绿色建筑节能技术应用研究——以苏州明鑫环保科技大楼为例

周吾波 何振宇 王 鹏 杜 瑞 刘鑫宇 李明柱

(吉林建筑大学，长春 130118)

绿色建筑节能技术应用研究
——以苏州明鑫环保科技大楼为例

周吾波 何振宇 王 鹏 杜 瑞 刘鑫宇 李明柱

(吉林建筑大学，长春 130118)

节能技术在绿色建筑中发挥越来越重要的作用，本文在总结国内外绿建节能技术发展状况的基础上，以苏州明鑫环保科技大楼为例，对建筑物光照、外围护结构保温性能以及全年负荷情况进行模拟，综合分析科技大楼节能技术的应用效果，将理论与实际相结合，对各影响因素进行研究对比。提出了如何应用绿色建筑节能技术的建议，作为我国绿色建筑进一步发展的研究参考。

绿色建筑;主动节能技术;案例分析;性能模拟

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.17

引言

建筑能耗作为社会总能耗的的重要组成部分，在不同发展状况的国家和地区所占的份额比重不同。据统计，全球有50%的能源用于建筑，建筑物产生了全球约60%的排放，是温室气体的主要排放源。我国建筑相关能耗已经超过工业成为社会第一能耗大户，约占总能耗的47%[1]。随着我国建筑体量的不断扩大，建筑能源的消耗量越来越高，对环境的破坏规模也越来越大，建筑节能的重要性和紧迫性毋庸置疑。对此，加大对绿色建筑的投入是当前我国建筑业的发展趋势，发展绿色建筑事业是推动我国节能减排，人与自然和谐发展的重大举措。

1 绿色建筑的意义

我国绿色建筑评价标准对绿色建筑的定义是指在建筑的全生命周期内，最大限度地节约资源(能源、土地、节约用水、节约材料)，保护环境和减少污染，为安康、适用、高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。美国LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)评级系统旨在优化利用自然资源，促进资源再生和恢复，最大限度的发挥现代建造工业给人类和环境带来的各种积极因素，尽量减少消极影响，为居住者提供优质舒适的生活环境。

绿色建筑能够增加环境收益和经济效益、而且可以提高居住者工作效率和居住舒适性与健康性[2]。在绿色建筑中应用节能技术，不仅有效的节约能源，更重要的是为人们提供了更好的生活品质。

近几年我国建筑新技术不断发展，技术不断创新，将这些技术应用到各种特色的建筑上能够降低建筑能耗。这些技术一般分为两类，一类称为被动式节能技术； 另一类称为主动式节能技术。被动式节能技术一般是指通过对建筑的遮阳、保温、气密性、自然通风等方面进行合理的节能优化设计，从而减低建筑总体能耗。主动式节能技术是指通过对机电系统的节能优化设计以及高效节能材料的选择，进而提高建筑设备的运行效率。

目前我国建筑在应用节能技术方面，大部分设计师只考虑被动式技术。然而，被动式节能基本只能做到屋面保温、外墙保温、外窗保温，在保证室内环境舒适的情况前提下，只能达到部分节能减排的目的。在被动式技术不能满足建筑节能要求的时候，需要主动式节能设备作为辅助手段进行优化。

2 国内外发展现状

表1 建筑外围护结构热工参数

各层材料名称厚度(mm)导热系数λ[W/m·K]蓄热系数S[W/(m2·K)]热阻值R[(m2·K)/W]热惰性指标D=R·S加气混凝土砌块2000.223.6010.903.273硬质矿(岩)棉板450.0500.5901.0000.590水泥砂浆200.93011.3060.0220.243墙体主体传热热阻R0[m2·K/W]}1.602墙主体传热系数K[W/m2·K]0.624太阳辐射吸收率0.5标准要求K≤1.5是否符合标准要求符合

