徐 潔， 于中海， 于利娜， 劉緒為， 孟海迎

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津，300381）

越來越多的市政水廠綜合樓轉(zhuǎn)型提升，根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)劃要求進行綠色建筑設(shè)計。通常情況下，市政水廠綜合樓作為水廠輔助生產(chǎn)、行政辦公建筑，主要功能有化驗、行政辦公、生產(chǎn)控制、食堂廚房、庫房等，一般建筑面積為1 000～3 000m2，2～3 層。本文根據(jù)近年來出臺的相關(guān)政策及指導(dǎo)意見，以河北省某大型市政水廠配套綜合樓為例，進行綠色市政建筑性能化模擬研究，闡述其綠色評價指標(biāo)及計算方法，通過綜合評估，達到綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1 設(shè)計評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

綜合樓建筑面積為2 334 m2，3 層。根據(jù)河北省規(guī)劃要求“建筑按照二星級以上綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè)”。

綠色市政建筑設(shè)計評價指標(biāo)以“熱”、“聲”、“光”為代表性指標(biāo)。

1）熱”主要是建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能及能耗的評價，是從綠色建筑資源節(jié)約的綠色性能出發(fā)，對建筑負荷和建筑能耗進行模擬研究。

2）“聲”主要是室內(nèi)聲環(huán)境的評價，是從綠色建筑健康舒適的綠色性能出發(fā)，對室內(nèi)背景噪聲、室內(nèi)構(gòu)件隔聲進行模擬研究。

3）“光”主要是室內(nèi)光環(huán)境的評價，是從綠色建筑健康舒適的綠色性能出發(fā)，對室內(nèi)利用天然采光的效果進行模擬研究。

因此，以二星級綠色建筑等級為目標(biāo)，對建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能及能耗、室內(nèi)聲環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境3個主要性能指標(biāo)進行模擬分析并優(yōu)化設(shè)計，達到綠色建筑設(shè)計指標(biāo)要求。

2 設(shè)計軟件性能化模擬研究與設(shè)計優(yōu)化

2.1 建筑冷暖負荷

在預(yù)評價階段采用建筑節(jié)能設(shè)計分析軟件PKPM和建筑能耗模擬分析軟件PKPM-Energy，通過建模計算綜合樓體型系數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、氣密性等熱工性能指標(biāo)，以此來優(yōu)化建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能，降低建筑全年冷暖負荷?？照{(diào)系統(tǒng)形式主要為雙管制風(fēng)機盤管系統(tǒng)，冷熱源為水源熱泵。見圖1和圖2。

圖1 設(shè)計建筑負荷分布比例

圖2 設(shè)計建筑各構(gòu)件負荷分布

冷暖負荷與圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能有密切的關(guān)系[1]。寒冷地區(qū)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對非周邊地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)指標(biāo)沒有限定性要求，一般地面做法即可滿足節(jié)能設(shè)計要求，但在建筑負荷評估中無法滿足綠色建筑指標(biāo)要求。因此，以二星級為指標(biāo)，進行了設(shè)計優(yōu)化，除了外墻、屋面、外窗等需要達到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)以外，非周邊地面和周邊地面都采用地面保溫做法。對于沒有地下室的建筑，底層房間外墻內(nèi)側(cè)的地面都需要設(shè)置保溫層；對于有地下室的建筑，從與室外地面相平的地下室外墻算起，2 m及以下范圍都做保溫，這樣才能保證在冬季達到設(shè)計室溫的前提下，降低建筑全年供暖空調(diào)負荷。見圖3和圖4。

圖3 建筑逐月負荷對比

圖4 建筑全年負荷對比

由圖4 可知，優(yōu)化設(shè)計后的建筑節(jié)能率達到了19%，滿足二星級綠色建筑供暖空調(diào)負荷降低10%的要求，根據(jù)GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》9第7.2.4條第2條款，本項目得分為15分。

2.2 建筑能耗

空調(diào)和照明系統(tǒng)是建筑的主要能耗，在預(yù)評價階段通過建筑能耗模擬分析軟件PKPM-Energy，對主要空間的空調(diào)使用情況和照明功率密度進行評估分析。

空調(diào)能耗與全年負荷變化情況有關(guān)，對建筑全年空調(diào)負荷分布規(guī)律進行分析，為空調(diào)設(shè)備的優(yōu)化配置提供依據(jù)。照明能耗與人員在室率和電器、照明逐時使用率有關(guān)，對主要使用房間的照明功率密度和電器設(shè)備散熱量進行模擬分析，為主要功能房間的照明能耗優(yōu)化提供依據(jù)。

