曾 征

（云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 昆明 650228）

0 引言

自《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019 發(fā)布，2019年8月1日實(shí)施起，全國(guó)各省市對(duì)綠色建筑評(píng)定紛紛出臺(tái)政策，并對(duì)取得綠色建筑標(biāo)識(shí)的項(xiàng)目給予政府財(cái)政或政策上的獎(jiǎng)勵(lì)。云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳等相關(guān)部門也于2020年9月2日印發(fā)云建科[2020]120 號(hào)文，積極推動(dòng)生態(tài)文明思想，貫徹綠色生活創(chuàng)建行動(dòng)，決定在全省范圍內(nèi)開展綠色建筑創(chuàng)建行動(dòng)。

為貫徹落實(shí)綠色發(fā)展理念，推動(dòng)綠色建筑高質(zhì)量規(guī)?；l(fā)展勢(shì)在必行。暖通空調(diào)作為公共建筑設(shè)備中初投入及運(yùn)行能耗相對(duì)較高的組成部分，有必要在建筑前期方案設(shè)計(jì)時(shí)介入，提供綠色評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)的可能性，并為最終實(shí)現(xiàn)綠色建筑的可實(shí)施性創(chuàng)造條件。

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019 在其《基本規(guī)定》中對(duì)三星級(jí)綠色建筑設(shè)置了一項(xiàng)前置技術(shù)要求，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提高20%或建筑供暖空調(diào)負(fù)荷降低15%。上述技術(shù)要求為平行條件，滿足其一即可。顯然，刻意提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能勢(shì)必對(duì)初期投資和建設(shè)成本造成較大影響，有悖因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則。本文以昆明市某大型交通樞紐項(xiàng)目為例，就溫和地區(qū)公共建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中如何滿足上述三星級(jí)綠色建筑的前置技術(shù)要求及相應(yīng)增量成本進(jìn)行分析與比較。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為昆明市某交通樞紐項(xiàng)目，位于昆明市區(qū)內(nèi)，原昆明市東站公交車場(chǎng)附近，為緩解東站日益繁重的公共交通負(fù)擔(dān)，并且提升公共交通的合理性和現(xiàn)代化性而修建此交通樞紐項(xiàng)目。昆明地鐵4號(hào)線、6 號(hào)線換乘站位于本項(xiàng)目地下同步進(jìn)行中。同時(shí)為了提高項(xiàng)目的綜合利用性，項(xiàng)目?jī)?nèi)包含有住宅、商業(yè)、酒店、辦公于一體的大型綜合型建筑。

項(xiàng)目設(shè)置了地下公交汽車停車場(chǎng)、修車場(chǎng)；地下無(wú)人AGV 機(jī)器人停車場(chǎng)；兩條線路地鐵換乘站，周邊配套有醫(yī)院、學(xué)校等公共服務(wù)建筑。這些條件為綠色建筑評(píng)價(jià)中“生活便利”這一章節(jié)充分奠定了基礎(chǔ)，其中：出行與無(wú)障礙、服務(wù)設(shè)施等綠色建筑評(píng)分硬性指標(biāo)幾乎在方案階段就可確定得到滿分，這對(duì)于大部分想要評(píng)選綠色建筑的項(xiàng)目是不可比擬的。

但前期施工圖節(jié)能設(shè)計(jì)方面僅考慮滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及地方節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。對(duì)于綠色建筑標(biāo)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，以及昆明地區(qū)特殊的環(huán)境氣候條件未予充分考慮，離綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)還有一定距離。建設(shè)方希望針對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件、氣候條件、使用條件等因素，探究本項(xiàng)目綠色建筑評(píng)價(jià)的可行性。

此次綠色建筑評(píng)價(jià)對(duì)象為項(xiàng)目?jī)?nèi)一棟超高層一類公共建筑，建筑功能為辦公和酒店，總建筑面積150137.79 平方米，建筑高度195.75 米，地上44 層，其中29 層以下為5A 級(jí)寫字樓，30 層以上為五星級(jí)酒店。本文對(duì)該建筑綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中暖通空調(diào)的部分內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析。

