陳中宏 刁子坤 雋杰龍 尤鴻飛

(江蘇美城建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)踐★

陳中宏 刁子坤 雋杰龍 尤鴻飛

(江蘇美城建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 淮安 223005)

結(jié)合工程實(shí)例，基于綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，探討了夏熱冬冷地區(qū)中庭式辦公樓的綠色設(shè)計(jì)策略，并闡述了主要綠色建筑技術(shù)措施，有利于實(shí)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(guó)推出《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，國(guó)內(nèi)的綠色建筑迅猛發(fā)展，截至2015年1月，我國(guó)綠色建筑標(biāo)識(shí)項(xiàng)目數(shù)量達(dá)2 538項(xiàng)，其中設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)2 379項(xiàng)[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(yuǎn)高于住宅[2]。夏熱冬冷地區(qū)復(fù)雜的氣候特點(diǎn)，使得建筑對(duì)夏季隔熱和冬季保溫有較高的要求，平衡節(jié)能與投資關(guān)系面臨著很多挑戰(zhàn)。綠色中庭其功能和內(nèi)涵較為豐富，冬季時(shí)中庭為一個(gè)暖房，有保溫作用；夏季時(shí)，中庭頂部的遮陽(yáng)板遮擋直射陽(yáng)光，天窗自然通風(fēng)使中庭成為一個(gè)巨大涼棚。因此中庭有助于綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，有助于推動(dòng)綠色生態(tài)辦公環(huán)境的營(yíng)造。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于江蘇省淮安市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)科技路10號(hào)，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(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)結(jié)合道路設(shè)置地面生態(tài)停車，機(jī)動(dòng)車停放216輛，非機(jī)動(dòng)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(bào)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(shè)備用房(見(jiàn)圖1)，辦公樓位于地塊的南側(cè)，退讓科技路20 m，留出一個(gè)大型廣場(chǎng)，美化環(huán)境同時(shí)降低噪聲對(duì)辦公樓的干擾，辦公樓北側(cè)集中綠化，設(shè)有籃球場(chǎng)、足球場(chǎng)以及健身場(chǎng)地供工作人員散步休閑活動(dòng)，為員工打造一個(gè)健康自由的辦公環(huán)境。

2 基于綠色辦公的中庭設(shè)計(jì)策略

2.1 綠色中庭總體策略

綠色辦公應(yīng)利用建筑與自然環(huán)境和諧共生的建筑設(shè)計(jì)手段，保護(hù)環(huán)境，避免資源浪費(fèi)，提供一個(gè)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(diǎn)：夏季隔熱和通風(fēng)，冬季采暖。為使大進(jìn)深的辦公樓的采光和樓內(nèi)均衡熱工性能，核心式中庭更為適合。本項(xiàng)目樓內(nèi)以核心式中庭組織空間，以中庭內(nèi)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(yīng)，中庭內(nèi)擁有較大的空間，其中的綠化、小品、水景等室內(nèi)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(yáng)光的共同作用，形成了一個(gè)建筑內(nèi)微氣候，再通過(guò)溫室效應(yīng)和煙囪效應(yīng)調(diào)節(jié)到人體舒適的氣候，如此獲得一個(gè)低能耗的綠色中庭。中庭辦公建筑合理的綠色設(shè)計(jì)，可降低中庭能耗，發(fā)揮中庭在采光、通風(fēng)和采暖上的優(yōu)勢(shì)，為整體建筑節(jié)能服務(wù)[3]。

2.2 中庭的被動(dòng)建筑設(shè)計(jì)

印度建筑大師查爾斯·柯里亞說(shuō)過(guò)：“形式追隨氣候”，即通過(guò)建筑本身的規(guī)劃布局、體型設(shè)計(jì)、方向朝向、材料選擇等手段來(lái)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，也就是現(xiàn)代的被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)，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(yáng)光線照明，冬季補(bǔ)充建筑熱能，夏季時(shí)利用自然通風(fēng)與水分蒸發(fā)降溫，充分利用雨水、植物，減少人工環(huán)境對(duì)自然的污染和破壞。夏熱冬冷地區(qū)，空氣濕度較大，促進(jìn)室內(nèi)通風(fēng)有助于控制空氣濕度，但風(fēng)速需要控制，有研究顯示室內(nèi)風(fēng)速在0.3 m/s～1 m/s最佳[6]。因此冬冷夏熱地區(qū)被動(dòng)建筑設(shè)計(jì)主要有以下手段：自然通風(fēng)、自然采光、建筑遮陽(yáng)、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(shù)措施