對建筑照明進行設(shè)計優(yōu)化，以最大限度利用自然采光為原則[2]，采用辦公智能照明控制系統(tǒng)和分區(qū)控制等技術(shù)手段，如：根據(jù)不同場所狀態(tài)自動感應(yīng)調(diào)節(jié)照度，在走廊、衛(wèi)生間通過人體紅外感應(yīng)自動打開、關(guān)閉燈光等。

冷熱源為水源熱泵，統(tǒng)籌設(shè)置在地下廠房內(nèi)，水泵能耗不計入綜合樓能耗。采用自然通風(fēng)，未設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機能耗可以忽略不計。

從經(jīng)濟性和技術(shù)角度出發(fā)，合理選擇和優(yōu)化空調(diào)、照明系統(tǒng)，見圖5。

圖5 建筑能耗分布

由圖5 可知，優(yōu)化設(shè)計后的建筑能耗降低幅度達到了10.7%。根據(jù)GB/T 50378—2019第7.2.8條，本項目得分為5分。

2.3 建筑聲環(huán)境

2.3.1 室內(nèi)背景噪聲

預(yù)評價階段，利用聲環(huán)境模擬分析軟件PKPMSoundIndoor模擬室內(nèi)聲環(huán)境，評估主要功能房間的室內(nèi)噪聲[3]。

確定分析范圍內(nèi)需要評估的房間，在需要評估的房間設(shè)置室外噪聲源，按照類比法采用和結(jié)構(gòu)構(gòu)件相近的隔聲量數(shù)據(jù)分別考察外墻、內(nèi)墻、外窗在不同頻率下的空氣聲計權(quán)隔聲量。根據(jù)材料的吸聲系數(shù)，分別計算每個評估房間在不同頻率下的門、地板、天花板的吸聲量。見圖6。

計算組合墻的有效隔聲量，分析范圍內(nèi)各個房間的外墻、外窗在不同頻率下隔聲量，計算得到各個房間組合墻的有效隔聲量，根據(jù)倍頻程的計算原理，用作圖法進行空氣聲隔聲單值評價量的計算。見圖7。

通過對評估房間進行室內(nèi)背景噪聲計算分析，所有參與計算的主要功能房間的室內(nèi)背景噪聲滿足規(guī)范中的高限要求[3]；達到了GB/T 50378—2019 中5.1.4條第一款控制項的要求，根據(jù)5.2.6條，本項目得8分。

綜合樓距離城市主干道較遠，無交通噪聲干擾，水廠運行設(shè)備設(shè)置在地下，場地內(nèi)無明顯噪聲源，通過模擬分析表明，一般圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造即可滿足室內(nèi)背景噪聲的指標(biāo)要求。

2.3.2 室內(nèi)構(gòu)件隔聲

預(yù)評價階段采用聲環(huán)境模擬分析軟件PKPMSoundIndoor 模擬分析，計算主要功能房間的外墻、隔墻、樓板和門窗的空氣聲計權(quán)隔聲量，評估構(gòu)件及相鄰房間之間的空氣聲隔聲性能是否滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。樓板計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級的考察按照類比法，采用和設(shè)計樓板結(jié)構(gòu)相近的樓板計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級數(shù)據(jù)。

通過對外墻、外窗、隔墻、普通樓板、普通門、透明幕墻的空氣聲隔聲性能以及樓板的撞擊聲隔聲性能進行計算分析，得到建筑構(gòu)件隔聲結(jié)果，見表1和表2。

表1 空氣聲隔聲結(jié)果

續(xù)表1

所有構(gòu)件的空氣聲隔聲性能均滿足規(guī)范低限和高限平均值的要求[3]；達到了GB/T 50378—2019 中5.1.4條第2款控制項的要求，根據(jù)5.2.7條，本項目得3分。樓板的撞擊聲隔聲性能滿足規(guī)范中高限值的要求[3]；達到了GB/T 50378—2019 中5.1.4 條第2 款控制項的要求，根據(jù)5.2.7條，本項目得5分。

模擬結(jié)果表明，常規(guī)圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造能夠滿足空氣聲隔聲的指標(biāo)。但地磚樓面做法撞擊聲隔聲聲壓級無法達到綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)控制項要求，因此，以二星級指標(biāo)進行樓面做法的設(shè)計優(yōu)化，即樓板采取隔聲措施。二層、三層主要使用房間樓板采用5 mm 厚隔聲墊，記權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級為63～65 dB≤65 dB，達到高限要求。