2 綠建評(píng)價(jià)相關(guān)要求及問題

2.1 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019 對(duì)綠色建筑的控制項(xiàng)、評(píng)分項(xiàng)、加分項(xiàng)做了詳細(xì)的規(guī)定。綠色建筑評(píng)價(jià)分值總分110 分，當(dāng)總分?jǐn)?shù)分別達(dá)到60 分、70 分、85 分且滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定時(shí)，建筑可評(píng)定為綠色建筑一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)。

為評(píng)選三星級(jí)綠色建筑，除得到以上分?jǐn)?shù)外，還必須有一項(xiàng)前置的技術(shù)要求：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提高比例達(dá)到20%，或建筑空調(diào)負(fù)荷降低比例達(dá)到15%。這一點(diǎn)在常規(guī)的情況下是容易理解的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提升，必定帶來(lái)空調(diào)負(fù)荷降低。但這是否經(jīng)濟(jì)合理，是否提升能力足夠，后文會(huì)做相應(yīng)計(jì)算比較。

2.2 評(píng)分項(xiàng)中暖通空調(diào)所占比例

暖通空調(diào)專業(yè)在綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)章節(jié)中直接或間接的有可評(píng)分項(xiàng)。分別是：

健康與舒適：20 分，包括控制室內(nèi)主要空氣污染物的濃度；具有良好的室內(nèi)熱濕環(huán)境等；

資源節(jié)約：95 分，包括供暖空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源能效優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值；采取有效措施降低末端系統(tǒng)及輸配系統(tǒng)的能耗；合理利用可再生能源等；

提高與創(chuàng)新：30 分，采取措施進(jìn)一步降低建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

以上各項(xiàng)分?jǐn)?shù)有暖通專業(yè)自行評(píng)分的，也有與其他專業(yè)共同協(xié)作評(píng)分的，分?jǐn)?shù)再按各類評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的加權(quán)平均才能計(jì)入總分。所以建設(shè)方以此計(jì)算方式預(yù)估暖通空調(diào)所占評(píng)分的比例是比較小的，但卻又被上述提及的一項(xiàng)前置技術(shù)要求所限制，就是建筑空調(diào)負(fù)荷降低比例達(dá)到15%為評(píng)選三星級(jí)的前置要求。下面主要計(jì)算這項(xiàng)要求對(duì)綠建設(shè)計(jì)的影響。

3 負(fù)荷計(jì)算對(duì)比

3.1 負(fù)荷計(jì)算

首先按公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)溫和地區(qū)甲類公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值為基礎(chǔ)的相同建筑計(jì)算其空調(diào)負(fù)荷。此處選取某一中間辦公樓層（21 層）為具體分析對(duì)象，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度24℃。

表1 參照建筑設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Reference Building Parameters

通過(guò)某軟件計(jì)算，得到該樓層房間空調(diào)負(fù)荷面積指標(biāo)為100.8W/m2，以此指標(biāo)作為參照，計(jì)算本項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生的空調(diào)負(fù)荷。

由表2 可見，設(shè)計(jì)建筑在外墻和外窗的傳熱系數(shù)上做了一定優(yōu)化，其余設(shè)計(jì)參數(shù)不變。通過(guò)計(jì)算，得到設(shè)計(jì)見該樓層房間空調(diào)負(fù)荷面積指標(biāo)為100.5W/m2。與參照建筑相比幾乎沒有變化。

表2 設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2 Design Building Parameters

造成以上結(jié)果的原因與昆明地區(qū)空調(diào)冷負(fù)荷的組成情況有關(guān)。

3.2 負(fù)荷分析

以參照建筑的計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷為對(duì)象，16:00出現(xiàn)負(fù)荷面指標(biāo)最大值100.8W/m2，其組成情況如表3 所示。

表3 設(shè)計(jì)建筑空調(diào)冷負(fù)荷組成Table 3 Cooling Load Composition of Design Building

由表3 可以看出：

（1）外墻冷負(fù)荷所占比重很小，這也就是以上負(fù)荷計(jì)算中出現(xiàn)的結(jié)果：雖然一定程度上提升了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)，但對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)的提升不明顯。

