項(xiàng)目為例，TOD城市綜合體近零能耗建筑技術(shù)實(shí)踐

本文刊發(fā)于《隧道與軌道交通》2024年2期

摘要：伴隨國(guó)家節(jié)能、減碳要求的提出，近零能耗建筑在中國(guó)建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零碳排放的道路上得到了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。以上海廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為例，研究探索了近零能耗建筑，介紹了以被動(dòng)技術(shù)為主、主動(dòng)技術(shù)為輔、可再生能源為補(bǔ)充的建筑技術(shù)體系，提出了智慧管控為未來(lái)常態(tài)的設(shè)計(jì)技術(shù)路徑。這為本地區(qū)的綠色低碳轉(zhuǎn)型提供了風(fēng)向標(biāo)與案例示范。

上海龍華TOD項(xiàng)目效果圖

上海西站TOD項(xiàng)目效果圖

上海廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目

（綠色建筑研習(xí)社配圖）

• 采用被動(dòng)技術(shù)降低能源消耗。
• 采用主動(dòng)技術(shù)提升能源效率。
• 采用可再生能源技術(shù)對(duì)能源供給進(jìn)行再補(bǔ)充再循環(huán)。
• 采用智慧用能與管控技術(shù)保障能源可持續(xù)。

被動(dòng)技術(shù)可充分利用自然資源，達(dá)到節(jié)約能源的作用。上海地區(qū)適宜的被動(dòng)技術(shù)主要包括：

• 合理設(shè)置建筑體形系數(shù)和窗墻比，盡量建設(shè)緊湊型建筑，降低外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失，進(jìn)而降低能源需求。

• 適當(dāng)增加高保溫性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提高建筑冬季室內(nèi)蓄熱和夏季隔熱能力，進(jìn)而降低能耗。

• 有效消除建筑物中的熱量傳輸，從而實(shí)現(xiàn)超保溫的效果。

• 減少冬季供暖時(shí)的能量損失及夏季的空調(diào)能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

通過(guò)提升能源系統(tǒng)和設(shè)備單體的能效，結(jié)合智能優(yōu)化控制算法，進(jìn)一步降低建筑能源消耗。

可再生能源技術(shù)是在被動(dòng)技術(shù)應(yīng)用和主動(dòng)技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)零能耗目標(biāo)的技術(shù)支撐。通過(guò)可再生能源的利用，來(lái)保障建筑實(shí)現(xiàn)能源自我供給和自我平衡，是近零能耗技術(shù)的重要實(shí)現(xiàn)路徑之一。常用的可再生能源技術(shù)及革新方式包括：太陽(yáng)能光伏發(fā)電、海綿調(diào)蓄措施、雨水收集及利用系統(tǒng)等。

通過(guò)智能化管理、數(shù)字化管理、可視化管理等管控手段，減少能源消耗，提升能源效率。

廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目位于浦東新區(qū)廣蘭路、祖沖之路路口東側(cè)。該項(xiàng)目用地性質(zhì)為商業(yè)、辦公用地；建設(shè)用地面積為29603.6㎡，容積率為2.5，計(jì)容面積為74009.0㎡?，F(xiàn)以5–1號(hào)辦公樓設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，探索近零能耗建筑技術(shù)措施。

廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目效果圖

廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目總平面圖

本項(xiàng)目通過(guò)因地制宜的設(shè)計(jì)手法，合理利用有利的地理位置，創(chuàng)造出更好的自然采光、自然通風(fēng)的空間體驗(yàn)和感受。辦公塔樓布置在地塊南側(cè)，面向廣蘭公園，采光更加優(yōu)越；并按照上海主導(dǎo)風(fēng)向布置主立面，使其形成適宜的室外風(fēng)環(huán)境。

利用場(chǎng)地走向，使建筑周邊形成適宜的室外風(fēng)環(huán)境，以提高建筑本身的自然通風(fēng)效率。

結(jié)合上海當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目合理制定建筑體型系數(shù)及窗墻比，采用高性能保溫材料構(gòu)建圍護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)熱橋設(shè)計(jì)，改善建筑的氣密性和增強(qiáng)遮陽(yáng)能力。冬季能良好地積蓄室內(nèi)溫度、夏季有效隔熱，從而縮減總體能源需求；同時(shí)可最大程度地減弱冬季熱量散失，顯著減少能量損耗。

