谈高层办公楼节能设计

张 鹏

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

1 高层办公楼主要能耗分析

1)自身定位导致其能耗特点。与同等占地面积的低层及多层办公楼相比较，高层办公楼其容纳人数以及信息处理量都要大的多，导致其能耗消耗的方面也要多出许多。具体表现在其内部公共电梯的运行、室内通风及空调系统的运作、分区供水、分区供暖等方面都要消耗大量的能源。其中通风及空调系统、日常照明系统、垂直交通的动力系统和办公弱电系统是整个单体能耗最为主要的四部分。通风及空调系统耗能量大约占整个能耗的50%以上、日常照明系统大约为20%、垂直交通的动力系统大约为10%、办公弱电系统大约为10%，4个系统大约占到了整个能耗的90%以上。同时办公建筑还有这一些自身能耗消耗的特点，具体包括以下几个方面:a.日常照明系统能耗偏高;b.人员密度较大，导致其内热源量大;c.白天人员集中，夜晚人员稀少，导致其能耗高峰过于集中。2)自然采光通风利用率低。高层办公楼设计时常采用方、矩、圆形的形式，导致其办公空间常围绕交通核心布局。设计进深尺度一般在8 m～12 m左右。自然光线很难满足这样进深的采光要求，从而致使人工照明方式增加。高层办公楼设计时由于进深尺度较大，同时办公楼内部人员较多，单纯的自然通风无法满足其内部的要求。导致其空调系统使用率较高，从而急剧增大了空调及通风系统的能耗。3)外围护结构保温隔热能力偏低。单体外围结构包含屋面、外墙、外窗以及室外悬挑部分的底、顶板等部位。高层办公楼，它的外墙竖向面积是在这几个方面中最大的部分，所以其外墙与外窗的保温隔热效果决定其整体保温隔热效果的决定性因素。当下高层办公楼外墙基层大部分采用加气混凝土墙面，外装饰面大体为两种形式:其一选用干挂石材墙面配以洞窗;其二是采用大面积玻璃幕墙配以干挂铝塑板墙面。以上两种外墙设计符合当下的规范规程，但是其外窗开启扇面积小，不能满足完全自然通风条件。使得室内空调通风系统长时间运行导致其能耗增加。采用幕墙时大部分仅用玻璃作为其保温层，由于玻璃自身调节能力很弱，导致室内空调通风系统长时间运行以平衡室内温度，急剧提高了空调系统耗能量。

2 高层办公楼节能方式分析

1)提高建筑物朝向合理性。在初始设计及单体定位时，确定相对较好及合理的建筑定位以及主要朝向，使得单体可以增加光照时间、有较好的自然通风条件。这样一来可以尽可能的减少人工采光范围以及机械通风范围。

2)提高自然光照及通风能力。要提高建筑物自然光照及通风能力就要尽可能减小单体总的进深尺度。在用地范围允许的前提下，主体标准层布置尽可能的趋向于板式布局、交叉式布局。减少筒式布局的出现几率。这样一来减少了单体的总进深尺度，增加可以自然光照及通风的几率。其次，改变单体平面形式。高层办公楼的平面形式中尽可能的出现内院布局或者中庭布局的设计，可以提高其自然光照及通风的能力。也可选用立面边庭布置，通常手法为隔几层设置一个或多个能与室外相连通的通体空间。在边庭内部可以放置盆景或者栽培一些绿色植物，这样不仅可获取更多的自然光照外，还可改善室内通风能力，创造垂直绿化空间，提高空气自然过滤能力以及办公环境。室内自然风大体可以通过两个方面来提高，一方面在设计时对单体空间的形式进行合理规划，尽最大可能创造有效的“穿堂风”，在板式单体中有较好的体现。对于点式以及塔式建筑，需要最大化的组织两相对垂直的墙面窗户间的有效通风环境。当单体外墙面大面积选用玻璃幕墙时，其一需要尽最大可能提高开启扇的面积。其二利用办公楼“间歇使用”的特点来提高自然通风效率，最有效的方法就是采用双层楼板，同时设置相变材料提高夜间的蓄冷量。其三外层幕墙采用双层中空(或内部填充惰性气体)玻璃来提高保温效果。在相对技术发达的欧洲各国已经大量的利用夜间通风技术，我国还处在起步阶段，这种技术可以大幅度的提高单体的换热效率，应得到有效的大面积推广。

3)有效提高各围护结构节能效率。我国现有高层办公楼外围护结构大体可以分为实体围护结构和透明围护结构两大类。由于高层办公楼外围护结构大多不承担主体建筑的受力，所以其材料的选择也相对多样化。但是结合我国现行的节能设计规范及地方规程来看，外围护结构应尽可能的选用导热系数相对较低的空心砖砌筑或加气混凝土砌块砌筑，同时还需要添加外墙保温。在设计时还需要有效的控制其墙面的窗墙比，当选用幕墙是可以适当降低玻璃幕墙的使用范围。当砌体部分已经达到节能规范及规程要求后，其他透明部分需注意以下方面:a.尽可能降低使用玻璃幕墙的范围;b.合理控制外墙的窗墙比，尽可能的提高可开启扇面积;c.选用单框双玻中空玻璃同时选用传热系数相对较低的框料;d.根据单体需要增设单体部分朝向的遮阳设计，从而降低室内空调的使用频率;e.在采暖与非采暖空间处增设保温层以降低采暖部分的热能损耗;f.在设计时尽可能的降低冷、热桥的出现，从而提高建筑整个单体的保温效果。

4)有效提高垂直交通的利用效率。根据办公建筑的使用特点可以合理规划电梯的使用。例如多部电梯联动设置其控制系统使得电梯的无效运行率尽可能的降低。在夜间可以适当的关闭部分电梯以提高其使用效率。

5)较多的利用可再生能源。单体的供暖系统可以采用地源或者空气源的提供其供热热源，从而降低对常规能源的使用频率。同时在其他能源部分的使用方面，可以开发可再生能源来减少对常规能源的使用频率。例如太阳能、风能、水能、生物质能等。这样可以大幅度的降低通风及采暖系统的能源消耗。

随着我国节能设计的日趋成熟和规范，高层办公楼在节能方面有很多的地方可以提高和改进。这将是摆在我们设计人员面前的一个新的课题，只有通过大家的共同努力才能有效的得以实现。本文只是就高层办公楼的部分节能设计方面做了一些分析，可能有很多地方还没有涉及到，希望可以通过这篇文章达到“抛砖引玉”的效果，使大家更多的重视这方面的探讨和研究，从而使高层办公楼节能设计有一个质的飞跃。