主动式低能耗建筑实践——威卢克斯（中国）办公楼

臧海燕 赵金彦 郭成林 / ZANG Haiyan, ZHAO Jinyan, GUO Chenglin

专注力、创造力与生产力是当下人们对工作的三大要求。优秀的建筑作品，能够创造良好的环境，当员工身处其中时，专注力和创造力能得到最大的发挥，进而提高企业的生产力，为社会做出贡献。同时又对地球气候和周边环境有益。

作为一种建筑理念，主动式建筑（Active House）致力于在不对气候造成负面影响的前提下为居住者创造更为健康和宜居的生活体验，其要点为舒适、环保、节能三者的统一。它为未来建筑提出了宏伟愿景，并通过全面均衡的建筑设计和各项性能优化解决方案，联合各方面力量，促进项目建设、产品开发、研究和性能评价等方面的合作，不断朝着这一愿景前进。

1 项目背景

威卢克斯（VELUX）总部设于丹麦，是世界著名的屋顶窗生产厂家。坐落于河北省廊坊市的威卢克斯中国公司办公楼（下文简称“威卢克斯办公楼”），采用了欧洲最新的主动式建筑设计理念。

威卢克斯办公楼（图1）距离中国首都北京仅45km，是一座集管理、销售、技术等部门于一体的办公建筑。这座两层楼的建筑采用梯形构造、镂空平屋顶和斜壁设计，东西长49.35m，南北宽20.4m，楼高9.83m，是50名员工的办公场所，同时与窗户生产厂房共享一系列的设施。

该项目于2013年6月竣工，其运营能耗远低于其他中国标准的办公建筑。它在改善工作空间的同时，最大程度地降低了对环境的影响，从而创造了让人和环境都受益的工作空间。

2 设计理念

2.1 明亮的未来建筑

水、空气和日光是人类生活不可或缺的3大元素，也是威卢克斯办公楼的设计着眼点。设计的目标是打造一个舒适的办公空间，将明亮的采光、健康的室内环境、优秀的能源效率带给使用者和地球环境。

立面设计是低能耗建筑物的关键，需要从中找到采暖、散热和采光的完美平衡。建筑师非常关注建筑物外观设计在能源效率中的重要作用。通过“智能”的立面设计和门窗布局，可以在冬季被动式太阳能供暖、夏季遮阳、日光捕获和自然通风之间找到制衡点。

设计之初，建筑师就遵循上述原则，致力于打造一座以中庭为中心的紧凑式建筑物（图2）。紧凑式建筑物在施工和能耗上拥有很大优势，与绝大多数传统办公楼相比，梯形的设计更富动感（图3～6），传递出阳光在屋顶窗间流动跳跃的感受。

2.2 开放的内部空间

阳光透过倾斜的建筑立面直射入建筑物内部。办公室之间的玻璃隔墙、开放式楼梯和吊顶缝隙均保证了室内完美的日光覆盖。白色的墙体和吊顶，既美观又经济，且最大程度地降低了照明用电（图7）。

然而，白色并非威卢克斯办公楼的唯一色调。木制的隔音墙、柔亮的木桌和缤纷的花台为办公区域增添了一抹自然灵动的色彩。两层楼间布置了各式各样的软垫椅、软躺椅和小沙发，是员工小憩、品咖啡和非正式会议的好去处。

建筑物的基本结构使得每一寸内部空间都能物尽其用。室内减少了办公区域的承重墙，使内部空间使用更加灵活，可以根据不同需求对会议室和办公区域进行布局。

图2 建筑平面

图3 建筑横剖面

图4 建筑纵剖面

图5 梯形建筑外观

图6 外立面夜景

图7 二层开放式办公空间

员工在优美宽敞的工作环境中，效率得到了很大的提高。到访的来客也对办公建筑印象深刻，舒适愉快的办公空间和节能窗等产品的展示有机地结合在一起，很容易得到最直观的体验。

3 节能技术

3.1 采光与遮阳

3.1.1 触手可及的天空

在建筑的立面、屋顶及地下室采光井，巧妙地布置了由296樘威卢克斯窗组成的多条采光带，成为新办公楼的外在亮点。

建筑中庭和立面的组合采光窗带来了充足的日光，在减少对人工照明依赖降低照明能耗的同时，创造了独特的工作环境（图8）。在工作时间，几乎无需人工照明。建筑立面采光带下排窗可手动操作，上排高位窗则采用了智能传感器控制，根据室内空气质量和温度自动开关（图9）。

