陳果

同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司

綠色建筑作為當(dāng)代建筑設(shè)計的重要內(nèi)涵和發(fā)展方向，對提高資源利用效率與建筑經(jīng)濟性有著至關(guān)重要的意義，而可再生能源的使用正是綠色建筑評定體系中的關(guān)鍵。因此，探索可再生能源與建筑設(shè)計的結(jié)合，從項目策劃、設(shè)計到建設(shè)運行各個階段將綠色建筑理念引入建筑設(shè)計，無疑有著重要的現(xiàn)實意義和引導(dǎo)價值。

1 項目實踐

筆者參與了國家電網(wǎng)公司客戶服務(wù)中心的設(shè)計實踐，項目將綠建設(shè)計理念與國家電網(wǎng)公司在清潔能源互聯(lián)網(wǎng)方面的經(jīng)驗與發(fā)展目標(biāo)相結(jié)合，在可再生能源與建筑的結(jié)合上做出了一些有益創(chuàng)新，項目建成后得到了社會及行業(yè)的關(guān)注，順利實現(xiàn)了既定目標(biāo)。

項目緣起于一次國際方案征集，國家電網(wǎng)公司新組建的客戶服務(wù)中心希望通過國際方案征集謀劃未來的規(guī)劃與發(fā)展。筆者所在設(shè)計單位也參與征集活動且有幸在競賽中勝出，并在此后完成了后續(xù)專項設(shè)計，將可再生能源設(shè)計理念融入了建筑設(shè)計的策劃、設(shè)計和運行管理的全過程，保證了理念的完整實現(xiàn)。

基地位于天津市東麗旅游度假區(qū)，項目建成后將作為業(yè)務(wù)用房及配套設(shè)施，為全國95598客戶及電子商務(wù)版塊提供統(tǒng)一服務(wù)。園區(qū)總用地面積317畝，建筑面積約14.3萬m2，其中地上部分11.5萬m2，地下部分2.7萬m2，由四棟業(yè)務(wù)配套建筑和六棟后勤配套建筑組成。

2 可再生能源的策劃

該項目的建筑策劃特指為可再生能源技術(shù)在策劃階段所設(shè)定的目標(biāo)。開展正式設(shè)計之前，經(jīng)過業(yè)主方、顧問方與設(shè)計院的反復(fù)策劃與研究，建設(shè)單位對項目定位日漸清晰，希望在完成基本功能外，更要成為國家電網(wǎng)公司的窗口，通過項目倡導(dǎo)可再生能源在建筑園區(qū)的綜合利用，響應(yīng)國家電網(wǎng)公司對于能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展構(gòu)想，體現(xiàn)由單一電力供應(yīng)商向綜合能源服務(wù)商的角色轉(zhuǎn)換，實踐能源企業(yè)的社會責(zé)任。

1 園區(qū)南側(cè)鳥瞰

2 園區(qū)主入口

項目最終確定了全球能源技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新交流平臺、世界領(lǐng)先公共服務(wù)平臺、國際一流生態(tài)主題體驗平臺的三大定位，這為可再生能源創(chuàng)新性利用及其與建筑設(shè)計的整合提出了示范性的要求，確立了高標(biāo)準(zhǔn)。

圍繞這一預(yù)設(shè)主題，設(shè)計搭建了廣泛的可再生能源系統(tǒng)，涵蓋地源熱泵、太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水、太陽能空調(diào)等作為主要的新能源使用來源。另外輔助以冰蓄冷、水蓄熱、微網(wǎng)儲電能系統(tǒng)與新能源系統(tǒng)組成峰谷調(diào)節(jié)體系，通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，提高可再生能源及峰谷能源利用效率。此外還設(shè)有少量風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電樹、發(fā)電單車、發(fā)電地磚等輔助手段，提高項目的展示性。

3 可再生能源技術(shù)的理性展示

基于打造“全球能源技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新交流平臺”的定位，可再生能源設(shè)計與建筑技術(shù)的有機結(jié)合成為最直接有效的手段。

