综合办公楼绿色建筑设计分析

姚化涛

摘要：在我国，办公建筑的发展除了带有明显的阶段性，还带有地域性等特征，尤其是绿色建筑成为当今和未来发展趋势，节能减排、环境保护、舒适办公等成为办公建筑设计所关注的重点。本文就办公楼绿色建筑设计进行分析。

关键词：综合办公楼；建筑节能设计

在当今环境遭到严重破坏和建筑资源严重浪费的大环境下，人们不断对现代生活与消费方式进行深刻反思，越来越重视绿色在建筑设计中的运用。因此，绿色建筑作为一种全新的设计思维和模式应用到各种类型的建筑设计，倡导最大限度的节约资源，保护环境，减少能耗。下面就结合一综合楼工程进行节能设计，其包括办公、展示、住宿、食堂、接待、培训等功能。基地总占地面积 38434 ㎡。

图1 鸟瞰图

一、办公楼设计策略

办公楼的设计遵循绿色建筑设计原则，分别从设计上、技术上、使用者几个方面进行综合考虑，最大限度的节约资源，创造健康、适用、高效的办公空间。

1 从设计方面

从建筑设计角度来看，在坚持因地制宜和可持续发展的原则下，通过建筑造型设计、围护结构、自然通风、自然采光等几个方面，降低建筑用能负荷的设计峰值和运行峰值，减少建筑能源系统运行时间，以此来实现建筑节能。

1.1 建筑设计

建筑造型及维护结构形式对建筑物性能有决定性影响，不同的建筑形式会造成能耗的巨大差别。根据地方标准《公共建筑节能设计标准》DB22/T436-2007的相关条文，最佳建筑朝向为南偏西 10°～南偏东 15°范围；适宜朝向为南偏东 45°～南偏西 30°范围；不宜朝向为东北、西北、北。利用能耗模拟软件 Design builder进行模拟优化，最终把办公楼的建筑朝向调整为南偏西 3°，建筑体形系数为 0.26，每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比为 0.60，得出最优设计方案。

1.2 维护结构保温设计

围护结构包括透明、不透明围护结构以及屋顶保温。在满足可推广意义上，力求通过围护结构的改善，减少由围护结构产生的冷热负荷。

（1）超低能耗建筑围护结构外保温系统结构形式

建筑围护结构采用EPS外墙外保温系统系列产品和节能装饰一体化板外保温系统系列产品，其中包括液体粘结剂、粉状粘结剂、新型节能装饰一体化板、新型阻燃 EPS 节能装饰构件、成品防火隔离带、新型阻燃 EPS 节能保温板及耐低温外墙涂料等。通过 EPS 板、石墨 EPS 板外墙外保温或内外保温结合的方式，使外墙和屋面围护结构的传热系数达到≤0.36 W/（㎡·K）。

（2）节能型外窗

选用三层玻璃窗：两层真空玻璃+ LOW-E 玻璃，使外窗传热系数达到≤1.4W/（㎡·K）。

（3）门窗气密性处理

选择密封性好的门窗，处理门窗与墙体的连接部位、围护结构上的开口等措施，来提高建筑围护结构的气密性，达到 n50≤6/h 的指标。

（4）建筑高能耗部位的节点构造

在建筑物的薄弱部位，例如窗侧，窗开启扇、屋顶等部位。并采取合理的节点构造，从而防止热量的损失，以及红外热感应仪进行检测是否存在热桥。

（5）绝热真空板门研发与应用

外门采用绝热真空板门，该技术为待研发的新型产品，旨在降低传热系数、特高门的整体气密性。

1.3 自然通风

自然通风是建筑节能设计中惯用的一项技术手段，根据自然通风的实现原理不同可分为：利用风压实现的自然通风、利用热压实现的自然通風、风压与热压相结合的自然通风以及机械辅助通风等几种形式。其中通风式玻璃幕墙作为热压通风方式的一种，在我国的应用越来越多。

