陳中宏 刁子坤 雋杰龍 尤鴻飛

(江蘇美城建筑規(guī)劃設計院有限公司，江蘇 淮安 223005)

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夏熱冬冷地區(qū)中庭式辦公樓的綠色設計實踐★

陳中宏 刁子坤 雋杰龍 尤鴻飛

(江蘇美城建筑規(guī)劃設計院有限公司，江蘇 淮安 223005)

結合工程實例，基于綠色建筑評價標準，探討了夏熱冬冷地區(qū)中庭式辦公樓的綠色設計策略，并闡述了主要綠色建筑技術措施，有利于實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。

辦公樓，綠色建筑，節(jié)能，可持續(xù)發(fā)展

0 引言

自2006年我國推出《綠色建筑評價標準》，國內的綠色建筑迅猛發(fā)展，截至2015年1月，我國綠色建筑標識項目數(shù)量達2 538項，其中設計標識2 379項[1]。目前在公共建筑中辦公樓建筑占較大比例，其各種電器能耗、供暖能耗、照明能耗及用水量等均遠高于住宅[2]。夏熱冬冷地區(qū)復雜的氣候特點，使得建筑對夏季隔熱和冬季保溫有較高的要求，平衡節(jié)能與投資關系面臨著很多挑戰(zhàn)。綠色中庭其功能和內涵較為豐富，冬季時中庭為一個暖房，有保溫作用；夏季時，中庭頂部的遮陽板遮擋直射陽光，天窗自然通風使中庭成為一個巨大涼棚。因此中庭有助于綠色建筑節(jié)能設計，有助于推動綠色生態(tài)辦公環(huán)境的營造。

1 項目概況

本項目位于江蘇省淮安市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)科技路10號，總占地面積為20 204 m2，規(guī)劃總建筑面積為41 200 m2，綠地率50%，項目場地內結合道路設置地面生態(tài)停車，機動車停放216輛，非機動車停放445輛。辦公樓建筑面積16 727 m2，為二類高層建筑，共8層，其中1層～3層為辦公，4層為報告廳和員工餐廳，5層～7層為辦公及公寓式辦公，8層為員工休息室及設備用房(見圖1)，辦公樓位于地塊的南側，退讓科技路20 m，留出一個大型廣場，美化環(huán)境同時降低噪聲對辦公樓的干擾，辦公樓北側集中綠化，設有籃球場、足球場以及健身場地供工作人員散步休閑活動，為員工打造一個健康自由的辦公環(huán)境。

2 基于綠色辦公的中庭設計策略

2.1 綠色中庭總體策略

綠色辦公應利用建筑與自然環(huán)境和諧共生的建筑設計手段，保護環(huán)境，避免資源浪費，提供一個健康、環(huán)保和高效的建筑空間[2]。夏熱冬冷地區(qū)的建筑需要做到兩點：夏季隔熱和通風，冬季采暖。為使大進深的辦公樓的采光和樓內均衡熱工性能，核心式中庭更為適合。本項目樓內以核心式中庭組織空間，以中庭內折線懸挑樓梯串聯(lián)一、二、三層空間，水平交通與垂直交通互為呼應，中庭內擁有較大的空間，其中的綠化、小品、水景等室內景觀與門廳綠植墻、入口水景聯(lián)成一體，相融共生，形成了微型的生態(tài)環(huán)境。植物、水景和陽光的共同作用，形成了一個建筑內微氣候，再通過溫室效應和煙囪效應調節(jié)到人體舒適的氣候，如此獲得一個低能耗的綠色中庭。中庭辦公建筑合理的綠色設計，可降低中庭能耗，發(fā)揮中庭在采光、通風和采暖上的優(yōu)勢，為整體建筑節(jié)能服務[3]。

2.2 中庭的被動建筑設計

印度建筑大師查爾斯·柯里亞說過：“形式追隨氣候”，即通過建筑本身的規(guī)劃布局、體型設計、方向朝向、材料選擇等手段來適應當?shù)貧夂驐l件，也就是現(xiàn)代的被動式建筑設計，即在不依賴常規(guī)能源消耗的前提下創(chuàng)造出舒適的辦公環(huán)境[4,5]。建筑師可利用太陽光線照明，冬季補充建筑熱能，夏季時利用自然通風與水分蒸發(fā)降溫，充分利用雨水、植物，減少人工環(huán)境對自然的污染和破壞。夏熱冬冷地區(qū)，空氣濕度較大，促進室內通風有助于控制空氣濕度，但風速需要控制，有研究顯示室內風速在0.3 m/s～1 m/s最佳[6]。因此冬冷夏熱地區(qū)被動建筑設計主要有以下手段：自然通風、自然采光、建筑遮陽、地泵熱源、建筑隔熱、生態(tài)綠化、雨水收集等。