3.1 可再生能源技術(shù)融入立面形式邏輯

薄膜太陽能電池板和晶硅太陽能電池板是兩種常見的太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)，薄膜太陽能電池板由于其半透明性的深色材質(zhì)肌理而富有生命力，設(shè)計充分挖掘該材料的視覺特性，探索與建筑立面的整合設(shè)計。

傳統(tǒng)的可再生能源技術(shù)往往關(guān)注于功能的實現(xiàn)，而忽略了與建筑空間、形式的結(jié)合，更多是在方案確定后根據(jù)綠建評星需求在后期設(shè)計中增加可再生能源技術(shù)部分，因此難以與方案設(shè)計整合。本項目中，可再生能源技術(shù)的策劃與設(shè)計同步推進，在方案階段即明確需要體現(xiàn)可再生能源建筑的發(fā)展趨勢。我們將可再生能源技術(shù)手段作為立面設(shè)計的重要考量因素，預(yù)設(shè)出具有建構(gòu)理性的立面肌理，不同材質(zhì)與立面的組合拓展了建筑的表現(xiàn)手法，便于太陽能光伏發(fā)電裝置與建筑立面整合。

3 光伏發(fā)電膜與連廊豎向遮陽的結(jié)合

4 由太陽能光伏板和集熱器統(tǒng)一的第五立面

5 光伏發(fā)電膜與水平遮陽的結(jié)合

6 可自動調(diào)節(jié)角度的追蹤式槽式集熱器

7 綠色復(fù)合能源網(wǎng)運行調(diào)控平臺展示系統(tǒng)

設(shè)計采取了光伏發(fā)電-幕墻整合的設(shè)計建造手段，在裙房立面利用光伏膜的半透明性與幕墻整合設(shè)計作為建筑遮陽，使光伏發(fā)電膜與幕墻構(gòu)造形成統(tǒng)一整體，同時利用光伏發(fā)電膜的半透明性也保證了室內(nèi)外視線的通透，與光影一起在立面上形成節(jié)奏和韻律。在位置的選擇上，光伏發(fā)電膜均設(shè)置于裙房較低處，便于人在園區(qū)能夠清晰觀察到光伏發(fā)電膜與建筑幕墻的結(jié)合，體現(xiàn)出園區(qū)建筑作為國家電網(wǎng)公司窗口的科技特征。

3.2 可再生能源技術(shù)與建筑第五立面的結(jié)合

通常，公共建筑設(shè)計側(cè)重于對空間及城市關(guān)系的關(guān)注，建筑的第五立面因功能性的考慮，如各類設(shè)備用房和機電管線等，鳥瞰效果較為消極。而新能源系統(tǒng)中各類太陽能利用設(shè)施，如太陽能光伏發(fā)電裝置、太陽能集熱器等，往往需要設(shè)置在屋面，保證最高效的太陽能利用效率。兩者的不同訴求在這里找到了結(jié)合點，項目在屋面采取了架空構(gòu)架層的做法形成上下兩層設(shè)備空間。下層空間設(shè)置設(shè)備機房及管線，上層按照統(tǒng)一模數(shù)、統(tǒng)一角度布置太陽能光伏發(fā)電板、集熱器等形成矩陣元素，在城市空間中形成完整的第五立面。

項目采用太陽能空調(diào)作為其中一個單體研發(fā)樓的主要能源，也是可再生能源利用的一個創(chuàng)新。太陽能空調(diào)雖出現(xiàn)較早，但較少在建筑中運用。為實現(xiàn)高效的集熱效果，采用了追蹤式槽式集熱器，基本單元為弧形截面，可根據(jù)太陽運行角度調(diào)整方向?qū)崿F(xiàn)高效能源轉(zhuǎn)換。不同于太陽能光伏發(fā)電板，槽式集熱器本身具有較強的科普價值和外觀可識別度，設(shè)計時特將組件設(shè)置在較矮屋面上，且周邊不設(shè)裝飾與遮擋，讓技術(shù)構(gòu)件作為可再生能源的標(biāo)志特征，在建筑的形體上予以充分體現(xiàn)。