（2）人員、照明、設(shè)備、新風(fēng)冷負(fù)荷在室內(nèi)人員密度、照明功率、設(shè)備功率固定的情況下，此項(xiàng)負(fù)荷也不會(huì)有大的變化。并且這幾項(xiàng)參數(shù)取值在施工圖設(shè)計(jì)階段不應(yīng)刻意下調(diào)，避免最終工程不能滿足實(shí)際使用需求。

（3）著重考慮分析外窗（透光幕墻）形成的冷負(fù)荷。

外窗（包括透光幕墻）形成的空調(diào)冷負(fù)荷包括兩方面：外窗瞬變傳導(dǎo)得熱形成的冷負(fù)荷CLQc和外窗日射得熱形成的冷負(fù)荷CLQj。

外窗瞬變傳導(dǎo)形成的冷負(fù)荷：

其中，α為窗框修正系數(shù)；K為外窗傳熱系數(shù)；F為外窗面積；Δt為計(jì)算時(shí)刻的負(fù)荷溫差；

外窗日射得熱形成的冷負(fù)荷：

其中，Xg為窗的構(gòu)造修正系數(shù)；Xd為地點(diǎn)修正系數(shù)；Cn為窗內(nèi)遮陽(yáng)系數(shù)；Cs為窗玻璃遮擋系數(shù)；F為外窗面積；J為計(jì)算時(shí)刻透過(guò)單位面積窗口的太陽(yáng)總輻射熱形成的冷負(fù)荷（簡(jiǎn)稱負(fù)荷強(qiáng)度）。

按上述公式對(duì)本項(xiàng)目辦公樓層外窗形成的冷負(fù)荷進(jìn)行逐時(shí)分析。

首先，外窗瞬變傳導(dǎo)得熱形成的冷負(fù)荷CLQc，主要影響參數(shù)為K和Δt。

由表4 中Δt的數(shù)據(jù)特點(diǎn)也可知道，外窗瞬變傳導(dǎo)形成的冷負(fù)荷CLQc在昆明地區(qū)所占空調(diào)冷負(fù)荷比重較小，甚至在某些時(shí)刻還出現(xiàn)負(fù)值，即向外放熱的情況。所以在外窗面積一定的情況下，僅僅改變外窗傳熱系數(shù)K對(duì)空調(diào)負(fù)荷的降低意義不大。

表4 昆明地區(qū)各計(jì)算時(shí)刻的負(fù)荷溫差ΔtTable 4 Load Temperature Difference of Calculate Moment in Kunming Area

其次，外窗日射得熱形成的冷負(fù)荷CLQj。按現(xiàn)設(shè)計(jì)建筑采用的是傳熱系數(shù)K=2.5 的普通雙層鋼窗為幕墻材料，可確定Xg=0.77，施工圖設(shè)計(jì)階段不考慮內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)施Cn=1，窗玻璃遮擋系數(shù)Cs=0.84。剩下的主要影響參數(shù)為J。

表5 昆明地區(qū)各計(jì)算時(shí)刻不同朝向的日射負(fù)荷強(qiáng)度Table 5 Load Intensity by Solar Radiation of Calculate Moment and Different Direction in Kunming Area

計(jì)算得到，CLQj在16:00 達(dá)到最大值的指標(biāo)為34.7W/m2。

可見該指標(biāo)在空調(diào)負(fù)荷組成中占有較大比重，并且具有一定的可調(diào)整性，因?yàn)樵赬d、F、J固定的情況下，還有三個(gè)參數(shù)直接影響CLQj計(jì)算結(jié)果。

（1）Xg外窗構(gòu)造修正系數(shù)。該系數(shù)主要由窗的做法影響，包括單層窗、雙層窗、著色玻璃、Low-E 玻璃、鋁合金窗框、PA 斷熱橋鋁合金窗框等做法，Xg的可設(shè)計(jì)取值范圍在0.2～0.8 之間，有很大的可調(diào)范圍；

（2）Cs窗玻璃遮擋系數(shù)。該系數(shù)主要由窗的材料特性影響，包括普通玻璃、吸熱玻璃、3mm～6mm 厚度的玻璃等特性，Cs的可設(shè)計(jì)取值范圍在0.74～1 之間，也有較大可調(diào)空間；