我国建筑发展规模始终保持大幅度增长趋势，截止到2015年，全国公评出3979项绿色建筑评价标识项目[3]，LEED认证项目达到2022项[4]。江亿院士认为“发展和推广节能技术是实现建筑节能的重要途径，但是不同的气候、不同的功能、不同的使用模式和需求需要不同的节能技术”[5]。这对我国绿建技术发展具有重要的指导意义。西安建筑科技大学宋琪教授的研究阐述了被动式住宅的发展现状，强调了被动式节能建筑技术在建筑围护结构中的常规技术措施，从保温隔热层的性能、材料特性及施工到节能窗户、电气系统设计等方面的重要作用[6]。西安建筑科技大学杨柳的研究，通过综合研究建筑一体化遮阳、自然采光、自然通风与能耗的关系，得出被动式节能技术的适用性及节能潜力，为将来绿色超高层被动式措施的采用提供一定的方法和思路[7]。清华大学张寅平教授的研究，提出一种主动式建筑理想节能机械通风策略的确定方法。结果表明，优化后，北京夏季典型日和极端日总能耗分别减小22%及33%，典型日峰值冷负荷减少20.9%，制冷设备开启时间减少约9 h[8]。还有一些研究者通过BIM精化设计，使用数字模拟软件进行模拟分析，根据模拟结果来优化方案，提升设计质量，使建筑立体化[9]。由于我国大部分绿色建筑的案例分析只是停留在研究被动式建筑、主动式技术、数字模拟等某一方面上，并且没有结合相关的实际工程案例，使其分析研究得出的结果不够全面。因此我们综合各个结果分析，结合实际工程项目，利用数字模拟等系列软件，从高效的建筑外围护结构、高效能空调设备、高效智能照明等不同的方面进行能耗、采光、通风模拟，使绿色建筑更加科学性和立体化，为未来高效的绿色建筑发展提供研究参考。

本文介绍的苏州明鑫环保科技大楼，便是一个对江南地区适宜的被动式节能环保技术与主动式机电技术方面相结合，综合建筑功能和业主使用需求，遵循“被动优先，主动优化”的原则，实现节能环保设计理念目标，达到了三星级绿色建筑标准的项目。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

苏州明鑫环保科技大楼位于苏州市中新工业园区，北临阳澄湖大道，南临娄阳路，东、西两侧为预留空地。本项目总用地面积为15 225.5m2，总建筑面积为48 113.88 m2(地上建筑面积为38 045.50 m2，地下建筑面积为10 068.38 m2)，容积率为2.5，建筑密度32.2%，绿地率30.1%。苏州明鑫环保科技大楼包括地下1层、地上8层，建筑高度为39.7 m，地下1层为机动车库，非机动车库及设备用房，地上主要为办公功能空间。

3.2 绿色技术创新点

3.2.1 外围护结构墙体节能设计

项目位于夏热冬冷地区，外墙采用硬质矿(岩)棉板+气混凝土砌块保温体系，屋面采用增强纤维复合防火保温板进行保温。本文以公共建筑节能规范标准为基准，与该项目外围护结构传热系数进行比较，具体热工参数如表1所示。

建筑热需求、热损失及内部得热量通过能耗分析软件计算得出，本文采用软件进行全年负荷模拟计算，具体模拟结果如下图所示。

图1 围护结构得热情况

图2 传统围护结构热负荷情况

图3 节能围护结构热负荷情况

通过图2和图3对比可知，节能围护结构的保温效果更为明显，建筑各部分围护结构均做了节能设计，对建筑的节能综合指标计算的结果显示设计建筑的全年能耗小于参照建筑的全年能耗，得出节能率为60.84%。

