装配式绿色超低能耗办公楼案例评析

文／吕岩松 广州建筑产业研究院有限公司 广东广州 510663

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孙 虎 广州建筑股份有限公司 广东广州 510030

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1.工程概况

本项目装配式绿色超低能耗办公楼位于广东省广州市天河区智慧城，东至智慧谷、南至天蕴路、西至中国电信亚太信息引擎。场地内现有两幢厂房及一栋钢筋混凝土办公楼，新建装配式绿色超低能耗办公楼位于已有办公楼左侧。本项目新建装配式绿色超低能耗办公楼建筑高度9.8 m，总建筑面积约800m2，共计3 层。本项目通过采用高效围护结构，拟打造成为高端、绿色、健康、舒适的超低能耗办公项目，如图1 所示。

图1 办公楼效果图

采用装配式建造方式，主体结构采用轻钢结构，内外墙均采用模块化预制墙、围护墙与保温、隔热、装饰一体化[4]。方案设计以装配式绿色低能耗为建设目标，充分考虑选址与交通、可持续场址、能源与大气、水资源利用、材料与资源、室内环境质量等方面的需求，融入低碳环保的设计理念。被动优先，主动被动技术结合的设计原则，在对资源及能源进行合理利用的同时，为使用者提供一个舒适健康的办公环境。

2.装配式绿色建筑技术措施

在建筑设计中，想要实现建筑超低能耗，建筑围护结构的保温隔热性能至关重要。主要分为外墙，屋面及外门窗，如表2 所示。这三大部位的隔热、遮阳和通风指标将直接影响着建筑采暖和空调负荷的能耗。采用热工性能指标更加优良的外墙、屋面和外门窗构造体系是低能耗建筑的基本保证[5]。

中国的夏热冬暖地区包括广东、广西、福建南部、海南、香港、澳门以及台湾，本项目位于广东省广州市，是我国夏热冬暖区的典型代表城市。夏热冬暖地区夏季时间较长，气候较为炎热，冬季时间较短湿度比较大,因此建筑热工设计需充分满足夏季防热需求。夏热冬暖地区建筑节能技术对于材料选择有着很高的要求，因此在选择围护结构材料时，需要注意此地区的气候特殊性。

2.1 屋顶构造

屋面采用干式施工法进行设计。上人屋面由上到下采用：1:3 干硬性水泥砂浆25mm+TPO 高分子防水卷材1mm+纤维水泥板10mm+挤塑聚苯板100mm+空气层50mm+楼承板1mm。种植屋面由上到下采用：无机种植土400mm+排（蓄）水板20mm+TPO 高分子防水卷材1mm+纤维水泥板10mm+挤塑聚苯板100mm+空气层50mm+楼承板1mm。

根据《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2015)第3.4.1-1 条，夏热冬暖地区屋面的传热系数应≤0.90。采用斯维尔节能软件计算，两种屋面的传热系数基于国家标准要求均提高70%以上，如表1 所示。

表1 屋顶热工特性

2.2 外墙构造

常规建筑中墙体的热量损失占建筑物围护结构热量损失的45%，因此本项目重视墙体节能，对外墙构造设置选择采用纤维水泥板12mm+岩棉50mm+纤维水泥板12mm的外墙内保温方式，通过在墙体内部填充隔热材料，能有效防止夏热冬暖地区建筑物外部热量的流入[3]。

根据《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2015)第3.4.1-1 条，夏热冬暖地区外墙的传热系数应≤1.5，因此外墙的传热系数基于国家标准要求提高43%，如表2 所示。

表2 外墙热工特性

2.3 外窗构造

外窗是建筑的眼睛，贯穿自然与室内对话的通道。外窗的节能主要集中在传热系数K 值和遮阳系数两个方面。传热系数是衡量由温差引起通过外窗的热流量的参数，是导热、对流和辐射三种传热方式的综合体现。因此K 值越大，窗户的保温隔热能力就越差，通过窗户的能量损失就越多。而遮阳系数则是体现玻璃阻隔太阳热辐射的能力，遮阳系数越大，玻璃阻隔太阳热辐射的能力就越差，进入室内的热辐射也就越多。因此，低能耗建筑外窗节能的重点在于选择高保温隔热性能的外窗构造及合理的遮阳系数[1][2]。

