蔣惠 范昕杰

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

上海市青浦區(qū)西虹橋42-03地塊項(xiàng)目集商業(yè)、辦公于一體，主要為辦公建筑（圖1）。辦公建筑作為城市中最常見(jiàn)、最大量的公共建筑類(lèi)型，使用特點(diǎn)是人員集中、人員密度較高、工作照明要求高、辦公設(shè)備及電梯使用頻繁等。根據(jù)上海市辦公建筑能耗的資料統(tǒng)計(jì)：照明與插座能耗約占51.9%，空調(diào)能耗約占29.8%，動(dòng)力能耗約占9.5%，其他能耗約占8.8%，其中上海地區(qū)夏季空調(diào)制冷能耗大于冬季取暖能耗（圖2～4）?？傮w來(lái)看，照明、空調(diào)、辦公設(shè)備能耗占比最高，且日間能耗大[1]。

上海的氣候特點(diǎn)是夏季高溫炎熱、冬季陰冷，梅雨季潮濕悶熱。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，在該氣候特點(diǎn)背景下，設(shè)計(jì)需遵循被動(dòng)優(yōu)先的原則，充分利用天然采光、自然通風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱、遮陽(yáng)等被動(dòng)式節(jié)能措施，降低建筑的能耗，以達(dá)到綠色、節(jié)能、高效、舒適、環(huán)保的目標(biāo)[2]。

1 被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)措施

1.1 圍合部分的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化

建筑布局對(duì)自然通風(fēng)和建筑防風(fēng)有著決定性影響，決定了夏季與過(guò)渡季節(jié)的自然通風(fēng)效果。本項(xiàng)目對(duì)兩種建筑群布局經(jīng)室外風(fēng)環(huán)境數(shù)值進(jìn)行了模擬分析，對(duì)比不同建筑局部對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響，改善了區(qū)域的微氣候。

半圍合布局方式中，被圍護(hù)部分空間的空氣流速相對(duì)較小，不利于空氣流通與污染物擴(kuò)散。從分析圖可以看到，被圍護(hù)部分風(fēng)速云圖呈現(xiàn)大面積藍(lán)色、深藍(lán)色，室外平均風(fēng)速約為0.58m/s，與周邊整體綠色與橘黃色相比氣流流速較?。▓D5）。為改進(jìn)被半圍合部分的室外風(fēng)環(huán)境條件，在圍合部分拉開(kāi)建筑間距，設(shè)置通風(fēng)廊道，打開(kāi)半圍合，嘗試促進(jìn)空氣流通（圖6）。

可以發(fā)現(xiàn)，增設(shè)通風(fēng)廊道后平均風(fēng)速、最高風(fēng)速均有顯著提升，最高風(fēng)速提升至3.25m/s，風(fēng)速合理且利于行人通行，平均風(fēng)速相比未優(yōu)化之前提升幅度約186.2%，顯著提升了空氣流速，激活了該區(qū)域微環(huán)境（表1）。

1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能優(yōu)化

上海已受到全球氣溫上升的顯著影響，未來(lái)環(huán)境也在較長(zhǎng)一段時(shí)間呈惡化趨勢(shì)，為了確保建筑在整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期限內(nèi)良好運(yùn)行，借助更高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱防護(hù)將十分必要，故本項(xiàng)目外圍護(hù)保溫隔熱性能指標(biāo)按照比國(guó)家現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高10%進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用此高效圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)建筑單位耗電量降低6.43%（表2，3）。