3 主要綠色建筑技術措施

項目結合了夏熱冬冷地區(qū)氣候和建筑耗能特點，基于“四節(jié)一環(huán)保”的各項指標的分析，采用“被動設計為主，主動設計為輔”的綠色設計的技術路線，利用計算機軟件模擬優(yōu)化分析，發(fā)揮建筑自身調節(jié)能力，從而達到低成本、綠色可持續(xù)發(fā)展的目標。研究組收集了淮安本地氣候特點，利用該地區(qū)已有成熟綠色建筑技術，最終采用了低能耗圍護結構、遮陽系統(tǒng)、節(jié)水與水資源回收利用，自然通風與天然采光、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術及其他主要技術措施等技術亮點。

3.1 低能耗圍護結構

3.1.1 屋頂構造

基于綠色生態(tài)式辦公建筑理念，屋頂采用花園種植屋面使得屋頂保持著穩(wěn)定的熱工性能。綜合樓屋頂采用導熱系數(shù)為0.47 W/(m·K)的輕質混合種植土和導熱系數(shù)為0.07 W/(m·K)的120 mm厚泡沫混凝土進行隔熱保溫處理，種植屋面(如圖2所示)總的傳熱系數(shù)為0.53 W/(m·K)，熱惰性指標為7.08，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤0.6 W/(m2·K)”的相應指標。

3.1.2 墻體和外窗

外墻采用220厚導熱系數(shù)為0.13 W/(m·K)的自保溫蒸壓砂加氣混凝土砌塊進行保溫處理，整個外墻的傳熱系數(shù)為0.69 W/(m·K)，熱惰性指標為4.93，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤0.8 W/(m2·K)”的要求。外圍護玻璃窗和中庭頂部均采用傳熱系數(shù)為2.40 W/(m·K)、遮陽系數(shù)為0.5的斷橋鋁合金Low-E6+12A+6中空玻璃，使用Low-E玻璃是冬冷夏熱地區(qū)最有效的設計策略，可降低夏季太陽輻射，減弱冬季室內外的熱傳遞[7，8]。

3.2 遮陽系統(tǒng)

3.2.1 陶土板構件遮陽與攀爬植物網(wǎng)遮陽

陶土板是以天然紫砂泥為原材料，經(jīng)過高壓擠出成型，低溫干燥并經(jīng)過高溫燒制而成，顏色豐富，有較好自潔性[9]。選用灰色調的陶土板與攀爬植物網(wǎng)交錯排布在辦公樓2層和3層之東、南、西向陽臺(見圖3)，與整體外立面材質的芝麻白色液態(tài)花崗巖、芝麻白石材干掛交相輝映。陶土板構件與攀爬植物網(wǎng)可有效阻擋部分陽光直射進室內，防止室內眩光現(xiàn)象，降低夏季空調能耗，豐富建筑立面，塑造了鮮活的外立面風景。

3.2.2 幕布遮陽與玻璃幕墻遮陽

冬冷夏熱地區(qū)中庭遮陽系統(tǒng)既要考慮夏季遮陽又要考慮冬季采暖，除了采用Low-E遮陽還設置可自動伸縮的內遮陽幕布。自動伸縮遮陽幕布根據(jù)室內中庭的溫度感應器自動調節(jié)。建筑外窗采用斷橋鋁合金中空玻璃窗，東向為Low-E6+12A+6, 傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽系數(shù)SC=0.32，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。南向為Low-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽系數(shù)SC=0.34，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.5，SC≤0.35/-”的要求。西向為Low-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽系數(shù)SC=0.25，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。北向為Low-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽系數(shù)SC=0.45，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設計標準中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.5，SC≤0.5/-”的要求。

3.3 節(jié)水與水資源利用

3.3.1 節(jié)水措施

該項目的衛(wèi)生器具均采用優(yōu)質節(jié)水、節(jié)能產(chǎn)品，均滿足CJ 164節(jié)水型生活用水器具及GB 18870節(jié)水型產(chǎn)品技術條件與管理通則的要求。設計組合理選擇相應的管材與相應配件，所有的閥門均選用高性能、零泄漏閥門。設計組對屋面和綠地的雨水進行收集設計，經(jīng)物化處理后用于綠化噴灌、道路清洗等。臺式及墻掛式洗手盆均采用了自閉式水嘴，節(jié)水率達40%；小便器采用了感應式?jīng)_洗閥，節(jié)水率達40%；座便器采用了自閉式?jīng)_水閥，一次沖水量不大于6 L，節(jié)水率達50%。