項(xiàng)目結(jié)合了夏熱冬冷地區(qū)氣候和建筑耗能特點(diǎn)，基于“四節(jié)一環(huán)保”的各項(xiàng)指標(biāo)的分析，采用“被動(dòng)設(shè)計(jì)為主，主動(dòng)設(shè)計(jì)為輔”的綠色設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，利用計(jì)算機(jī)軟件模擬優(yōu)化分析，發(fā)揮建筑自身調(diào)節(jié)能力，從而達(dá)到低成本、綠色可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。研究組收集了淮安本地氣候特點(diǎn)，利用該地區(qū)已有成熟綠色建筑技術(shù)，最終采用了低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、遮陽(yáng)系統(tǒng)、節(jié)水與水資源回收利用，自然通風(fēng)與天然采光、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)及其他主要技術(shù)措施等技術(shù)亮點(diǎn)。

3.1 低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)

3.1.1 屋頂構(gòu)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(dǎo)熱系數(shù)為0.47 W/(m·K)的輕質(zhì)混合種植土和導(dǎo)熱系數(shù)為0.07 W/(m·K)的120 mm厚泡沫混凝土進(jìn)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(biāo)為7.08，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中夏熱冬冷地區(qū)“K≤0.6 W/(m2·K)”的相應(yīng)指標(biāo)。

3.1.2 墻體和外窗

外墻采用220厚導(dǎo)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(jìn)行保溫處理，整個(gè)外墻的傳熱系數(shù)為0.69 W/(m·K)，熱惰性指標(biāo)為4.93，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中夏熱冬冷地區(qū)“K≤0.8 W/(m2·K)”的要求。外圍護(hù)玻璃窗和中庭頂部均采用傳熱系數(shù)為2.40 W/(m·K)、遮陽(yáng)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(shè)計(jì)策略，可降低夏季太陽(yáng)輻射，減弱冬季室內(nèi)外的熱傳遞[7，8]。

3.2 遮陽(yáng)系統(tǒng)

3.2.1 陶土板構(gòu)件遮陽(yáng)與攀爬植物網(wǎng)遮陽(yáng)

陶土板是以天然紫砂泥為原材料，經(jīng)過(guò)高壓擠出成型，低溫干燥并經(jīng)過(guò)高溫?zé)贫?，顏色豐富，有較好自潔性[9]。選用灰色調(diào)的陶土板與攀爬植物網(wǎng)交錯(cuò)排布在辦公樓2層和3層之東、南、西向陽(yáng)臺(tái)(見(jiàn)圖3)，與整體外立面材質(zhì)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(gòu)件與攀爬植物網(wǎng)可有效阻擋部分陽(yáng)光直射進(jìn)室內(nèi)，防止室內(nèi)眩光現(xiàn)象，降低夏季空調(diào)能耗，豐富建筑立面，塑造了鮮活的外立面風(fēng)景。

3.2.2 幕布遮陽(yáng)與玻璃幕墻遮陽(yáng)

冬冷夏熱地區(qū)中庭遮陽(yáng)系統(tǒng)既要考慮夏季遮陽(yáng)又要考慮冬季采暖，除了采用Low-E遮陽(yáng)還設(shè)置可自動(dòng)伸縮的內(nèi)遮陽(yáng)幕布。自動(dòng)伸縮遮陽(yáng)幕布根據(jù)室內(nèi)中庭的溫度感應(yīng)器自動(dòng)調(diào)節(jié)。建筑外窗采用斷橋鋁合金中空玻璃窗，東向?yàn)長(zhǎng)ow-E6+12A+6, 傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)SC=0.32，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。南向?yàn)長(zhǎng)ow-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)SC=0.34，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.5，SC≤0.35/-”的要求。西向?yàn)長(zhǎng)ow-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)SC=0.25，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中夏熱冬冷地區(qū)“K≤2.8，SC≤0.32/-”的要求。北向?yàn)長(zhǎng)ow-E6+12A+6,傳熱系數(shù)K=2.4 W/(m2·K)，平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)SC=0.45，滿足DGJ 32/J96—2010公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目的衛(wèi)生器具均采用優(yōu)質(zhì)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(shù)條件與管理通則的要求。設(shè)計(jì)組合理選擇相應(yīng)的管材與相應(yīng)配件，所有的閥門均選用高性能、零泄漏閥門。設(shè)計(jì)組對(duì)屋面和綠地的雨水進(jìn)行收集設(shè)計(jì)，經(jīng)物化處理后用于綠化噴灌、道路清洗等。臺(tái)式及墻掛式洗手盆均采用了自閉式水嘴，節(jié)水率達(dá)40%；小便器采用了感應(yīng)式?jīng)_洗閥，節(jié)水率達(dá)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(dá)50%。

3.3.2 雨水回收利用

項(xiàng)目采用雨水收集回收利用系統(tǒng)，通過(guò)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(xiàng)目年雨水利用總量約為2 164.27 m3，可滿足綠化、道路及廣場(chǎng)用水。水源在儲(chǔ)存、輸配等過(guò)程中，回收系統(tǒng)應(yīng)有足夠的消毒殺菌能力和安全防護(hù)及監(jiān)測(cè)控制措施，避免水質(zhì)污染。本項(xiàng)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(chǔ)處理→過(guò)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(fēng)與天然采光

