程軒 董妍博 常鐘雋

中國建筑科學研究院有限公司

我國城市的集中供熱正處于設備更新、技術改革的關鍵時期，新技術與新能源的應用、綠色環(huán)保的設計理念以及智慧化的管理模式是供熱發(fā)展的趨勢，綜合區(qū)域能源規(guī)劃、綠色設計、智慧運維的新一代能源站已逐漸成為建筑設計領域的時代要求。

天津北辰核心區(qū)1號綜合能源站在項目設計之初定位為綠色工業(yè)建筑二星級，在設計過程中注重綠色建筑技術的應用，因此在能源系統(tǒng)規(guī)劃、場地布置、建筑立面設計、建筑材料選擇和后期運維方面都嚴格遵循綠色節(jié)能環(huán)保原則，以達到綠色建筑設計目標。下面以項目為例深入介紹綠色綜合能源站的建筑設計方法。

1 以綜合能源系統(tǒng)利用為導向的總體規(guī)劃

北辰核心區(qū)1號能源站位于天津市北辰區(qū)，建設用地4 972m2，供熱范圍北至北辰道，南至龍門東道，西至潞江東路，東至外環(huán)線。建筑面積201.91萬m2，其中公共建筑面積106.38萬m2，住宅建筑面積95.53萬m2。冬季，1號能源站為201.91萬m2的建筑提供集中采暖服務；夏季，1號能源站為46.63萬m2建筑提供集中供冷服務。項目供冷供熱范圍大，建設用地緊張，需要采用高效的能源利用形式，最大限度地保證供能需求。

1.1 建筑能源系統(tǒng)規(guī)劃

在能源系統(tǒng)規(guī)劃方面，結合周邊能源規(guī)劃及建設條件，選定燃氣冷熱電三聯(lián)供+冰蓄冷系統(tǒng)+燃氣鍋爐+冷水機組的系統(tǒng)組合形式（圖1）。在充分調研北辰區(qū)環(huán)境資源的基礎上，按照國家及天津市能源有關政策、招標文件的要求，結合各初始能源的特點揚長避短，設計混合能源融合增效系統(tǒng)，提高能源利用率，緩解電力能源緊張，以達到節(jié)約資源的目的。

1.2 建筑總體布局規(guī)劃

在建筑總體布局規(guī)劃方面，將低碳、環(huán)保、科普教育和展覽展示等功能納入整個用地，設置喬、灌、草復層綠化和局部鏡面水體，調節(jié)室外空間微氣候的同時提高室外風環(huán)境及熱環(huán)境舒適度（圖2）。選擇淺色及可見光反射比小的金屬幕墻，減少熱島效應，處理好工業(yè)建筑與周邊民用建筑之間的關系，實現(xiàn)綠色工業(yè)建筑低影響開發(fā)的目標。

2 以綠色建筑設計為理念的單體設計方案

不同于常規(guī)的能源站類建筑設計，本項目位于北辰核心區(qū)，秉承綠色工業(yè)建筑設計理念，在“去工業(yè)化”的總體原則下，以工藝要求為基礎，注重建筑形體和周邊環(huán)境的有機結合。項目在平面布置、立面造型、材料選擇等方面均按照《綠色工業(yè)建筑評價標準》中節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保的要求執(zhí)行，在有限的用地范圍內，進行空間的高效布置，地下1層，地上5層，各功能縱向串聯(lián)。地下層與首層部分連通，功能為水泵及板換間、發(fā)電機間、儲能罐間；首層功能為門廳及收費大廳；二層功能為走道、工具間、管理用房、管道間；三層功能為制冷機間、風機間、水處理間、工具間、管理用房、衛(wèi)生間；四層功能為管道間；五層功能為鍋爐房、變配電室、工具間、電氣設備間。項目最終建筑面積11 000m2，建筑密度46.26%，容積率2.07。

1 項目能源系統(tǒng)圖

2 總平面圖

在設計階段充分考慮場地情況，對室外場地進行綠色規(guī)劃布局，對室內環(huán)境進行綠色節(jié)能設計。在實際進行綠色建筑設計中，遵循綠色建筑理念，結合當?shù)貧夂蚝侠砝蔑L能、光能等綠色能源，在保證建筑功能的同時節(jié)約能源。

2.1 雙層圍護結構

項目位于非工業(yè)區(qū)，周邊為住宅和商業(yè)用地，除了滿足工藝技術的要求以外，設計從建筑本身出發(fā)，力求綠色環(huán)保、去工業(yè)化，與周邊建筑和諧融洽（圖3）。