办公楼的自然通风（见图2）设计充分结合了地区气候特征，采用双层玻璃幕墙，包括封闭式内循环和开敞式外循环两种形式，其结构构成由内外两层玻璃组成，内部相当于一个温室，腔体的内外表面上设有开口，在温室效应下腔体的空气温度升高产生热压，热气流上升进入建筑内部，同时室外新风和室内空气被吸入腔体进行循环加热。在冬季通常对双层玻璃间的空气进行预热，可以有效地降低建筑热损失，同时由于外层玻璃的存在，降低了内层玻璃上的风压；在双层玻璃空气间层设置遮阳百页比单层玻璃的百页有更佳的遮阳效果，可以降低室内冷负荷。通过自然通风技术的应用，能有效减少夏季空调运行的时间、降低空调能耗、改善室内环境。

图2

1.4 自然采光

建筑被动式天然光利用技术是通过合理的建筑透明围护结构设计方法与天然采光新技术，充分利用太阳的光、热特性。这种利用室外自然光为室内提供照明的系统被称为光导照明技术，又称自然光照明。目前，光导照明技术在国内起步比较晚，但发展速度较快，具有良好的市场前景，其应用场所比较广泛，在国内多用于大跨度的厂房、场馆、办公、地下空间等采光不好及白天需要日照的空间，大部分是单层建筑或建筑物的顶层。同时，还可以把自然采光光导技术与自然通风相结合，完善自然光光导照明系统的功能，保证在自然采光的同时使室内保持良好的自然通风。

本项目设计将光导照明系统应用于全楼中，与电力照明相结合，并以自然光光导照明为主。结合自然通风，开发出基于 Trnsys 软件的自然光光导照明和自然通风的一套动态模拟自动控制系统，依据室内照度，将窗帘、光导照明系统和电力照明系统进行联动，达到室内照明和自然通风的双重效益。

2、从技术方面

2.1 土壤源热泵系统

以电力和化石能源为主的空调冷热源是我国目前常用的能源，煤炭占有较大的比例，造成能源结构不合理，利用效率低，环境质量日趋下降，给人的生存和生活造成严重的威胁。为了能更好的保护人类赖以生存的环境，从可持续发展的角度来看，应采用具有高效节能的空调冷热源系统。

该工程选用土壤源热泵为基础的冷热源，为整栋建筑提供冬季采暖用热和夏季空调制冷。主要原理是通过利用热泵技术，冬季将蓄存于地下土壤中的热量取出来用于供暖，同时把冷量蓄存于地下土壤中，夏季又将蓄存的冷量从地下土壤中取出来用于空调制冷系统，如此往复的在冷热源交替应用过程中，真正实现了能源的可再生化高效利用，是一项可持续发展的新能源形式。因此，土壤源热泵系统是一种可再生能源开发和利用的技术。

2.2 太阳能利用

可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等多种形式，开发利用可再生能源是可持续发展战略的重要组成部分。太阳能既是一次性能源又是可再生能源，资源丰富，环保无污染，应大力提倡在建筑中广泛应用。

根据工程的能耗特点分析，主要集中在照明、空调、采暖、电梯、电脑、给排水系统、热水供应等方面。本项目对太阳能的利用主要体现在太阳能板和太阳能光伏系统两种模式。

该地区太阳能资源丰富，平均日照时数为2200-3000小时，年太阳总辐射量为5021.7 J/m2，适于太阳能光伏系统的使用。办公区屋顶及建筑外围护结构安装太阳能光伏系统，以收集太阳辐射能，并通过供热管道把加热的水、空气等热媒输送至房间，为办公楼提供供暖，鉴于太阳能具有分散、不稳定性、间断等特点，根据基地环境对建筑物进行合理布局，科学设计建筑外部形体和内部空间的被动式太阳能采暖，以达到节能减排的要求。太阳能板的利用主要体现在建筑屋面以及综合楼办公、生活区东西山墙安装的太阳能光电幕墙，收集太阳能资源，既为办公空间提供室内照明用电，又为员工宿舍提供生活热水用电，成功避免了综合楼西晒。

2.3 相变储能墙体应用试点

相变蓄能墙建筑将潜热存储技术应用在建筑围护结构中，结合太阳能、自然通风等被动式方式，可以提高围护结构的蓄热、蓄冷能力，降低室内温度波动幅度，减少建筑物供暖、空调设备的运行时间和能耗，达到节能降耗和提高热舒适度的目的。