3.3 可再生能源技術(shù)與智能系統(tǒng)的結(jié)合

考慮建筑領(lǐng)域可再生能源利用的現(xiàn)狀，如何突出項目在此方面的探索創(chuàng)新意義一直是策劃及設(shè)計階段的重點。項目通過綠色復(fù)合能源網(wǎng)運行調(diào)控平臺的建立，實現(xiàn)了可再生能源智能利用的創(chuàng)新。

策劃著眼于可再生能源之間的互聯(lián)互通，提出智慧能源網(wǎng)概念，搭建系統(tǒng)構(gòu)架，通過能源中央管理系統(tǒng)建構(gòu)能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，將各種可再生能源系統(tǒng)植入此平臺，并結(jié)合全釩液流儲能、水蓄熱、冰蓄冷、微電網(wǎng)等儲能調(diào)控平臺進行系統(tǒng)集成，展示本項目的可再生能源運行情況。

（1）能源空間顯示：將園區(qū)各個可再生能源系統(tǒng)以三維空間圖示的形式在系統(tǒng)中直觀顯示，準(zhǔn)確反映實時運行狀態(tài)。

（2）能源分類管理：對園區(qū)內(nèi)各項能源使用情況，按照分項和區(qū)域集中顯示和控制。

（3）能源優(yōu)化調(diào)度：根據(jù)各可再生能源系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)模型，結(jié)合氣象預(yù)測信息計算最優(yōu)化的能源供應(yīng)方案，安排能源的最優(yōu)化生產(chǎn)，最大限度利用不同氣候條件下的優(yōu)勢能源。

以上可控制管理系統(tǒng)、控制終端設(shè)置在園區(qū)的中央智能控制室，實現(xiàn)了集中的可視化界面，并成為項目對外參觀展示的重要界面。

4 項目的完成與評估

在各方的不懈努力下，項目最終實現(xiàn)了較高的可再生能源使用比例，共計設(shè)置地源熱泵系統(tǒng)總供冷量3 585kW，供熱量3 801kW，提供占園區(qū)總熱負(fù)荷36%比例的熱量；設(shè)置了13 000m2的光伏發(fā)電設(shè)施，共計880kWp的功率，年均發(fā)電107.0976萬kW·h；太陽能空調(diào)制冷容量350kW，制熱容量210kW；太陽能熱水集熱器980m2。

在實現(xiàn)多能源綜合利用的同時，項目也建立起一套混合電池儲能系統(tǒng)，將可再生能源發(fā)電與儲能系統(tǒng)組成微電網(wǎng)，將光伏發(fā)電盈余電量存儲，結(jié)合智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)用作微電網(wǎng)技術(shù)研究。同時另外采取冰蓄冷系統(tǒng)（10 000噸級）與水蓄熱系統(tǒng)（2 500噸級），利用峰谷電能優(yōu)勢最大化新能源系統(tǒng)效率。此外本項目還創(chuàng)新性使用光伏發(fā)電樹、發(fā)電單車及國內(nèi)首個應(yīng)用于工程實踐的發(fā)電地磚等。

項目于2015年5月基本建成，在不到一年半的建設(shè)周期內(nèi)成功完成了從土建施工到新能源系統(tǒng)安裝并集成化運行的全過程。經(jīng)過四個年度使用周期的磨合，可再生能源的運用基本實現(xiàn)了最初策劃的理念，各項分布能源系統(tǒng)運行正常，中央能源管理系統(tǒng)可直觀展示性強，信息采集、能源生產(chǎn)規(guī)劃調(diào)度運行狀態(tài)良好，得到了社會和業(yè)界的認(rèn)可。

同時，項目順利通過了綠色三星設(shè)計及運行標(biāo)識。由于在可再生能源技術(shù)方面的創(chuàng)新性探索以及在國際業(yè)界上的影響力，項目于2018年9月被APSEC（亞太經(jīng)合組織可持續(xù)能源中心）授予首個國際培訓(xùn)基地，基本實現(xiàn)了打造全球能源技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新交流平臺的目標(biāo)。