW-E 中空玻璃窗, 辐射较高的东西向外窗采用了配合遮阳卷帘的传热系数不大于 1.4 W/ (mK) 的双层窗系统。2.3 幕墙系统呼吸式幕墙:玻璃幕墙系统采用了被誉为“绿色幕墙”的传热系数超低的呼吸式幕墙体系, 它比传统的幕墙采暖时节约能源 42%52%, 制冷时节约能源 38%60%, 隔音性能可以达到 55 d B。通风雨幕外墙:建筑外墙面采用了通风雨幕外墙系统, 其主要原材料为天然陶土, 一次污染小, 同时全生命周期长, 可以回收利用。建筑
11、采用的 500 mm1 200 mm30 mm 的大规格陶板为国内首次采用。2.4 有效、多样的遮阳系统根据建筑的朝向不同采用了不同形式的遮阳系统, 分别为金属机翼遮阳系统、固定遮阴系统、固定遮阳系统、电动遮阳膜系统 (图 4) 。金属机翼遮阳系统设计在建筑的南向, 可根据太阳高度自动调节百叶的角度, 阻挡多余光线的照射, 降低建筑室内的辐射热。固定遮阳系统用于东西立面的日照强度较大的情况下, 多以实墙面来减少太阳辐射强度, 在有开窗的位置则采用了固定遮阳系统。电动遮阳膜系统是通过对建筑围合的两个中庭空间的空气对流、通风的设计来有效改善环境温度, 降低能耗, 同时电动遮阳膜系统可以根据太阳辐射
12、的强弱及温度变化自动进行图案变化, 不仅形成了光与影的相互交替, 更可有效地减少太阳辐射热, 降低建筑能耗。该系统被称为“会表演的电动遮阳膜”, 是国内领先的创新设计, 该系统的开启方式与控制为国内首创, 已经获得 2 项国家专利认证。图 4 项目综合遮阳系统 Fig.4 Integrated shading system of the project 下载原图2.5 高效、节能、健康的空调系统科技资源中心工程作为西北地区首次使用技术先进的“土壤源热泵+高温水制冷系统”, 其节能效率优于常规空调 45%以上。由于地域和气候的差异, 建筑功能的不同, 在该技术的运用上也因地制宜地进行了适当的创新
13、和发展。由于西安地区夏季累计负荷大于冬季负荷的现实情况, 为保证地下换热器的热平衡, 选用了土壤源热泵复合式系统。在冬季, 根据计算负荷, 选用 2 台土壤源热泵机组承担全部的负荷, 空调末端的供回水温度分别为 38, 45;在夏季, 采用 2 台土壤源热泵机组和 1 台常规冷水机组共同承担负荷, 空调末端的供回水温度分别为 15, 19。项目组根据该地区地下土壤温度常年为 14的地域特征, 以及土壤源热泵系统从地下完成能量交换后温度略大于 14的工况条件, 选用了“高温水制冷”的吊顶式诱导冷梁技术。该系统的采用, 可让土壤源端的转换水直接进入诱导冷梁工作, 有效解决通常在过渡季节里压缩机仍需
14、工作耗能的做法, 从而使能耗大幅降低。此外, 吊顶式诱导冷梁技术还具有以下诸多优点:在干工况下运行, 无冷凝水产生, 不会形成细菌的滋生和冷凝水的二次污染, 大大提高了室内空气的品质;辐射方式供冷供热, 室内温度均匀分布, 热舒适性好;具有较小的热惯性, 在系统关闭或停电等状态下的较长时间内温度都不会升高 (夏季) 或降低 (冬季) 。该技术是本项目通过实践得出的节能效果最好、最具推广意义的技术。2.6 雨污水回用系统项目自建雨水回收系统, 同时接入市政中水管网作为补充, 提供景观补水、绿化灌溉、道路浇撒、洗车及地下车库冲洗等, 其非传统水源利用率可达41.73%。2.7 绿色建材项目主要使用
15、了轻集料小型混凝土空心砌块、再生混凝土、掺合料混凝土等“绿色建筑材料”。在现场施工中, 则采用了多种合理利用建筑废料的方法, 如:方木接长再利用过程、废旧多层板再利用方法、钢筋下脚料的再利用。2.8 太阳能技术与 LED 照明系统建筑屋面分别安装了 400 m 的多晶硅太阳能光电板和 300 m 的太阳能联箱式集热器, 来实现整个建筑的热水供应以及部分公共照明的自给自足。照明系统均采用节能效果更优异的大功率 LED 灯具。2.9 生态绿化生态绿化作为营造高效低耗、健康舒适的建筑环境的重要手段, 在项目中得到了广泛的应用:景观绿化广场、建筑内庭及生态绿化空间、屋顶花园、下沉式花园等。2.1 0