本项目拟选取示范建筑中的部分典型房间作为应用对象，分析选择得到适用的复合相变材料，寻找合适的墙体结合方式，研制出相变温度在室内空调、采暖设计温度范围内的相变蓄能墙体，提出含有相变材料的被动式蓄能房间的设计方法，在夏季，研究相变材料与自然通风合理的综合利用方式，来提高夜间自然通风将白天蓄存热量排放的效率，进而促进相变材料以一整天为周期蓄排热量的能力。

2.4 照明节能技术集成应用

首先，基于照明使用功能分析，研究其对光源、灯具、照明指标、照明方式和控制方法的使用需求，在满足照明使用功能的基础上，分析能耗组成特点，通过改进照明设计方法、选择高效光源灯具、优化照明控制方式等手段，探求照明节能新技术和新方法，然后通过 Dialux 和 Daysim 软件，对所提出的“基于使用功能的照明节能新技术和新方法”进行计算机模拟研究，分析其照明效果及能耗状况，进而对技术方法进行修改和完善。

其次，在上述研究基础上，进行照明节能控制监测硬件和软件开发，通过光线检测模块、声音控制模块、红外探测模块和触控模块的综合应用，并与光源特点相结合开发照明节能控制监测系统。在时间上，该系统可根据人流情况进行照明开启时间调节；在空间上，根据人群分布进行照明开启区域调节；在指标上，根据自然光分布进行自适应照度调节；最终同时实现综合照明能耗的实时监控，形成一套集声控、光控、触控及人体感应于一体的绿色照明节能控制监测系统。

2.5 地板辐射供热制冷

低温地板辐射采暖系统（见图3）是一种将加热埋管置于混凝土埋管层中，让低温热水在管内循环流动加热整个地面，然后通过辐射和部分对流供暖方式向室内散热的一种供暖形式。

图3 办公区声控光感照明示意图

本项目安装的低温地板辐射采暖系统，采用“分户计量，分室调温”的方式，具有节能、环保、舒适、方便、使用寿命长、高效节能、经济效益可观等一系列优点，而且地板辐射供冷系统没有风机，大大较低了耗电量，有效改善室内环境，通常地板辐射供冷系统比常规空调系统节能 30%～40%，例如美国劳伦斯伯克里实验室使用美国全境各地气象参数对商用建筑进行模拟试验得出结论，地板辐射供冷系统比常规空调系统节能 30%。

3、从使用者方面

办公建筑不仅仅只是单纯的为人们提供办公空间和场所，而是在满足基本功能的基础上，以追求最大的舒适度，才能有效提高工作效率。据统计，上班族一周在办公室的时间占据了整个人在活动空间的绝大部分，可见办公环境的重要性。办公环境的不断升级跟社会经济的快速发展存在必然联系，从建筑形式、结构、功能、材料、技术手段等多个方面不断创新，从最初简单的几何形體向形体复杂化、功能完善化、形式多样化转变，尤其是在现在高能耗、高污染、多重压力这个大环境生活的人们，更加向往接近大自然的办公场所。

人类在追求高品质办公环境的同时，还要懂得保护环境、节约资源，方能达到共赢。提高使用者的节能意识是减少办公建筑能耗的重要环节，从走访调查中得出，大多数办公人员缺乏节能意识，在使用空调的情况下开启门窗，或者在无人办公的情况下，空调和办公设备一直处于运行的状态，以及在白天日照条件非常好的情况下继续使用灯光照明等浪费资源的现象。这些问题的产生主要是使用者缺乏节能意识，以及公司的节能管理制度不够完善。

因此，绿色建筑要保持可持续发展的生态环境，不仅要从建筑设计、施工、选材、环境选择等方面进行考虑，而且要加强建筑的后期管理，完善各种配套设施，根据绿色建筑的标准建立办公建筑的运营和管理制度。

二、结束语

通过实际案例，分别从设计、技术、使用者以及关于绿色建筑国家制定的一系列法律法规等方面对办公建筑设计做进一步探讨。对办公建筑的外围护结构、自然通风、自然采光、地源热泵、新能源利用等几个方面进行详细概述，以求在当今建筑资源遭到严重浪费的情况下，探索出一种崭新的设计思维和模式应用到办公建筑设计中，倡导最大限度的节约资源，保护环境，减少能耗。