1）科學(xué)配置體形系數(shù)與窗墻比。該項(xiàng)目體形系數(shù)為0.11，形體較為方正，采用玻璃幕墻體系并控制窗墻比，既能確保滿足室內(nèi)光照需求，也能有效減少夏季過(guò)多熱輻射對(duì)建筑內(nèi)部的影響，有利于降低整體能耗。立面窗墻比判斷見(jiàn)表1。

2）高保溫性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在夏熱冬冷區(qū)域中開(kāi)展節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，須滿足隔熱與保溫功能。結(jié)合模型設(shè)計(jì)、上海的氣候特點(diǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ盍?xí)慣，選用保溫性能好的蒸壓加氣混凝土砌塊，外墻外設(shè)巖棉保溫板，巖棉帶增加至120mm厚；增加屋面保溫層厚度，選用125mm厚XPS保溫板，三玻兩腔幕墻K值為1.7W/（㎡·K），滿足《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》的規(guī)定。外墻平均傳熱系數(shù)見(jiàn)表2，屋面平均傳熱系數(shù)見(jiàn)表3，外窗（透光幕墻）平均傳熱系數(shù)見(jiàn)表4。

外幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

3）無(wú)熱橋設(shè)計(jì)。采用無(wú)熱橋設(shè)計(jì)，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫措施，對(duì)女兒墻、出屋面管井、屋頂設(shè)備基礎(chǔ)、架空樓板等建筑凸出裸露部位加強(qiáng)為60mm厚巖棉板保溫，避免出現(xiàn)冷熱橋，提升外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。

4）良好的氣密性和形體自身遮陽(yáng)技術(shù)。氣密性是建筑零能耗的核心評(píng)價(jià)要素。設(shè)計(jì)中細(xì)化了節(jié)點(diǎn)，增加了門窗氣密性，以提高房屋的隔熱性能、減少能源消耗。在該項(xiàng)目中，外窗窗框?yàn)闊針蜾X合金并運(yùn)用一體化內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，全窗總傳熱系數(shù)為1.70W/（㎡·K）。墻壁和窗戶間隙填充防水透氣薄膜并用密封膠進(jìn)行粘貼。外門窗的氣密性能按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不宜低于8級(jí)。

夏熱冬冷地區(qū)由于夏季漫長(zhǎng)且日照強(qiáng)度大，導(dǎo)致建筑供冷量顯著增加。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合分析室內(nèi)功能布局和窗戶朝向，并采取相應(yīng)的遮陽(yáng)方案。除去大堂，幕墻100％設(shè)置固定外遮陽(yáng)（幕墻橫豎挺突出100mm），同時(shí)輔以內(nèi)部高反射率可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)措施（全波段太陽(yáng)輻射反射率>0.5）。通過(guò)上述措施，圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷可降低15％。

內(nèi)外遮陽(yáng)節(jié)點(diǎn)

該項(xiàng)目對(duì)主動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，以提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。

設(shè)計(jì)中采用節(jié)能高效的機(jī)電系統(tǒng)，如高效冷水機(jī)組、溫度自動(dòng)控制、高效空調(diào)系統(tǒng)、節(jié)能風(fēng)機(jī)水泵、節(jié)能電梯、高效節(jié)能燈具和智能照明控制方式等，建筑能耗相比國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)可降低20％。

1）采用高效冷水機(jī)組。其COP（制冷能效比）可提高12％，分體空調(diào)采用一級(jí)能效設(shè)備。

2）采用溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)空調(diào)房間內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管時(shí)，可根據(jù)房間溫度，控制位于風(fēng)機(jī)盤管回水管上的雙位二通電動(dòng)閥進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，也就是對(duì)風(fēng)機(jī)盤管供給的冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)，房間內(nèi)的控制面板也可對(duì)風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)進(jìn)行三擋風(fēng)速調(diào)節(jié)，對(duì)房間的供冷量進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。當(dāng)空調(diào)房間內(nèi)設(shè)置分體或多聯(lián)空調(diào)機(jī)組時(shí)，每個(gè)空調(diào)房間均配備溫控面板，可根據(jù)溫度同時(shí)對(duì)風(fēng)量和冷量進(jìn)行自動(dòng)控制。

3）采用節(jié)能高效的空調(diào)系統(tǒng)，即變風(fēng)量一次回風(fēng)式全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化或室內(nèi)要求參數(shù)的變化，保持穩(wěn)定的送風(fēng)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量，進(jìn)而使室內(nèi)參數(shù)滿足全空氣空調(diào)系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)通過(guò)較少的能耗來(lái)滿足室內(nèi)空氣環(huán)境的要求，相比常規(guī)系統(tǒng)至少節(jié)約風(fēng)機(jī)耗能30％。