3.2.2 日照及采光优化设计

本项目东西两侧均为预留空地，对周边建筑不会产生日照遮挡，不会对周围居住建筑产生光污染。外窗采用断热铝合金6mm透明+12空气+6mm中空玻璃，传热系数2.2W/m2·K，自身遮阳系数0.4。建筑整体主要功能空间约有62.62%的采光系数达到2%Cmin，设置1个采光天窗和16个导光筒向地下室引入自然光，使地下一层车库约有34.31%的空间达到0.5%Cmin，有效地改善了地下一层的采光效果。本文使用软件对建筑四层某房间进行采光模拟分析，模拟情况如图4所示。

图4 采光情况

从模拟分析可以看出，区域采光效果良好，充分改善了室内自然采光环境，为创造办公舒适环境提供了保障。

3.2.3 可调节外遮阳百叶优化设计

项目综合考虑遮阳效果和造价成本，通过不同时段的遮阳分析，本项目在南向立面的6、7层设置电动控制活动百叶外遮阳，其余3-7层外立面都设置的固定百叶外遮阳，如下表2所示。中空玻璃百叶的综合遮阳系数为0.41，符合绿标规范，有效控制太阳辐射的进入，增加对光线照度的控制，保证建筑的节能效果。

表2 固定百叶遮阳参数

东向南向西向北向外窗外窗类型铝合金外窗玻璃品种Low-E中空玻璃玻璃遮阳系数0.53窗遮阳系数0.4水平遮阳系数0.8750.8530.8350.873综合遮阳系数0.41传热系数K[W/m2·K]4.50

3.2.4 可再生能源利用

太阳能属于可再生能源，具有明显的环保效益。太阳能可以为作为免费热源，具有显著的经济效益。本项目选用太阳能热水系统，采用集中供热-集中储热的系统形式，辅助热源为空气能热泵系统，经过逐月平衡分析可知，本项目每年可利用的太阳能热水产量为4 347.2 m3，总热水需求为4 872.8m3/a，可再生能源热水比例为4 347.2/4 872.8=89.2%。下表3反应的是太阳能系统效益分析的情况。

表3 太阳能系统经济效益分析

设备组数热水产量(m3)节约能量(KW·h)节省费用(万元)投资回收期(年)CO2减排量(吨)集热器364247.2113914.2219.58.73769.6

3.2.5 空调设备和系统

(1)高效能设备

本项目冷源采用两台水冷离心式冷水机组，单台制冷量为2 110kW，其中一台为变频式离心冷水机组，制冷COP为5.275； 热源采用两台燃气型冷凝真空热水机组，单台供热量为1 745kW，额定热回收率为97.3%。机组的部分综合性能系数为6.28。具体参数对比情况如表4所示。

表4 冷源机组参数对比分析

设备台数单台制冷量(kw)性能系数(w/w)公共建筑节能设计标准水冷离心式机组1>11634.2本项目所采用的方案水冷离心式冷水机组121105.275变频式离心冷水机组121105.275

(2)排风热回收

本项目为办公建筑，室内空调系统采用独立送新风的形式，由新风系统承担室内的湿负荷，采用排风热回收式新风机组可以有效节约新风处理能量。项目设置9台热回收式新风机组，热回收效率均在60%以上。通过热回收经济性分析，本项目总新风量为97 750m3/h，每天运行10h计算，全年节省电费146 027.63元，投资回收期4.68年。表5为空调系统经济效益分析表。

表5 空调系统经济效益分析

设备台数热回收率节能电费(元)投资回收期(年)热回收新风机组9≥60146027.634.68

本项目热回收技术利用技术是对建筑里集聚的热空气进行回收，采用燃气型冷凝真空热水机组和热回收式新风机组，可以减少自然资源的使用，有效降低成本，具有显著的经济效益。变频式离心冷水机组可自主调节控制压缩机的输出负荷，优化压缩机的做工能量，降低无用功的比例，可以减少用电量，从而达到节能的效果。

