城市综合体建筑节能设计研究

郭建峰 魏留明

1 河南建筑职业技术学院设备工程系

2 河南建筑职业技术学院工程管理系

城市综合体建筑节能设计应立足于整体规划，应从建筑的内外部被动节能，供暖通风与空气调节和给排水节能以及电气节能等主动节能，新能源的应用与节能管理三个方面进行综合考虑。本文基于郑州万科城项目，从城市综合体的主动节能，被动节能以及新能源利用，分析该项目的节能策略[1-2]。

1 项目基本概况

项目位于郑州高新区，用地面积为27466.65 m2，规划地上总建筑面积为 137228.39 m2，包含高层办公、商业、配套设施用房。总体功能为集中式商业及办公的综合体，商业在地块内集中设置，办公塔楼分设在商业周边，形成总体面向东侧城市的布局。

2 主动节能策略

2.1 供暖通风与空气调节节能

整个项目中，购物中心空调面积约47000 m2，集中设置一套中央空调系统，空调冷负荷约 7242 kW，热负荷约 5640 kW，冷源由地下二层制冷机房集中提供7～12 ℃冷冻水，热源由地下一层燃气锅炉房集中提供60/45 ℃中央空调热水和 50/40 ℃一层地暖采暖热水。节能措施有以下几点：

①组合式空调机组实行过渡季节全新风运行，利用室外新风消除室内余热、余湿。冬夏季机组加装有热回收装置，通风换气的同时完成将排风中所蕴含的热量转移到新风之中，实现能量回收，如图1 所示。

图1 排风热回收装置空调系统

②吊顶空调器采用温控技术，可以根据室温调节冷热水流量，空调采用自动控制技术，减少制冷机的运行时间。

③采取有效隔热措施对冷、热水和空调等管道进行处理，减少传输过程的能量损失。

④在商业区域，吊装式空调机组设置自动温控器，组合式空气处理机组采用变频技术，制冷机房冷冻水循环水泵采用变频技术，依据业主设定房间温度，通过调节送风量、冷（热）水流量来调剂室内温度。各个空调末端均匀独立的控制装置，可实现各自独立控制调节[3]。

2.2 给水排水节能

给水充分利用市政水压，系统合理分区及采用变频调速供水设备，以节省运行费用。各种不同用途的用水（绿化、消防、商业等）分别进行精确计量。本项目为全装修交付，马桶均为二级能效节水器具，水龙头，采用节水技术，设置加气垫，可节水 20%，马桶采用节水技术。节水措施如下：①充分利用城市给水管网的水压直接供水。②给水采取分区供水，入户管水压大于0.3 MPa 者设置支管减压阀。③按用水部门分别设置水表进行计量收费。④绿化用水采用微喷滴灌方式浇洒。

2.3 电气节能

按现行国家标准 《建筑照明设计标准》GB50034-2013 执行，采用高效节能光源，应急照明采用应急时能迅速点亮的光源。节能措施如下：

①主照明线路采用三相供电，以减少电压损失，并尽可能使三相平衡，以免影响光源的发光效率。

②减小照明系统线路损耗：选用电阻率较小的电缆；减小线缆长度；适当增大线缆截面，以降低线路的阻抗。

③地库照明采用集中定时控制，车道和车位灯具分区控制；塔楼公共区域灯具采用声光控制，商业公共区域灯具采用集中控制，塔楼楼梯照明采用红外延时控制，既满足使用要求，又有效节约电能。

④选用高效低耗变压器，本工程所有变压器均选用SCB13 节能变压器，变压器能效等级不低于2 级。使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷，减少变压器空载和负载损耗。

3 被动节能策略

3.1 外部被动节能

①体形系数设计：该项目建筑总平面的布置与设计，遵循被动节能措施优先的原则，充分利用天然采光、自然通风，结合围护结构保温隔热和遮阳措施，降低建筑的用能需求。建筑的总体规划和平面设计有利于自然通风。建筑的主朝向选择本地区最佳朝向或适宜朝向，且避开冬季主导风向。