1 總體鳥(niǎo)瞰圖

2 2018 年上海中心城區(qū)與其他區(qū)域各類(lèi)型建筑分布情況

3 與能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的建筑年用電量占比情況

4 2018 年主要類(lèi)型建筑分項(xiàng)年用電量占比情況

5 過(guò)渡季節(jié)室外風(fēng)速云圖（改進(jìn)前）

6 過(guò)渡季節(jié)室外風(fēng)速云圖（改進(jìn)后）

1.3 自然采光優(yōu)化

辦公建筑對(duì)于光線的要求高，相對(duì)于人工照明，天然采光環(huán)境不僅節(jié)能，也更讓人感到舒適。為保證室內(nèi)的自然采光效果，本項(xiàng)目綜合考慮平面及剖面空間設(shè)計(jì)，將高層辦公樓設(shè)置為中心核心筒布局，將多層辦公樓設(shè)置為偏置核心筒布局，實(shí)現(xiàn)功能空間單面或雙面采光；在剖面設(shè)計(jì)中，多層、高層典型平面柱跨分別為8.4m和11.4m，將高層辦公房間進(jìn)深控制在一柱跨內(nèi)，多層辦公功能房間進(jìn)深控制在一到兩柱跨內(nèi)；同時(shí)控制辦公空間凈高達(dá)3m，除層間暗盒防火設(shè)計(jì)外，抬升凈高設(shè)計(jì)可盡量提高外幕墻透光高度，提高光線入射量，使光線覆蓋室內(nèi)更大進(jìn)深（圖7，8）。在滿足節(jié)能的基礎(chǔ)上，選用最高可見(jiàn)光透射比的玻璃，并通過(guò)采光分析確保辦公建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值≥3.3%，實(shí)現(xiàn)95%以上的辦公功能空間內(nèi)100%以上的功能房間采光系數(shù)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 自然通風(fēng)優(yōu)化

自然通風(fēng)設(shè)計(jì)是改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的一種重要的被動(dòng)式設(shè)計(jì)手段。本項(xiàng)目利用數(shù)值模擬工具，結(jié)合立面特點(diǎn)進(jìn)行自然通風(fēng)的被動(dòng)式優(yōu)化分析，對(duì)外立面的美觀性能與自然通風(fēng)性能進(jìn)行權(quán)衡，以達(dá)到最佳效果。

圖9，10為高層辦公樓的平面圖及幕墻局部立面，設(shè)計(jì)方案中幕墻的開(kāi)啟形式為條形下懸窗。通過(guò)數(shù)值模擬手段對(duì)立面可開(kāi)啟外窗的排布數(shù)量設(shè)置了高、中、低三種方案，具體設(shè)置的可開(kāi)啟比例及立面形式如圖11。三種方案中，可開(kāi)啟扇的間距不同，分別對(duì)應(yīng)不同的立面可開(kāi)啟比例（表4）。

通過(guò)數(shù)值模擬手段，對(duì)可開(kāi)啟扇方案進(jìn)行分析，得到的室內(nèi)風(fēng)速分布如圖12。通過(guò)不同設(shè)置方案的分析云圖可知：低可開(kāi)啟比例方案下，室內(nèi)空氣流速較低，自然通風(fēng)潛力不足，存在較大面積的靜風(fēng)區(qū)域；當(dāng)可開(kāi)啟面積達(dá)到5%以上時(shí)，室內(nèi)空氣流速得到明顯改善，理論換氣次數(shù)達(dá)到13.87次/h，平均風(fēng)速達(dá)到0.63m/s，具備一定的自然通風(fēng)潛力；高開(kāi)啟比例方案提升效果更加明顯，室內(nèi)基本不存在大面積的靜流區(qū)域，平均空氣流速達(dá)到0.91m/s。

由此可知，增加外窗可開(kāi)啟比例，室內(nèi)的換氣次數(shù)會(huì)得到明顯提升，室內(nèi)流場(chǎng)也更加均勻。經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬分析之后對(duì)外窗可開(kāi)啟比例進(jìn)行合理優(yōu)化，最終選定的可開(kāi)啟扇布置方案介于高可開(kāi)啟與中可開(kāi)啟比例方案之間，滿足自然通風(fēng)的要求，過(guò)渡季節(jié)可以實(shí)現(xiàn)13.87次/h的自然通風(fēng)換氣，可有效降低空調(diào)使用頻率，同時(shí)也兼顧外立面的整體造型要求（表5）。

7 高層辦公一層采光分析

8 多層辦公部分樓棟一層采光分析

9 高層辦公平面圖及外立面可開(kāi)啟扇形式

表2 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

表3 單位耗電量對(duì)比

表4 可開(kāi)啟模擬方案

10 高層辦公平面圖及外立面可開(kāi)啟扇形式

11 核心筒布局平面及外立面可開(kāi)啟扇形式

12 室內(nèi)自然通風(fēng)風(fēng)速云圖

13 外立面遮陽(yáng)效果圖

14 屋面遮陽(yáng)效果圖

表5 可開(kāi)啟方案換氣次數(shù)與平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)