辦公樓外窗均能滿足辦公空間內(nèi)的自然通風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)。外窗除固定窗外均為下懸窗，外窗可開(kāi)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(jí)及檢測(cè)規(guī)定的6級(jí)。

3.4.1 自然通風(fēng)

項(xiàng)目地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候地區(qū)，根據(jù)GB 50736—2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范及《中國(guó)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(fēng)環(huán)境，設(shè)置夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，平均風(fēng)速為2.9 m/s，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速為3.2 m/s，過(guò)渡季節(jié)為東風(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速為2.42 m/s，對(duì)夏、冬季節(jié)工況進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬分析。

根據(jù)軟件模擬結(jié)果表明：夏季室內(nèi)人行高度處平均風(fēng)速為0.65 m/s，冬季平均風(fēng)速為0.4 m/s，局部區(qū)域風(fēng)速偏小，風(fēng)速小于0.15 m/s，不影響人員室內(nèi)活動(dòng)。由于建筑表面壓差較大，建筑立面組合開(kāi)啟比較充分，室內(nèi)通風(fēng)順暢，室內(nèi)主要辦公室內(nèi)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(fēng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)辦公建筑室內(nèi)自然通風(fēng)的要求。

3.4.2 天然采光

項(xiàng)目整體采光良好，75%以上的Ⅲ，Ⅳ級(jí)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(biāo)準(zhǔn)值以上。本項(xiàng)目采用Ecotect軟件對(duì)辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層室內(nèi)光環(huán)境進(jìn)行模擬。軟件分析結(jié)果表明，主要辦公空間平均采光系數(shù)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，滿足GB 5033—2013建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)辦公建筑采光的各項(xiàng)指標(biāo)。

3.5 建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)

本項(xiàng)目提供大空間結(jié)構(gòu)體系，最大限度的取消了室內(nèi)的承重墻，為空間分割提供最大可能性。辦公區(qū)內(nèi)按照建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化要求，通過(guò)部分構(gòu)件進(jìn)行預(yù)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(shí)現(xiàn)建筑科學(xué)化管理?；诳紤]建筑大空間化結(jié)構(gòu)體系，本項(xiàng)目采用以下兩個(gè)方面的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)：

1)內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)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(chǎng)所的創(chuàng)造性和整個(gè)建筑全生命周期內(nèi)變化靈活性。

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

3.6 其他節(jié)能技術(shù)措施

1)高效能設(shè)備系統(tǒng)。

項(xiàng)目西側(cè)部位按變頻一拖多變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，東側(cè)部位按中央空調(diào)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)要求，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

2)高效照明。

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

3)可再生能源利用。

業(yè)務(wù)綜合樓內(nèi)設(shè)置集中熱水供水系統(tǒng)，熱源來(lái)自地源熱泵熱回收系統(tǒng)，還設(shè)置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，同時(shí)輔以空氣源熱泵，地源熱泵使用比例占總負(fù)荷的62.8%。

4)土建裝修一體化設(shè)計(jì)施工。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)相互配合，對(duì)預(yù)留孔洞、預(yù)埋件、設(shè)備及開(kāi)關(guān)安裝尺寸與位置等進(jìn)行綜合考慮，避免裝修時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞和減少二次裝修帶來(lái)的噪聲污染，節(jié)約建筑材料。

5)可循環(huán)材料的使用。

本項(xiàng)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(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目從江蘇地區(qū)夏熱冬冷的氣候特點(diǎn)和中庭式辦公建筑的基本點(diǎn)出發(fā)，綜合考慮項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)使用的實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和軟件模擬，運(yùn)用適宜的綠色建筑技術(shù)，滿足節(jié)能65%以上的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)師在建筑朝向、平面布置、生態(tài)中庭、材料選擇、立面遮陽(yáng)等方面引入綠色概念設(shè)計(jì)，最大限度利用自然通風(fēng)、天然采光和中庭微生態(tài)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，既提高了舒適度，又改善了建筑室內(nèi)生態(tài)環(huán)境，降低了建筑能耗。該項(xiàng)目全面達(dá)到綠色建筑的二星標(biāo)準(zhǔn)，綠色建筑總增量成本經(jīng)測(cè)算為130.9元/m2，經(jīng)濟(jì)回收期為3.65年。該項(xiàng)目對(duì)本地區(qū)綠色建筑理論及技術(shù)運(yùn)用，引導(dǎo)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化，起到了良好的示范作用，為同類型項(xiàng)目綠色設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒案例。

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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(jì)劃(項(xiàng)目編號(hào)：YSJ14S-18)

陳中宏(1968- )，男，高級(jí)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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