2.4 建筑室內(nèi)光環(huán)境與視野

預(yù)評價階段采用綠色建筑天然采光模擬分析軟件PKPM-Daylight 進行建模和室內(nèi)采光計算，分析判斷室內(nèi)主要功能空間的天然采光效果是否達到GB/T 50378—2019的要求。

確定室內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的材料光學(xué)性能參數(shù)，計算主要功能房間的窗地面積比，模擬分析主要測試房間達到照度標(biāo)準(zhǔn)值（300 lx）的平均小時數(shù)。見表3和圖8-圖9。

表3 材料光學(xué)性能參數(shù)

續(xù)3

圖8 照度達標(biāo)小時數(shù)分布

圖9 逐日達標(biāo)小時數(shù)

經(jīng)模擬評估，室內(nèi)主要功能空間91.4%面積比例區(qū)域的采光照度值不低于采光要求的小時數(shù)平均不少于4 h/d，主要功能房間有合理的控制眩光的措施[4]。本項目總共得6分。

由圖8 和圖9 可知，主要使用房間的照度達標(biāo)的平均小時數(shù)在8 h/d 以上，逐日照度達標(biāo)平均小時數(shù)在7 h/d以上。因此，在優(yōu)化設(shè)計方案中，核心是最大限度利用天然采光。在外墻上開窗均勻，提高側(cè)窗上沿高度，在部分外墻采用玻璃幕墻，對改善室內(nèi)照度的均勻性效果顯著，減少照明能耗。不舒適眩光對電腦辦公有很大的影響，電腦屏幕反光極大影響了正常辦公，因此，優(yōu)化設(shè)計方案主要是降低不舒適眩光的影響，主要措施：房間窗前設(shè)置可調(diào)節(jié)的窗簾類織物遮陽簾，窗結(jié)構(gòu)內(nèi)表面采用淺色飾面，辦公作業(yè)面避免直射陽光，工作人員的視覺背景不宜為窗口。對于照明眩光的優(yōu)化設(shè)計，包括室內(nèi)照明采用間接照明，達到柔和自然的采光效果，室內(nèi)均勻布置燈具，使空間內(nèi)光的分布與室內(nèi)背景環(huán)境的亮度差降低。通過模擬評估，本項目內(nèi)主要功能房間的不舒適性眩光指數(shù)最大值均小于限值。

2.5 其他

綜合樓的綠色設(shè)計還采取了以下技術(shù)手段：節(jié)水器具用水效率等級全部達到1級；室外設(shè)置下凹式綠地、雨水花園、透水鋪裝等海綿措施；外墻立面選用國家認(rèn)定的綠色建材；屋面采用無需澆水施肥的滲綠地貼；安全報警、環(huán)境監(jiān)測、建筑設(shè)備控制能夠遠程監(jiān)控并且能夠介入智慧城市。

3 綠色建筑評估結(jié)果

依據(jù)GB/T 50378—2019 在安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居等方面的技術(shù)要求，在預(yù)評價階段控制項全部達標(biāo)，評分項數(shù)達到設(shè)計階段基本級的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)評價階段總得分72.9，達到綠色建筑等級二星級設(shè)計目標(biāo)。見表4。

表4 評分項及加分項得分

4 結(jié)語

1）綠色市政建筑設(shè)計要以綠色可持續(xù)發(fā)展為理念，踐行國家環(huán)保發(fā)展政策，其對于我國市政領(lǐng)域綠色建筑的推行和發(fā)展有著積極的作用和重大的意義。

2）綠色市政建筑性能化的模擬計算和研究，是預(yù)評價階段綠建設(shè)計的重要技術(shù)手段；可以根據(jù)設(shè)計參數(shù)模擬建筑在實際運行后的效果，對設(shè)計在經(jīng)濟、技術(shù)方面比選優(yōu)化的分析評估過程中有更直觀的數(shù)據(jù)支撐，提高了工作效率。

3）綠色市政建筑的圍護結(jié)構(gòu)熱工性能及能耗、建筑室內(nèi)聲環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境是3個主要的綠色性能評價指標(biāo)，本文提出了相應(yīng)的性能模擬方法，通過設(shè)計優(yōu)化手段，達到綠色建筑星級標(biāo)準(zhǔn)的同時，控制建設(shè)成本，提升了水廠綜合樓綠色市政建筑設(shè)計的社會效益、經(jīng)濟效益?！酢?/p>