办公楼的导光管（图10）采用了高弧形复合（SunCurve）日光集滤系统，具有高效采集、传输日光和漫射光线的作用，可将清晨及傍晚更多低角度的入射光最大限度地捕获并传入导光管内。导光管采用专利现场组装技术，安装方便，无需螺丝连接，避免变形降低反射率。

3.1.2 采光分析

威卢克斯办公楼采用采光系数（Daylight Factor，DF）作为衡量采光性能的标准。采光系数是指室内某一设定点的照度与室外无遮挡的水平面上的照度之比的百分值，是常见易用的参数，用以衡量室内的日光量。采光系数越高，则室内的日光越多。平均采光系数达到2%或以上则室内采光足够。室内的平均采光系数如果达到5%，则可称为采光极佳。

图8 室内环境和采光

图10 采用SunCurve集滤系统的导光管和室内实景

图11 可视化自然采光分析结果

借助威卢克斯可视化自然采光分析软件（VELUX Daylight Visualizer），使用计算机模拟辐射完成采光系数分析（图11）。

3.1.3 遮阳系统

所有窗户都配有智能电控及手动式的室外遮阳帘、室内全遮光帘、复合多功能窗帘，可以根据室内温度及光照要求自动响应，起到避免阳光直射和隔热的作用。

（1）室外遮阳帘由高强度防尘黑色网状纤维制成，清洁维护方便，同时可有效地阻挡81%的热量进入，透光率为14%，阻挡紫外线入射的同时不影响使用者获得清晰的视景。卓越的耐候性使其在较少的维护条件下也可以长期使用。

（2）智能电动防控卷帘 （图12） 荣获了德国“红点设计奖”（Reddot Award），该产品采用铝合金材质，外覆灰色聚氨酯涂层，高性能的马达及机械装置，确保在极低的坡度条件下仍能正常工作，具有隔热、保温、遮阳、隔音等多种功效。

（3）智能电控全遮光窗帘操作灵活，安装简便，内侧采用防光面料，外侧涂有环保反射层。在关闭状态可遮挡全部光线，能阻挡65%的热量进入室内，冬季则可减少室内热量从窗户流失，提高窗户的保温性能。

（4）复合多功能窗帘具有全遮光窗帘和风琴窗帘的全部特点，可以根据需要阻挡全部光线，保证在室内采光充足的情况下不会产生眩光，更灵活地调节室内光线。

3.2 室内环境和通风

办公楼配备的建筑主动蓄热/冷系统（Thermo-Active Building Systems，TABS），是一种在混凝土板中层嵌入水管道的采暖/冷网络系统，兼具辐射供暖和制冷功能，提高了室内环境的舒适度。

在中国构建北欧风格的室内环境和设计，是一个宏大而富有挑战的工程，需要克服材料和工艺方面的重重困难。这个设想在该项目中得到了令人欣喜的成功：宽敞的室内空间与开放式的楼梯设计，使建筑物的功能发挥到极致。洛克风（Rockfon）悬吊式隔音板起到了很好的改善室内声学环境的作用。采用基于CO2控制的通风系统，可根据人口密度、数量和人类活动调节新风量。同时畅快自然的通风，有利于炎热季节的散热降温（图13）。

3.3 “隐形的”能效

图12 电动防控卷帘系统示意

图13 室内环境和通风示意

图14 节能技术示意

廊坊冬季寒冷干燥，作为办公空间，建筑物的内部热增量是确定冷热负荷的重要因素。通过采用以下节能技术（图14），该建筑取得了令人满意的节能效果。

（1）建筑主动蓄热/冷系统（TABS）：结合地源热泵和室外变风量系统机组，TABS不但舒适且可以大幅度节能。

（2）高效保温隔热且不透风的围护结构有效降低了冬季的热损失。岩棉保温地板：250mm厚；屋顶：200mm厚；墙体：200mm厚。

（3）基于CO2智能控制的通风系统。

（4）大规模使用的天窗系统（图15）和立面组合窗。

（5）太阳能集热器，用于室内生活热水供应。

（6）智能控制的室外遮阳帘，隔热效果佳，减少炎热天气的制冷耗能。

（7）热泵：利用土地热能，对建筑进行制冷或供暖。

虽然TABS绝大部分设备都是隐藏的，但是其在能源效率方面的作用却不容小觑。TABS在冬季夜晚，将地下热能通过管道中的水带到建筑物结构内，白天人们进入室内会感受到温暖如春；夏季夜晚可以把冷能储存在混凝土板内，在白天起到平衡峰值冷负荷的作用。当然，在极端炎热天气，仅使用TABS难以达到室内舒适度要求，此时通风系统就派上用场——它所带来的已调节了温湿度的新鲜空气足以平衡余下的负荷。