3.3.2 雨水回收利用

項目采用雨水收集回收利用系統(tǒng)，通過雨水收集管網(wǎng)收集部分道路雨水、屋面雨水、綠地雨水等，收集面積約為6 900 m2，淮安地區(qū)年平均降雨量約為1 066 mm，每年收集雨水量約為2 981.5 m3，收集池體積為50 t，溢流部分雨水經(jīng)雨水管網(wǎng)排至市政管網(wǎng)。項目年雨水利用總量約為2 164.27 m3，可滿足綠化、道路及廣場用水。水源在儲存、輸配等過程中，回收系統(tǒng)應有足夠的消毒殺菌能力和安全防護及監(jiān)測控制措施，避免水質污染。本項目的雨水收集處理工藝流程為：雨水→雨水收集管網(wǎng)→初期雨水棄流→雨水存儲處理→過濾器→在線消毒器→回用于綠化噴灌、道路清洗等。

3.4 自然通風與天然采光

辦公樓外窗均能滿足辦公空間內的自然通風和采光要求，東向、南向、西向、北向的窗墻比分別為0.39，0.62，0.47，0.53，滿足夏熱冬冷地區(qū)平均窗墻比各方向的標準。外窗除固定窗外均為下懸窗，外窗可開啟部分面積不小于外窗總面積的30%，窗的氣密性不低于GB/T 7106—2008建筑外窗氣密性能分級及檢測規(guī)定的6級。

3.4.1 自然通風

項目地處亞熱帶濕潤季風氣候地區(qū)，根據(jù)GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范及《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》氣象參數(shù)和CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件模擬風環(huán)境，設置夏季主導風向為東南風，平均風速為2.9 m/s，冬季主導風向為東北風，主導風向平均風速為3.2 m/s，過渡季節(jié)為東風，主導風向平均風速為2.42 m/s，對夏、冬季節(jié)工況進行風環(huán)境模擬分析。

根據(jù)軟件模擬結果表明：夏季室內人行高度處平均風速為0.65 m/s，冬季平均風速為0.4 m/s，局部區(qū)域風速偏小，風速小于0.15 m/s，不影響人員室內活動。由于建筑表面壓差較大，建筑立面組合開啟比較充分，室內通風順暢，室內主要辦公室內夏季空氣齡均小于1 000 s、冬季空氣齡均小于1 500 s，即通風換氣次數(shù)夏季大于3.6次/h、冬季大于2.4次/h，滿足《綠色建筑評價標準》對辦公建筑室內自然通風的要求。

3.4.2 天然采光

項目整體采光良好，75%以上的Ⅲ，Ⅳ級采光要求功能空間采光系數(shù)的平均值均在規(guī)定的采光標準值以上。本項目采用Ecotect軟件對辦公樓標準層室內光環(huán)境進行模擬。軟件分析結果表明，主要辦公空間平均采光系數(shù)均達到標準值，滿足GB 5033—2013建筑采光設計標準對辦公建筑采光的各項指標。

3.5 建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術

本項目提供大空間結構體系，最大限度的取消了室內的承重墻，為空間分割提供最大可能性。辦公區(qū)內按照建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化要求，通過部分構件進行預制，減少混凝土的現(xiàn)澆量，減少施工難度等方式提高施工效率和實現(xiàn)建筑科學化管理。基于考慮建筑大空間化結構體系，本項目采用以下兩個方面的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術：

1)內隔墻采用輕質隔墻板與成品玻璃隔斷(如圖4所示)，其比例占總隔墻的70%，可豐富空間分割的多樣性，提高辦公場所的創(chuàng)造性和整個建筑全生命周期內變化靈活性。

2)采用分離式連接方式安裝預制混凝土樓梯和預制鋼樓梯(如圖5所示)，減少現(xiàn)場混凝土澆筑量，加快施工進度，高效地連接垂直空間。分離式預制樓梯還可有效消除梯段的斜撐效應，有利于提高整體結構的抗震性能[10]。

3.6 其他節(jié)能技術措施

1)高效能設備系統(tǒng)。

項目西側部位按變頻一拖多變制冷劑流量空調系統(tǒng)設計，東側部位按中央空調地源熱泵系統(tǒng)設計，地源熱泵制冷量307 kW，輸入功率56.4 kW，性能系數(shù)為3.29，高于標準要求，節(jié)約空調系統(tǒng)的能耗。