4）采用節(jié)能風(fēng)機(jī)水泵。風(fēng)機(jī)的單位風(fēng)量耗功率比公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)可降低20％；水泵采用二級(jí)節(jié)能產(chǎn)品，設(shè)備效率不低于75％。

該項(xiàng)目使用主動(dòng)與被動(dòng)技術(shù)的同時(shí)，還使用了可再生能源，使其自身產(chǎn)出能源，減少對(duì)于公共能源的損耗。這也是建筑實(shí)現(xiàn)零能耗的一個(gè)重要方面。

1）太陽(yáng)能光伏發(fā)電。光伏系統(tǒng)在集成設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮建筑物方位、傾斜角度和陰影等因素，使電力輸出達(dá)到最優(yōu)。該項(xiàng)目屋面30％的面積做光伏系統(tǒng)，立面藍(lán)色玻璃、灰色玻璃及深色高反玻璃可采用碲化鎘發(fā)電玻璃，年供應(yīng)電量可達(dá)到64萬(wàn)kW·h，減少建筑能耗50％。

2）海綿調(diào)蓄措施。確保年徑流總量及峰值外排徑流量回落至開(kāi)發(fā)前水平。該項(xiàng)目的年徑流污染控制率可達(dá)到59％、年徑流總量控制率可達(dá)85％。

3）雨水收集、利用系統(tǒng)。收集屋面、場(chǎng)地雨水，雨水經(jīng)初期棄流、沉淀、消毒處理后，可用于車庫(kù)沖洗、戶外廣場(chǎng)地面澆灑、綠化灌溉、洗車等；同時(shí)使用非傳統(tǒng)水源，節(jié)約用水。

智慧用能與管控技術(shù)可提升能源效率。

1）智能化管理。智能化管理是指將辦公區(qū)與非辦公區(qū)分系統(tǒng)設(shè)置，運(yùn)用智能化控制系統(tǒng)，對(duì)不同區(qū)域的空調(diào)、照明、電梯等設(shè)備進(jìn)行分時(shí)、自動(dòng)感應(yīng)等控制，既滿足不同空間的使用需求，又能夠極大地節(jié)約能源。具體應(yīng)用如下：

（1）利用BIM技術(shù)。BIM技術(shù)憑借其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬仿真、優(yōu)化處理及圖紙等特性，在建筑工程中展現(xiàn)出不可或缺的重要價(jià)值。

（2）設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)置至少一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，對(duì)PM10、PM2.5、CO2等傳感器進(jìn)行定時(shí)的連續(xù)測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄和數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)精準(zhǔn)有規(guī)律的數(shù)據(jù)測(cè)量指導(dǎo)空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，通過(guò)一系列的技術(shù)能力疊加，項(xiàng)目建筑能耗大大降低。

2）能源效率提升。以基于數(shù)字孿生的三維虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞“低碳綠色后勤”主題，以智能化、節(jié)能化、數(shù)字化、可視化理念為目標(biāo)，運(yùn)用直觀、動(dòng)態(tài)的形式展示各類建筑及設(shè)備的空間分布，通過(guò)智慧后勤、智能建筑、節(jié)能建筑、雙碳達(dá)標(biāo)4大主頁(yè)模塊，實(shí)現(xiàn)宏觀到微觀的全方位展示和管理，建成以智能化、節(jié)能化、數(shù)字化、可視化理念為目標(biāo)的智慧后勤集成平臺(tái)。智慧用能管控技術(shù)能夠有力推動(dòng)能源效率的優(yōu)化升級(jí)。

綠色建筑研習(xí)社配圖

廣蘭路TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目通過(guò)多種形式的節(jié)能降碳措施，實(shí)現(xiàn)了建筑能耗的大幅降低。該項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率不小于15％，綜合節(jié)能率不小于35％，可再生能源利用率不小于50％，為辦公項(xiàng)目的高效環(huán)保運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了從綠色低碳到“碳中和”建筑的迭代升級(jí)，推動(dòng)了行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

綠色建筑研習(xí)社配圖

隨著未來(lái)材料部品市場(chǎng)的深度發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的增大，近零能耗建筑的前期投資附加成本有望逐步減小。與此同時(shí)，鑒于其遠(yuǎn)期帶來(lái)的社會(huì)效益與環(huán)保優(yōu)勢(shì)，全面推廣近低能耗建筑具有極高的必要性和可行性。