“生态谷”建筑群的生态及节能技术研究

季旺然

内容摘要：“生态谷”将地源热泵技术、太阳能热水技术、太阳能光伏发电技术和雨水收集净化及湿地循环水系等成熟的生态节能技术，实践、应用于中国石油大学国家大学科技园“生态谷”项目，结合黄河三角洲地区的多风、盐碱地的区域特点，总结、形成有地域特点的生态建筑节能技术体系。

关键词：“生态谷”；节能技术；生态建筑

Abstract: "eco-valley" will be ground source heat pump technology, solar water heating technology, solar photovoltaic technology and rainwater collection purification and wetland circulation of the water system and a mature eco energy-saving technologies, practices, applied to the China Petroleum University National University Science Parkecological Valley "project, combined with the Yellow River Delta and windy, saline regional characteristics, and summary of the formation of the geographical features of the ecological building energy-saving technology system.

Keywords: ecological Valley; energy-saving technologies; ecological building

中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

一、生态谷——历史命题下的论据

黄河三角洲作为中国最后一个待开发的大河三角洲，多年来一直受到国内外的广泛关注，党和国家领导人多次视察该区域并作出重要批示。国家先后把发展黄河三角洲高效生态经济列入“十五”计划和“十一五”规划。

2009年11月23日，国务院批复同意《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，这也标志着黄河三角洲开发建设上升为国家战略层面。发展绝不以破坏生态为代价，高效生态，可持续性发展这是黄三角战略建设的一大命题。

中国石油大学国家大学科技园“生态谷”项目建设正是在这一历史背景下上马开工的。为打造生态型科技园区，“生态谷”项目在规划设计和建设中引入绿色环保和可持续发展的设计理念，结合黄河三角洲区域独特的气候、环境、地质、植被、经济、人文等特点，通过采取围护结构节能技术、地源热泵盐碱地区应用、太阳能热水系统、太阳能光伏发电系统、雨水收集净化及湿地循环水系、盐碱地改良和耐碱植物育种等关键技术，改良、研发符合黄河三角洲地区气候和地质条件的生态技术，并将其有机集成和创新，形成适合区域特点的生态园区和绿色建筑集成技术体系,努力构筑生态型、低能耗建筑示范园区，并为国内科技园区建设提供示范。

如果说，把高效生态可持续的黄三角比作一个承载亿万生灵生生不息的母体，那么“生态谷”恰似其为人所探寻的“不老基因”，而生态及节能技术无疑成为解锁这一基因构造的关键密码。

二、生态与节能脉络生态谷——基因密码解析

生态谷”项目总建筑面积21万m2，其中8.1万m2建筑和其周围的建筑环境作为项目示范的载体。8.1万m2的示范建筑包括总面积4.2万m2的企业研发总部基地（包括1.8万m2中心岛10＃～19＃10栋单体研发楼和2.4万m2东研发组团6栋研发楼），3.9万m2黄河三角洲可持续发展研究院（又称“绿叶组团”）。截止2010年4月底，企业研发总部的10＃～19＃单体研发楼已经投入使用，东研发组团6栋研发楼已完成施工；绿叶组团正进行主体施工，预计年内投入使用；中心岛的绿化工程已基本完成；中心岛东部的水系支流已建设完成，并已注水；“三潭”的土方工程基本完工，正在砌筑挡墙，预计年内完成施工。下面分别对中心岛、10＃～19＃单体研发楼、东研发组团6栋研发楼和绿叶组团北楼的节能、生态技术施工及使用情况进行总结：