建筑的墻體并不是單單一層而是分為兩層，外層幕墻作為建筑的整體裝飾構件，而內層圍護墻體則起到防風、遮雨、保溫的作用，并且在內外墻之間有將近2m的間隔，既能保護圍護結構墻體也能隔熱保溫，使建筑產生冬暖夏涼的效果。

外層幕墻充分考慮建筑與周圍環(huán)境的關系，以水的波動及白藍兩種基本顏色寓意水這一能源站運行的基本載體?？紤]到幕墻對建筑主體帶來的采光影響，幕墻系統(tǒng)由若干六邊形鋁單板拼接而成，以邊長為1m的正六邊形為基礎模塊，其他六個模塊由基礎模塊演變而來?；A模塊為白色整體鋁單板，其他模塊均為白色鋁單板內嵌藍色穿孔鋁板（圖4）。

3 透視圖

4 幕墻節(jié)點

2.2 室內風環(huán)境的營造

通過對建筑設計與氣候的研究可以發(fā)現(xiàn)，建筑對氣候的適應性已經成為綠色建筑的主要特點。本項目在方案設計之初就采用模擬手段，對項目通風進行有效模擬，確定最優(yōu)的建筑布局，保證辦公區(qū)域的自然通風。以含有展示區(qū)的三層為例（圖5），左側為辦公管理用房、展示區(qū)、休息廳、走廊等空間，其他部分為設備空間，功能空間能進行有效自然通風，換氣次數(shù)在2次/h以上（表1）。

5 三層1.2m 高度平面風速矢量圖

表1 三層室內換氣次數(shù)情況統(tǒng)計表

6 首層采光系數(shù)分布圖

經過模擬，項目在過渡季工況下，各層的管理用房、設備房等可以形成有效的自然通風，換氣次數(shù)均在2次/h以上，滿足《綠色工業(yè)建筑評價標準》（GB/T 50878-2013）第5.2.3條對自然通風設計的要求。

2.3 室內光環(huán)境的營造

本項目在設計階段采用PKPM-Daylight軟件進行建模和室內采光計算，分析室內主要功能空間的采光效果。通過模擬優(yōu)化空間布局，使人員長期停留的地方能充分利用自然光，達到既舒適又節(jié)約源的目的。以首層為例，其采光系數(shù)分布如圖6所示。

從模擬結果可知，本項目的功能房間能滿足《綠色工業(yè)建筑評價標準》（GB/T 50878-2013）和《建筑采光設計標準》（GB 50033-2013）的要求，各功能房間均能有效自然采光（表2）。

表2 各層采光情況匯總表

2.4 高性能的建筑設備體系

本項目的工藝設備經過優(yōu)化組合，選用高能效機組實現(xiàn)高效率運行。在生活給排水方面，衛(wèi)生器具均采用1級節(jié)水器具，生活用水設置減壓閥，保證閥后壓力不大于0.2MPa；在暖通空調方面，辦公區(qū)采用能效為1級的空調機組；在電氣方面，選用高性能變壓器和節(jié)能燈具分區(qū)控制照明，以達到節(jié)能效果。

綜上所述，本項目的綠色建筑設計以“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”為原則，從被動與主動兩個層面進行考量（圖7）。被動層面從城市微環(huán)境、建筑形體、海綿設計及內部空間組織、自然通風、自然采光等方面來營造節(jié)能舒適的建筑內外環(huán)境；主動層面主要涉及高效的建筑設備系統(tǒng)，如節(jié)水系統(tǒng)、節(jié)能電器系統(tǒng)、綠色照明及智能控制系統(tǒng)等。

7 綠色技術體系匯總示意圖

3 以綠色運維為目標的智能化運營管理

項目依靠“一中心+三平臺”的智慧運維進行多級化的調度管理（圖8），一中心是指能源站調度中心，三平臺包括能源全網(wǎng)監(jiān)測與控制平臺、客服維修與設備管理平臺、能源公司項目管理平臺。

8 智慧供熱平臺

4 結語

綜合能源站以綠色設計理念為導向，以“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”為原則，以工藝需求為基礎，以被動式綠色設計技術為主導，綜合考慮區(qū)域能源系統(tǒng)，進行全過程的服務設計。同時，能源站還以集約的設計實現(xiàn)“節(jié)地與可持續(xù)發(fā)展”，以氣候適應性的建筑造型和構造形式實現(xiàn)“節(jié)能與能源利用”，以高效低耗的設備實現(xiàn)“節(jié)水與水資源利用”，以綠色建材的選用和綠色建造理念實現(xiàn)“節(jié)材與材料資源利用”，最終完成綠色綜合的能源站設計。

圖表來源

圖1～8，表1，2 均為作者自繪。