16、建筑智能管理系统项目集成了建筑设备智能控制系统、智能照明系统、一卡通系统等, 以最大限度地整合、提高各节能环节的工作效率。3 节能效果3.1 项目逐月耗电量统计在设计阶段, 采用 e Quest 建模及模拟计算方式对项目进行能耗模拟, 得出“公共建筑节能规范模型能耗”以及“项目设计阶段模拟能耗”, 前者指在项目模型基础上, 未采用绿建技术的全年总能耗, 后者指在项目模型基础上, 采用 19 项绿建技术后的全年总能耗。在项目运行阶段通过实际用电量统计得到其在 20132015 年间的实际运行能耗, 各阶段逐月耗电量见表 1。表 1 项目设计模拟阶段及近三年逐月耗电量汇总 Table 1 The
17、project design simulation phase and the monthly energy consumption summary for nearly three years 下载原表 该项目 2012 年 9 月正式运行, 主要功能为办公及大型会议。整个 2013 年的平均入住率约 80%, 2014 年约 90%, 2015 年为 100%。3.2 西安市大型办公建筑能耗现状为了得到本项目与西安市普通大型办公建筑的能耗区别, 在西安市找了 11 家2006 年后、与本项目功能类似的、按照相同节能设计标准 GB501892005公共建筑节能设计标准设计建造的办公楼进行了能
18、耗调研, 数据采集为 2015 年, 得出的建筑总能耗以及单位面积能耗详见表 2。表 2 西安市大型办公建筑能耗统计 Table 2 Energy consumption statistics for large office buildings in Xian 下载原表 通过对以上 11 家办公建筑单位面积能耗进行平均, 得到按照 GB 501892005设计的西安市普通大型公共建筑单位面积能耗约为 94.39 k Wh/ (ma) 。3.3 项目节能率计算以 2015 年项目年总耗电量作为项目实际耗电量, 单位面积能耗为 44.31 k Wh/ (ma) 。纵向比较, 模拟阶段未采用绿建技
19、术, 单位面积能耗为 71.11 k Wh/ (ma) , 项目节能率为:100%- (实际建筑能耗/模拟基准建筑能耗) 100%, 即 37.69%。横向比较, 笔者认为西安市普通大型办公建筑能耗为94.39 k Wh/ (ma) , 项目节能率为:100%- (项目实际建筑能耗/同类项目建筑能耗) 100%, 即 53.06%。4 该项目成本增量及投资回收期分析在对本项目进行绿色建筑申报过程中, 按照绿色建筑评价标准对项目的成本增量进行了详细的核算, 最终得出本项目绿色建筑成本增量为 3 024.64 万元, 工程总投资 39 620.01 万元, 项目建筑面积 45 173.64 m,
20、单位面积增重成本为 669.6 元/m, 绿色建筑可节约运行费用 148.317 8 万元/a (表 3) 。相对于项目所在地同类型建筑能耗, 项目 20132015 年平均节省 285.144 5 万元, 项目绿色建筑成本增量为 3 024.64 万元, 本项目投资回收期为 10.6 年, 目前我国公共建筑设计使用年限为 50 年, 而且随着全球能源危机的不断加剧, 仅按照当前电价计算, 本项目在全寿命周期内能够节约运行费用约 1.43 亿元, 节能效果显著。表 3 项目成本增量计算 Table 3 Project cost increment 下载原表 5 结束语项目整体按绿色建筑三星级标
21、准设计, 提出的适宜于西北地区的绿色建筑设计策略如低能耗围护结构、呼吸式幕墙、综合遮阳系统、地源热泵+高温水末端、太阳能技术以及 LED 照明系统等, 可以有效地降低建筑能耗。通过运行实测, 项目单位面积能耗仅为 44.31 k Wh/ (ma) , 通过纵向、横向比较, 结果均大幅度优于同类型建筑。年平均节省 285.144 5 万元, 1 0.6 年就可收回成本, 节能效果显著。项目的建成, 对西北地区同类型建筑设计具有很强的指导意义, 为推进西北地区绿色建筑发展提供技术参考和数据支持, 实现低成本可复制绿色建筑的主题, 具有普遍的推广价值和意义。参考文献1中华人民共和国建设部.绿色建筑评价标准:GB/T 503782006M.北京:中国建筑工业出版社, 2006. 2宋凌, 张川, 李宏军.2015 年全国绿色建筑评价标识统计报告J.建设科技, 2016 (10) :12-15. 3王有为.中国绿色建筑发展动向研究J.施工技术, 2013, 42 (11) :5-7. 4王陈栋, 徐小伟.绿色办公建筑运营效果评价分析:以中国海油大厦为例J.动感:生态城市与绿色建筑, 2014 (1) :62-68.