（1）中心岛

①旱地盐碱绿化工程已基本完成。用于绿化的植物均为东营本地耐盐碱植物，以草本类和灌木类植物为主，增加植物层次、丰富园林景色，给人们提供优美舒适的环境。植物种植后，降低了地表面的风速，减少了扬尘，净化了空气。植物叶片蒸发的水进入空气中，提高周围空气的湿度。生态谷的绿化大部分在园区中心部位，绿化及水面覆盖面积达到了70%以上，能有效吸收或大量反射太阳辐射，降低中心岛部位的温度，使中心岛底层空气压力高于周边空气压力，中心岛绿地净化后的空气由中心向周围流动，形成生态谷的区域空气循环。在没有风的天气下，这种区域空气循环能起到很好的净化、降温和加湿的作用。

②雨水采用建筑屋顶、道路、绿化带和水系四级收集。降雨时，屋顶的雨水通过排水管流到硬化路面，然后从硬化路面汇集到道路，在园区道路路边设计排水沟渠自然地渗透到绿地之中。降雨量大时，渗透到绿地的雨水达到土壤饱和含水量后，会形成径流，就近流入“一带三潭”水系，并通过水系循环将雨水收集到“三潭”中。在雨季中期时，“三潭”收集的雨水超过最高水位后，将多余的水通过排水管网排出园区，以保证园区在汛期时的安全。水潭内的水经过水生植物的净化，用于生态谷的灌溉工程。目前，中心岛10＃～19＃单体研发楼周围的道路和绿化带均已完成施工，“一带三潭”水系工程的“一带”工程也已完成施工， “三潭”的工程已完工。

③中心岛三岛周围安装了179盏220V的LED节能灯，其中庭院灯42盏，投影灯28盏，水底灯10盏，草坪灯99盏，节能率64％。

（2）10＃～19＃单体研发楼

①外墙保温技术：在施工图设计过程中对所用示范建筑的屋面、外墙、外门窗、接触室外空气的楼地板等外围护结构均进行了节能设计，达到公共建筑节能50％的规范标准。外围护墙采用加气混凝土砌块，屋面、外墙、接触室外空气的楼地板等外围护结构采用聚苯板或挤塑聚苯板外保温，其中某些外墙采用高性能墙体保温装饰板（简称罗宝板）。外窗采用辐射率≤0.25的LOW-E中空玻璃隔热铝合金单框窗，传热系数2.3W/(m2·K)。外挑构件、雨蓬、变形缝等围护结构热桥部位进行胶粉聚苯颗粒保温或聚苯板填充保温。

②除10#和19#研发楼外，其他研发楼均有中庭。中庭设有绿化、通风窗、采光顶等设施。中庭空间能调节、缓解人的各种活动，供人际间交流；它既是交通的枢纽，又是人们活动的中心，是多功能的综合体。这栋建筑的中庭顶部均有采光顶，白天透过采光顶的阳光为中庭提供重要舒适的光环境，并为雨中庭相邻的房间提供照明。晚上由中庭内的节能灯具为室内提供照明，节约了照明耗电量。中庭顶部设有通风窗，夏季和过度季节通过热压作通风，减少了空调的使用天数，节省了空调能耗。采光顶采用了Low-e低辐射玻璃，减少了夏季室外对室内的热辐射，也将少了冬季室内向室外的热辐射，减少了空调运行的能耗。

③地源热泵技术：10－19＃楼总面积约18000 m2，夏季制冷和冬季采暖采用地源热泵加风机盘管系统。总的制冷量2050KW，制热1760Kw，热泵机组、水泵及其他设备总共的用电功率为480Kw。根据楼单体、岛屿、水系分布，将10个楼分为3个区域，每个区域设置一个机房。为使机房最小限度影响景观，将机房设计为半地下结构，机房顶设置绿化、采光、通风设施。机房内部布局在满足功能需求的前提下尽量紧凑，屋顶采用种植屋面，与园区整个绿化形成一个整体。由于东营地质浅层部分为泥沙沉积形成，没有岩石等坚硬层，打井较山东其他地区成本较低。