3.2.6 节能高效照明

本项目地下车库、排烟机房、电梯前室采用T8节能型荧光灯，办公区、电信房、消防控制室、设备用房、走道采用T5节能型荧光灯。T5节能灯采用电子镇流器，T8节能灯采用节能型电感镇流器，灯具效率大于0.75，补偿后的功率因数大于0.9，采用吸顶安装方式。走道部分灯具采用声光感应控制方式，其余地方采用就地控制方式。公共照明及其他公共用电设备单独设置计量表，实现有效节能。

4 总结

4.1 技术总结

该项目与传统建筑从技术的先进性方面进行对比。在被动式技术方面，外围护结构通过使用新型保温材料，提升了屋面保温、通风、采光等方面的性能，大大降低空调和室内照明能耗。该项目的全年能耗小于传统建筑的全年能耗，节能率为60.84%； 在主动式技术的方面，通过太阳能热水系统、空气能热泵系统、排风热回收等技术，使用高新设备，实现了节能环保目标。

4.2 经济效益总结

该项目与传统建筑从综合经济效益方面进行分析对比。充分利用可再生能源，使项目在寿命周期内节省费用194 981.32元； 采用高效的空调设备，提高了环境的舒适性与设备的运行效率，节省电费146 027.63元。

4.3 综合评价

本文以苏州明鑫环保科技大楼项目为依托，具体分析了科技大楼应用的节能技术，总结出绿色建筑节能技术应用要点：

1)应以被动式建筑为主，主动式手段为辅;

2)选择相适应的节能技术，减少绿建增量成本;

3)进行数字化模拟分析，使绿色建筑更加科学性和立体化，提高建筑节能的效果。

[1]熊信福. 绿色低碳建筑发展的研究[J].绿色建筑， 2016(4).

[2]卜增文，刘俊跃. (2005)实现绿色建筑暖通空调设计的技术措施[J].制冷与空调(北京)， 2004, 4(1): 7-9.

[3] 《工程建设与设计》编辑部. 绿色建筑发展：收获2015，展望2016[J].《工程建设与设计》， 2016(8)： 5-5.

[4]辛闻. 中国位列LEED绿色建筑认证排行榜第二位[N].中国网， 2015.07.23.

[5]王芳， 曲华敏.发展绿色建筑勿盲目“崇洋”—访中国工程院院士江亿[J].经济， 2015(5)： 115-117.

[6]宋琪， 杨柳，印保刚.为适应气候而建造：被动式建筑[J].华中建筑.， 2014(4)： 11-15.

[7]杨柳， 杨晶晶，宋冰，朱新荣.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].科学通报， 2015(18)： 1698-1710.

[8]程瑞， 王馨，张寅平.主动式建筑理想节能通风策略确定方法[J].工程热物理学报， 2013(5)： 935-937.

[9]周吾波， 徐嘉佑，孙堂宇，李明柱，李明照，韩言锋.基于BIM理念的绿色建筑新思维[J].土木建筑工程信息技术， 2016， (03).

Application Analysis of Green Building Energy Saving Technology——Taking Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building as A Case

Zhou Wubo， He Zhenyu， Wang Peng， Du Rui， Liu Xinyu， Li Mingzhu

(JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China)

Energy saving technology is playing an increasingly important role in green building.This paper summarizes the development of green building energy-saving technology at home and abroad.Based on the case of Suzhou Mingxin Environmental Science and Technology Building，uses digital simulation software for light insulation，insulation performance of exterior，annual load situation.The paper analyzes the application effect of energy saving technology in this case，combines the theory with case，compares the influencing factors，and puts forward suggestions to improve the indoor health environment，which is the reference for the further development of green building in China.

Green Building； Energy-saving； Case Analysis； Building Physical Simulation

国家级大学生创新创业训练计划资助(编号：201610191127)

周吾波(1995-)，男，吉林建筑大学建筑环境与能源应用工程专业工程管理双学士学位，LEED AP BD+C。主要从事BIM、FM、绿色建筑相关研究。

TU201.5

A

1674-7461(2016)05-0090-05