西北地区绿色建筑技术综合应用

陕西建工集团总公司 西安 710003

1 工程背景

西安属于暖温带半湿润的季风气候区，年最高气温40 °C左右，年最低温度零下8 °C左右，年平均降水量558～750 mm。在国内没有同类型绿色建筑工程可参照条件下，基于地区气候和资源状况，进行技术综合应用和技术应用的地域化开发，成为本项目研究需解决的首要难题。

在项目研发初期，课题组通过大量的现场调研，克服了当时国内缺乏大型综合性绿色节能建筑的困难，提出了“开源节流”的超低能耗建筑技术路线，将“节省资源、节约能源、保护环境、以人为本”的生态理念贯穿建筑设计始终，确定将资源中心建设成集绿色、节能、生态、低碳于一体的科技示范建筑。

尔后，总结出适宜于西北地区气候特征的绿色建筑技术策略——以建筑的体型、构造、遮阳措施改善建筑的物理环境，利用大地资源作为冬季采暖夏季制冷的主要能耗来源，力求最大限度地降低建筑的主要能耗，并辅助其它节能技术，如节材、节电、节水、太阳能利用等技术，来减少建筑对环境的影响（图1）。

2 某项目建筑集成创新

2.1 采用数据模拟技术设计总体布局与体型系数

合理的总体布局与体型设计是降低建筑使用过程中能源消耗的先决条件。通过DEST模拟技术，研究建立了建筑体形系数S与建筑能耗之间的关系：

图1 西北某项目绿色低碳技术策略

（a）S＜0.3时，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率为0.5%～2.3%，空调增加率为0.5%～2.1%；

（b）0.3＜S＜0.4时，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率为2.6%～5.0%；空调增加率为2.3%～3.9%；

（c）0.4＜S＜0.5时，S每增大0.01，全年采暖能耗增加率为5.2%～7.6%；空调增加率为4.1%～5.7%。

基于上述研究，本项目的整体规划采用了南北方向布置，在满足建筑功能需求的前提下，使得大部分房间获得了面南的好朝向，达到采光通风的最大化。并且尽量简化形体，将建筑的体形系数控制在0.19，努力降低围护结构的表面积，为建筑节能提供有利条件。

同时还通过计算机模拟技术，对建筑的自然采光水平进行了二次优化设计，通过下沉庭院实现地下空间自然采光率达到13%，建筑整体的自然采光满足率达到94%，远超过国家相关标准的要求。

2.2 围护系统

2.2.1 墙体保温系统

建筑外墙保温性能的优劣直接影响着建筑能耗的高低。项目坐北朝南，南面区域为4 层和5 层，根据不同朝向，将保温层厚度略有所不同：玻璃丝棉保温板东西向厚120 mm、南北向厚100 mm。

2.2.2 屋面保温系统

西北地区对于昼夜温差和季节性温差的影响都会远大于墙体。所以采用了厚120 mm的挤塑聚苯乙烯保温板（XPS）倒置式屋面保和种植屋面。

2.2.3 门窗系统

窗户作为外围护结构保温的薄弱环节，其能耗约占整个建筑使用能耗的40%～50%。项目在有外窗采用了断热铝合金LOW-E中空玻璃窗。

3 设备系统集成创新

3.1 土壤源热泵+高温水制冷系统

该工程使用了技术先进的“土壤源热泵+冷梁末端”系统。热响应试验得出本工程设计参数，效率优于常规空调45%以上。

3.2 多种形式的遮阳系统

3.2.1 金属机翼遮阳系统

西南立面日照受高度角影响较大，采用水平金属机翼遮阳系统，该系统可根据太阳高度自动调节百叶的角度，阻挡多余光线的照射，降低建筑室内的辐射热。夏季节约空调能耗约20%以上，冬季节约采暖能耗约15%。西立面日照强度较大，在有开窗的位置采用了固定遮阳系统。

3.2.2 燕尾型遮阳膜系统

中庭、前庭部分，为防止因为温室效应而造成的室内过热，对中庭、前庭空间的空气对流、通风来改善环境温度，降低能耗，并且在中庭、前庭顶部安装了电动遮阳膜系统（图2）。该系统可以根据太阳辐射的强弱以及温度的改变自动进行图案变化，有效减少了太阳辐射热，综合提高节能效率40% 以上。遮阳膜的图案变化并不是简单随意的，而是通过大量计算机模拟计算，得到的遮阳膜开启面积与室内温度的耦合关系，形成16 个不同的图案。

图2 燕尾型遮阳膜

3.3 非传统水源利用

项目屋面雨水全部收集，地面雨水处理渗透，并将处理过的雨水用于园区内植物的灌溉、浇洒道路、洗车和景观补水。建筑的雨水汇水面积28 000 m2，按西安市年均降雨量计算，年均可直接利用的雨水量达到11 657.1 m3。然而在中水系统的设计中，考虑基地周边已经设置了市政中水管网，并且建筑自身运行所产生的污水量较小，独立建设中水系统不够经济，因此，采用并入市政管网的方式，以实现节约能源的目的。

3.4 太阳能光热光电技术与LED智能照明系统

项目中安装了240 块的多晶硅太阳能光电板和面积196 m2的太阳能集热器，用来提供公共区域和地下空间的照明用电以及全楼的热水需求，而地下室的照明系统均采用节能效果更优异的大功率LED灯具。

4 绿色施工技术集成创新[1,2]

在实践过程中，建筑大量的使用了轻集料小型混凝土空心砌块、再生混凝土、掺合料混凝土等“绿色建筑材料”来代替部分自然资源，从而达到节省能源、节约资源，改善生态环境的目的。并且在内部的装饰装修材料中均采用了质量优、环保性能佳、安装简便、省工省料、能再生或可降解利用的“质优、健康、安全、环保”材料。

此外，在现场施工中还采取了多种合理利用建筑废料的方法，如方木接长再利用过程、废旧多层板再利用方法、钢筋下脚料的再利用等。

5 项目示范实施效果

研究设计的该项目，建成使用一年后的实际年耗电量为1 729 022 kW·h，单位面积能耗为 43.59 kW·h·m-2·a-1，而目前普通大型公共建筑单位面积能耗一般在100 kW·h·m-2·a-1左右，本项目每年能够节能223.74 万kW·h，能够节省约268.5 万元资金。

该项目建成后一年总耗水量为17 897 t，其中非传统水源利用量为7 468 t，占总用水量的41.73%，即本项目接近一半的生活用水消耗来源为非传统水源。

绿色建筑综合技术在该项目中的应用研究，以新技术为主导，针对建筑全寿命的各个环节，通过科学的整体设计，全方位体现“节约能源、节省资源、保护环境、以人为本”的基本理念，创造高效低耗、无废无污、健康舒适、绿色平衡的建筑环境，提高建筑的功能、效率与舒适性水平。建筑实际运行总能耗为同类型建筑能耗的1/3，其建筑性能与指标达到“国内领先、国际一流”的水平，其中多项单项技术也在国内处于领先地位。