（3）东研发组团6栋研发楼

①外墙保温技术与中心岛10＃～19＃单体研发楼相同。

②6号楼中间有中庭，中庭高23.4m，竖向贯穿6层，中庭顶部有采光顶和通风窗。当室内外温差为2℃时，中庭底层空气热压产生的室内外空气压力差约为2Pa，并随层数的增加递减。在夏初或夏末，通过热压作用产生的中庭自然通风能带走室内多余的热量，能减少了空调的运行天数，起到节能效果。

③东研发组团6栋研发楼使用地源热泵空调系统，设有2个地源热泵设备房，共采用13台模块化机组，每个泵房总制冷量为1300KW，制热量为900KW。该地源热泵工程正在施工。

④东研发组团6栋研发楼设计使用光伏发电技术。太阳能光伏建筑集成技术（BIPV）是在建筑围护结构外表面铺设光伏组件，或直接取代外围护结构，将投射到建筑表面的太阳能转化为电能，以增加建筑供电渠道、减少建筑用电负荷的新型建筑节能措施。该系统由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。6栋研发楼的屋面均安装太阳能电池板（组件），设计总容量为1MW，为园区内的建筑提供照明。

（4）绿叶组团

①外墙保温技术与中心岛10＃～19＃单体研发楼相同。

②绿叶组团设计使用地源热泵空调系统，采用4台螺杆式地源热泵机组，能效比达5.97，空调主机制冷量为1500KW，制热量为1000KW。

③绿叶组团北楼屋顶设计安装144组LPC47-1550集热器，合计集热面积900平方米，全年平均可以提供60℃热水50吨。采用太阳能与电锅炉相结合的供水方式全天为该建筑提供温度为60℃的热水。楼顶设置1.5吨缓冲水箱；设备间水箱总容积为50立方米，分为20立方米恒温水箱和30立方米储热水箱；缓冲水箱与设备间储水箱之间通过换热器进行换热，解决集热循环管道内结垢问题；在恒温水箱设置辅助加热装置。本系统一年得热量为189万MJ，折合成电能价值47万元，折合成天然气为25.5万元。根据计算，该系统投资可在3-4年内回收，系统设计使用寿命12年以上。同时减少二氧化碳排放所产生的社会价值远远大于系统投资的经济价值。

三、生态谷与生态建筑——基因遗传

根据东营的多风、盐碱、泥沙淤积的地域条件，中心岛的绿化和水系的设计施工，以及10栋单体研发楼和东研发组团的外围保护结构保温和地源热泵空调系统的实施过程中，总结黄河三角洲地区雨水收集、绿化种植、外保温和地源热泵的实施经验。

（1）园区水系的土壤下铺设了防渗膜，防渗膜能阻止浅层土壤的水向深层土壤渗透，并阻止深层土壤的盐碱向浅层土壤扩散。雨季时地表面的雨水渗入浅层土壤，提高浅层土壤的含水量，为植物生长提供必要的水环境。遇到大雨时，浅层土壤吸水达到饱和状态，多余的水通过渗透作用排到“一带三潭”水系中，即保满足了排雨水的要求，又为植物提供了良好的水环境。

（2）园区内用于绿化的植物均为东营本地耐盐碱植物，提高其成活率，降低后期的维护成本；绿化以草本类和灌木类植物为主，增加植物层次、丰富园林景色,给人们提供优美舒适的环境。

（3）黄河三角洲地区多大风，外墙保温采用罗宝板，聚氨酯的高效保温隔热功能和铝板的装饰、耐腐蚀的特性于一体，真正做到了干法施工，最大程度上避免了冷桥的发生。罗宝板通过复合龙骨与墙体连接，避免了负风压区EPS保温板的脱落。

（4）由于东营地质浅层部分为泥沙沉积形成，没有岩石等坚硬层，打井较山东其他地区成本较低。室外打井时，分析土层的构成，根据施工技术人员的经验，将室外埋管深度定130m左右，埋管采用PE管线，强度高，耐腐蚀，寿命长，效果好。