目前，控制外窗传热系数的技术主要有，增加空气层的数量、提高空气层的厚度、使用惰性气体填充、添加保温隔热膜、采用真空玻璃和采用良好的保温隔热性能窗框等。而控制外窗玻璃遮阳系数的技术手段则主要是采用具有光谱选择性的阳光控制膜如LOW-E 膜和SUN-E 膜等[1][2]。

本项目选用的外窗窗框为108 系列断桥铝合金，玻璃材质采用低辐射镀膜玻璃（low-E 玻璃），low-E 玻璃具有较高的透光率和较低的反射率，同时其绝热性能相比普通白玻更好，夏季能阻挡室外热辐射进入室内，适合用于以空调制冷为主的夏热冬暖地区。因此在本项目东南西向由于遮阳需要，外窗均采用6 高透光low-E+19A+6透明（内置百叶）的构造。采用内置遮阳百叶可以灵活调节采光照度且在太阳辐射遮挡上可以达到80%，对于空调及其他相关的遮阳、采光设备造成的能耗费用上可节约30%；北向全部外窗构造及东向大部分外窗构造均采用6高透光low-E+12A+6 透明的构造，如表3 所示。

表3 外窗热工特性

3.自然通风与采光技术

自然通风与采光是建筑的最基本功能之一，也是绿色建筑的主要技术之一。自然通风可带走建筑使用产生的余热，缩短空调运行时间。自然采光可减少室内用灯运行时间，达到节能的效果。

3.1 自然通风设计

办公楼一层主要功能房间的人行高度处的风速流线分布图，等值线间距为0.0636m/s 以内。迎风侧进风气流形成有效气流风速分布在0.0636～0.954m/s 范围之内。

办公楼二层主要功能房间的人行高度处的风速流线分布图，等值线间距为0.0386m/s 以内。迎风侧进风气流形成有效气流风速分布在0.0386～0.579m/s 范围之内。

办公楼三层主要功能房间的人行高度处的风速流线分布图，等值线间距为0.0471m/s 以内。迎风侧进风气流形成有效气流风速分布在0.0471～0.754m/s 范围之内。

通过模拟计算，均满足人体舒适度要求，如图2～7所示。

图2 首层人行风速分布图

图3 首层人行风速色阶图

图4 二层人行风速分布图

图5 二层人行风速色阶图

图6 三层人行风速分布图

图7 三层人行风速色阶图

3.2 自然采光通风设计

根据我国光气候分区图，广东地区属于IV 类地区，由此查得光气候系数K 取1.1，室外临界照度值取13500lx。在方案阶段采用绿建斯维尔采光分析软件（GB-DALI）对建筑每层主要办公区进行自然采光模拟。根据《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014 的8.2.6条款进行模拟计算，得出本建筑主要功能房间的室内空间天然采光达标面积为640m2，占主要功能房间总面积的80%，如图8～10 所示。

图8 首层采光系数达标图

图9 二层采光系数达标图

图10 三层采光系数达标图

4.太阳能光伏板设计

本项目利用原有钢筋混凝土办公楼的不上人屋面设置太阳能光伏板。采用高支架密封防水方式分布式光伏电站，进行“自发自用、余电上网”的并网光伏发电模式。初期投资约34.7 万元，采用“自发自用、余电上网”的模式。投资回报期如表4 所示。

表4 太阳能光伏25 年发电收益率

原有办公楼屋面约447m2的屋顶，光伏安装机面积330m2，预计安装168 块310Wp 单晶组件和12 块295Wp 双玻组件，装机量为66kWp，安装光伏年均发电量预计6.48 万度/年，25 年总发电量162.28 万度，如表5 所示。

表5 太阳能光伏25 年发电量

结语：

装配式绿色超低能耗建筑为装配式建筑、绿色建筑、低能耗建筑三个领域的交叉、融合和创新，三者之间相辅相成，其本质都是节约资源，以人为本，是我国建筑的新发展方向之一。本项目通过合适的技术措施实现装配式建筑绿色节能、健康适用的设计目标，对夏热冬暖地区建筑超低能耗提供技术方案，有效减少了资源与能源的使用，具有良好的推广及应用价值，是广州市绿色、舒适、健康、低碳的办公标杆项目。