此方法与传统通风系统相比，需要的通风荷载要小得多，尽可能地减少了风扇和泵的能耗。

3.4 节能监控与分析

合理的节能监控分析是检测低能耗建筑的重要手段，为优化办公楼的性能，从施工开始就对能耗设备实施了个别监控，通过辅助计量器进行定期分析，检测可能的不足，并据此进行微调。

办公楼前台设置的能源检测控制中心屏幕上显示了关键的能源数据。这样，员工和访客可随时跟踪建筑物的能源表现。

2014年12月25日至2015年1月5日，中国建筑科学研究院组织技术人员对该建筑进行了外墙、屋面、外窗、建筑整体气密性、室内环境及空调通风系统的性能测试。实地检测数据表明，整个大楼的实际电耗水平为33kWh/m2/a，该数值，相当于国内同类型公共建筑总能耗的1/5左右（表1）。

4 场地规划——工作娱乐两相宜

威卢克斯办公楼及宽敞的周边区域配备了大量的休闲设施，以提高员工的幸福感。办公楼距离工厂仅约20m，绝大多数的休闲设施可以共享，包括：沙滩排球场；足球场；地下室业余活动区域，包含健身器械、台球和乒乓球（图16）。

图15 VMS智能模块化天窗系统设计方案示意

“开心农场”供员工种植蔬果和花草，“开心农场”区域的土壤已经过土壤检测，不含有害物质。同时铺上了表层土，增强农作物营养。

“开心农场”在员工中很受欢迎，他们会尽快地用完午餐，以腾出更多午休时间打理农作物。每逢周五，“种植户们”三三两两聚在一起，分享一周来的收获。农作物种类繁多，有辣椒、玉米、豆角、土豆、白菜及其他农作物。

5 小结

主动式建筑所提出的目标框架是，如何在注重室内外环境和使用可再生能源的前提下，设计和改造建筑，使其有利于人体健康和幸福。主动式建筑的评估基于综合考虑能耗（节能）、室内环境（舒适）和对环境影响（环保）三者之间的相互作用而进行的。

舒适：主动式建筑为使用者创造更健康和舒适的室内环境，确保充足的日光和新鲜空气。 在材料使用上不对舒适度和室内环境造成影响。

节能：主动式建筑是高效节能的，所有的能源需求均采用建筑设计一体化可再生能源，或者来自于就近的能源供应体系和市政电网。

环保：建筑与周边环境和文脉形成最佳的良性互动关系，致力于优化资源配置，减小其在全生命周期对整体环境的影响。

根据“主动式建筑”的评估系统框架要求对廊坊办公楼的节能性能进行了评分计算（图18）。该评分系统最高为1，最低为4。从图中可以看到，由于设计的初衷在于尽可能多地捕获日光，同时采用了TABS、高效通风系统以及良好的保温材料，该项目在自然采光、能耗等方面表现出色。基于CO2智能控制的通风系统大幅度地提高了室内的空气质量，为使用者提供一个舒适安全的办公空间。

图16 员工活动中心（地下室）

表1 威卢克斯办公楼主要性能测试结果

图17 场地规划

图18 建筑性能分析计算蛛网图

项目信息

建筑类型：办公楼

建筑设计：丹麦总部BI部门

建筑师：亨里克·诺兰德·史密斯（Henrik Norlander Smith），涅什卡·希维尔切夫斯卡（Agnieszka Szwarczewska），郭成林（Chenglin Guo）能源工程师：艾默里克·诺韦尔（Aymeric Novel）

采光分析：丹麦总部EDIC部门、威卢克斯（中国）有限公司

能源概念设计：丹麦科威（COWI）咨询公司

能源施工设计：法国公司特瑞欧（TERAO）公司

项目地点：河北省廊坊市经济技术开发区

建筑面积：2 080m2