1.5 遮陽(yáng)優(yōu)化

本項(xiàng)目高層辦公的立面窗墻比接近0.7，需要注重遮陽(yáng)。采用Low-E玻璃遮陽(yáng)、外遮陽(yáng)板及內(nèi)部遮陽(yáng)卷簾的多種方式進(jìn)行遮陽(yáng)，玻璃選用低透光Low-E玻璃和低透光離線雙銀玻璃，玻璃遮陽(yáng)系數(shù)為0.3。針對(duì)外遮陽(yáng)板，考慮高層辦公建筑視野開(kāi)闊，采用了四面通高的豎向金屬遮陽(yáng)板，與單元式幕墻一體化設(shè)計(jì)，遮陽(yáng)板寬300mm，伸出外墻共500mm，增強(qiáng)了對(duì)夏季南向陽(yáng)光輻射的遮擋作用。多層辦公結(jié)合外墻折線形外窗及層間水平板的造型，形成局部水平遮陽(yáng)板，同時(shí)在立面上產(chǎn)生韻律波動(dòng)的光影效果。多層建筑屋面還設(shè)計(jì)了連接多棟樓的屋面金屬大飄板，為整個(gè)多層建筑屋面和場(chǎng)地帶來(lái)部分遮陽(yáng)隔熱效果，將獨(dú)立的多層建筑群連接成為一個(gè)整體（圖13，14）。

1.6 室內(nèi)聲環(huán)境優(yōu)化

本項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)利用喬灌木復(fù)層綠化營(yíng)造良好的聲環(huán)境，同時(shí)對(duì)目前建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲進(jìn)行評(píng)估。結(jié)合環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告書(shū)的噪聲實(shí)測(cè)值，用環(huán)境噪聲值分別減去窗墻組合的計(jì)權(quán)隔聲量，得到室內(nèi)背景噪聲：晝間70-30.2=39.8dB（A），夜間55-30.2=24.8dB（A）。辦公空間的室內(nèi)噪聲值在關(guān)窗狀態(tài)下為39.8dB（A），滿足多人辦公和普通會(huì)議室高限值的要求。

1.7 綠化環(huán)境營(yíng)造

屋頂綠化不僅有助于塑造健康宜人的辦公環(huán)境，還能加強(qiáng)屋頂保溫性能，是有力的被動(dòng)式設(shè)計(jì)措施之一。本項(xiàng)目多層、高層屋頂綠化覆蓋率達(dá)到全部屋頂面積的60%，除屋頂樓梯機(jī)房及設(shè)備外，幾乎實(shí)現(xiàn)全屋面覆蓋綠化，覆土厚度為300～600mm，形成草皮、灌木結(jié)合的多種花園式綠化方式，增加了夏季屋頂隔熱效果。地面室外綠環(huán)境營(yíng)造分點(diǎn)、線、面不同類(lèi)型，中央軸林蔭道貫穿東西，聯(lián)系南北多層和高層兩個(gè)區(qū)域。北側(cè)多層辦公區(qū)以綠化庭院為中心綠環(huán)境，南側(cè)高層辦公區(qū)以帶狀綠環(huán)圍繞建筑布局，結(jié)合多層、高層大量屋面綠化，形成立體綠化景觀。在行道路、地面停車(chē)、活動(dòng)場(chǎng)地與廣場(chǎng)加強(qiáng)配置綠化喬木遮蔭，遮蔭面積比例不低于10%，減少熱島效應(yīng)，營(yíng)造舒適的室外活動(dòng)、休閑環(huán)境。

2 結(jié)語(yǔ)

上海西虹橋42-03地塊辦公樓節(jié)能設(shè)計(jì)中遵循被動(dòng)優(yōu)先的原則，因地制宜地從上海地區(qū)氣候特點(diǎn)及辦公建筑能耗特點(diǎn)出發(fā)，采取相對(duì)應(yīng)的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)策略，合理布局建筑群規(guī)劃朝向布局，減小單體建筑體形系數(shù)，加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)，大力使用自然采光和自然通風(fēng)，并采取一定的遮陽(yáng)措施，營(yíng)造了舒適宜人的辦公綠化環(huán)境，在建筑方案設(shè)計(jì)初期通過(guò)詳細(xì)的節(jié)能考慮和節(jié)能應(yīng)用，輔以主動(dòng)式節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了建筑總能耗，進(jìn)而力求達(dá)到安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居的綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境、自然通風(fēng)采光、室外聲環(huán)境等做了對(duì)比分析，優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境舒適度。項(xiàng)目倡導(dǎo)被動(dòng)式的設(shè)計(jì)理念，從設(shè)計(jì)的源頭考慮節(jié)能要求，積極響應(yīng)綠色建筑的設(shè)計(jì)要求，避免項(xiàng)目使用過(guò)程中大量不必要的能耗損失，創(chuàng)造健康舒適的宜居環(huán)境，是值得建筑師重視和借鑒的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)方向。