2)高效照明。

辦公樓所有室內外照明系統(tǒng)均采用高品質、節(jié)能型光源及燈具。消防電梯、正壓風機、排煙風機、消防栓泵、噴淋泵、穩(wěn)壓泵、消控室用電等消防設備用二路電源供電至末端自動切換，應急疏散照明采用自帶蓄電池應急照明燈。

3)可再生能源利用。

業(yè)務綜合樓內設置集中熱水供水系統(tǒng)，熱源來自地源熱泵熱回收系統(tǒng)，還設置太陽能熱水系統(tǒng)，同時輔以空氣源熱泵，地源熱泵使用比例占總負荷的62.8%。

4)土建裝修一體化設計施工。

項目設計時，各專業(yè)相互配合，對預留孔洞、預埋件、設備及開關安裝尺寸與位置等進行綜合考慮，避免裝修時對建筑結構的破壞和減少二次裝修帶來的噪聲污染，節(jié)約建筑材料。

5)可循環(huán)材料的使用。

本項目可再循環(huán)材料使用重量：5 651.06 t，所有建筑材料總重量為：63 312.84 t，可再循環(huán)材料使用重量占所有建筑材料總重量的比例為8.93%。

4 結語

本項目從江蘇地區(qū)夏熱冬冷的氣候特點和中庭式辦公建筑的基本點出發(fā)，綜合考慮項目運營使用的實際情況進行合理設計和軟件模擬，運用適宜的綠色建筑技術，滿足節(jié)能65%以上的標準。設計師在建筑朝向、平面布置、生態(tài)中庭、材料選擇、立面遮陽等方面引入綠色概念設計，最大限度利用自然通風、天然采光和中庭微生態(tài)被動式節(jié)能技術，既提高了舒適度，又改善了建筑室內生態(tài)環(huán)境，降低了建筑能耗。該項目全面達到綠色建筑的二星標準，綠色建筑總增量成本經(jīng)測算為130.9元/m2，經(jīng)濟回收期為3.65年。該項目對本地區(qū)綠色建筑理論及技術運用，引導技術成果產(chǎn)業(yè)化，起到了良好的示范作用，為同類型項目綠色設計提供了很好的借鑒案例。

[1] 張 川,宋 凌,孫瀟月.2014年度綠色建筑評價標識統(tǒng)計報告[J].建設科技,2015(6):20-23.

[2] 朱 燕,何 山,葛 堅.夏熱冬冷地區(qū)辦公樓綠色建筑設計初探——以浙江省余姚市科創(chuàng)中心大廈為例[J].動感(生態(tài)城市與綠色建筑),2014(3):69-73.

[3] 周 潔.基于節(jié)能的夏熱冬冷地區(qū)公共建筑采光中庭設計探析[D].杭州：浙江大學,2010:2-10.

[4] 楊 柳.建筑氣候分析與設計策略研究[D].西安：西安建筑科技大學,2003:13-59.

[5] 殷超杰.夏熱冬冷地區(qū)被動式建筑設計策略應用研究[D].武漢：華中科技大學,2007:10-15.

[6] 劉加平.建筑創(chuàng)作中的節(jié)能設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009:2-9.

[7] 王卓佳.夏熱冬冷地區(qū)綠色中庭設計策略與空間形態(tài)研究[D].杭州：浙江大學,2011:36.

[8] 卓高松.夏熱冬冷地區(qū)綠色辦公建筑的被動式設計策略研究[D].北京：清華大學,2013:56.

[9] 袁 濤.陶土板幕墻體系的設計與施工工藝[J].建筑科學,2013(5):104-110.

[10] 吳 韜,蔣 敏,劉 洋,等.分離式預制樓梯應用于裝配式框架的抗震性能分析[J].建筑結構,2009(13):40-43.

On green design practice of atrium office building in areas hot in summer and cold in winter★

Chen Zhonghong Diao Zikun Jun Jielong You Hongfei

(Jiangsu Meicheng Architectural Planning and Design Institute Co., Ltd, Huaian 223005, China)

Combining with the engineering cases, based on green building evaluation standard, the paper explores the green design strategies of the atrium office buildings in the areas hot in summer and cold in winter, and illustrates the main green architectural technical measures, so as to realize the sustainable development of buildings.

office building, green building, energy-saving, sustainable development

1009-6825(2016)30-0188-04

2016-08-17★:江蘇省普通高校研究生科研計劃(項目編號：YSJ14S-18)

陳中宏(1968- )，男，高級建筑師； 刁子坤(1987- )，男，助理工程師； 雋杰龍(1989- )，男，助理建筑師； 尤鴻飛(1988- )，男，助理建筑師

TU201.5

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