（3）Cn窗內(nèi)遮陽(yáng)系數(shù)。該系數(shù)對(duì)施工圖設(shè)計(jì)階段較難控制，因?yàn)閮?nèi)遮陽(yáng)措施受裝修和使用對(duì)象的主觀限制較多，但綠色建筑的評(píng)價(jià)不是在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的，而是在整體竣工包括室內(nèi)裝修也竣工驗(yàn)收時(shí)才申報(bào)進(jìn)行，這就可以一定程度控制內(nèi)遮陽(yáng)的選擇?，F(xiàn)在主要的常規(guī)內(nèi)遮陽(yáng)包括布窗簾、活動(dòng)百葉等，Cn的可設(shè)計(jì)取值范圍在0.6～0.75 之間，是性價(jià)比很高的降低空調(diào)冷負(fù)荷的措施。

3.3 負(fù)荷對(duì)比

為達(dá)到綠色建筑評(píng)價(jià)的要求，設(shè)計(jì)方在考慮了經(jīng)濟(jì)性可控的前提下曾經(jīng)給出過(guò)新的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如下。

表6 一次改進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)Table 6 Building Envelope by First Improvement

可是計(jì)算結(jié)果并不理想，得到空調(diào)負(fù)荷面指標(biāo)為93.1W/m2，與空調(diào)負(fù)荷降低15%的要求還有較大差距。

但通過(guò)上述負(fù)荷分析后，綜合考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、合理性、節(jié)能性等提出如下方案。

表7 二次優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)Table 7 Building Envelope by Second Improvement

最終得到空調(diào)負(fù)荷面指標(biāo)為85.4W/m2，使空調(diào)計(jì)算負(fù)荷降低了15.2%，達(dá)到綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)三星級(jí)綠色建筑所要求的前置條件。

4 結(jié)論

（1）《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2015中對(duì)溫和地區(qū)A 區(qū)的甲類公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值做出了規(guī)定，但實(shí)際計(jì)算情況下，僅僅控制外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)是不夠的。上述計(jì)算表明外窗傳熱系數(shù)只影響外窗瞬變傳導(dǎo)形成的冷負(fù)荷，而這只是冷負(fù)荷組成的一部分。

（2）對(duì)于大型公共建筑，透光或反光幕墻在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的占比越來(lái)越大，主體設(shè)計(jì)過(guò)程中控制好幕墻的構(gòu)造特性（窗構(gòu)造系數(shù)）和材料特性（玻璃遮擋系數(shù)）是有意義的，雖然前期投入會(huì)稍高于普通幕墻，但帶來(lái)的節(jié)能特性會(huì)在較短的運(yùn)行周期內(nèi)就能體現(xiàn)出來(lái)。

（3）主體建筑可能受方案的影響，很多時(shí)候沒有考慮外遮陽(yáng)設(shè)置，或外遮陽(yáng)設(shè)置僅限于滿足最基本的規(guī)范要求，但內(nèi)遮陽(yáng)措施是可以根據(jù)實(shí)際使用情況考慮的，這一項(xiàng)措施對(duì)于日射輻射形成空調(diào)冷負(fù)荷占較大比重的地區(qū)有很好的實(shí)用意義。

（4）綠色建筑設(shè)計(jì)是現(xiàn)在綠色發(fā)展中的一個(gè)重要組成部分，越來(lái)越多的綠色建筑也會(huì)帶動(dòng)更多的新技術(shù)材料以及能源利用上的新舉措。而暖通空調(diào)專業(yè)在綠色建筑評(píng)價(jià)的過(guò)程中的作用遠(yuǎn)不止上述內(nèi)容提及的方面。應(yīng)該更積極主動(dòng)的參與到建筑前期方案設(shè)計(jì)中，從方案設(shè)計(jì)上提出可控制暖通空調(diào)負(fù)荷的措施，從而從源頭上降低空調(diào)運(yùn)行能耗，為節(jié)能減排綠色發(fā)展提供保障。