②屋面设计：建筑的裙房部分设置有一个采光顶和一个中庭来满足建筑内部自然光照需求。采光顶和中庭的设置满足室内较好的自然采光，占屋顶面积的比例较小，防止室内得热过多。

采光顶材料为多腔塑料型材(6 mm 透明+12 空气+6 mm 透明)，玻璃的太阳得热系数0.75，气密性 6 级，可见光透射比0.71。这种可以有效地减少透过采光顶的热量得失。中庭遮阳为可调节式遮阳，其适应性较强，可以根据太阳运行轨迹确定阳光入射角度，从而确定遮阳角度。

③立面设计：项目在设计时，充分考虑到实施的可行性与经济性，尽可能控制玻璃幕墙面积，立面采用铝板，玻璃及弹性仿石涂料及石材，形成立面虚实结合的生动效果，从而实现绿色节能的目标。

3.2 内部被动节能

1）内部空间功能布局的节能

本项目总体功能为集中式商业及办公的综合体。商业在地块内集中设置，办公塔楼分设在商业周边，办公室采光面为侧面采光，均不为正面采光，对人不会造成眩光。形成总体面向东侧城市的布局。沿科学大道设置套型建筑面积 45 m2的 LOFT 产品，凸显产品5.05 米层高的优越品质，也利于突出地标形象。由于该项目内部空间功能布局集中设置，可以使项目内部空调系统分区控制，达到减少空调系统能耗的目的。

2）内部空间组织形式的节能

在前期的设计中可以从剖面入手将建筑体进行竖向热力分区，根据不同功能对制冷量与产热量的需求布置在适当位置。在进行综合体垂直向的业态分布设计时，在考虑人流量的同时，将制冷需求低的功能空间设在建筑上部，如影院和餐饮空间，其主要以静态活动为主、产热量少。将制冷需求高的空间设在建筑的中下部甚至置于地下，如超市、零售、主力店等，这种空间主要以动态活动为主、产热量大[4]。

4 新能源的应用

本项目中对于太阳能的利用主要体现在自然光导技术上，涉及到采光罩在建筑上的安置，光导线路的铺设，照射器与室内空间人工照明灯具的结合。本项目的采光罩安装在综合体的顶部，经采光罩采集的阳光经光导纤维线路传输到建筑室内，线路的布置结合了电路以及暖通空调管线的布置，做到空间的高效利用。

此外，本项目中还使用了太阳能空调技术，将建筑外部集热器与建筑屋顶遮阳构件进行整合设计，用于制备热水时其倾角与当地纬度数值一样，达到既满足维护结构的功能又不影响美观的效果。

5 结论

通过该项目中实际应用的被动节能，主动节能及新能源利用进行总结，提出了河南省北部地区城市综合体绿色节能的具体设计方法，为建筑师在建筑节能设计实践中提供理论依据，具体可归纳如下：

1）被动节能

①合理利用多种形式中庭，有效实现自然采光与自然通风，以被动方式降低建筑内部空间的能源消耗。

②合理利用建筑布局、建筑空间等方式，有效促进建筑内自然通风。

③建筑广场入口空间的合理尺度控制，实现建筑空间的合理缓冲，有效组织人流，并利用一定环境因素进行节能设计。

2）主动节能

①因为河南北部地区过度季节明显，组合式空调机组实行过渡季节全新风运行，利用室外新风消除室内余热、余湿。冬夏季机组加装有热回收装置，通风换气的同时完成将排风中所蕴含的热量转移到新风之中，实现能量回收。

②采用适宜技术，有针对性地采用不同方式照明，有效降低建筑内照明能耗。

3）新能源的应用和节能管理

①利用新能源技术，实现建筑一体化设计。

②合理设置建筑设备管理系统，即楼宇自控系统，对综合体内机电设备的运行状态进行实时自动监测和节能控制。