主动与被动节能技术在城市商业综合体中的应用研究

魏留明 郭建峰 高贝贝2]

（河南建筑职业技术学院[1]， 河南省水利科学研究院岩土所[2]）

随着经济的发展和城镇化进程的不断推进，人们对生活空间的品质有了更高要求，于是能满足人们对居住、消费、休闲、娱乐、购物等多样性需求的城市商业综合体应用而生。城市商业综合体常处于城市中心地段，用地面积寸土寸金，其高能耗、高运营成本等一些突出问题越来越引起研究学者的重视[1]。国务院2019年政府工作报告指出为促进资源节约和循环利用，应推广绿色建筑。有效降低能耗、减少运营成本，可以为城市商业综合体的绿色健康可持续发展提供帮助。

近年来，在解决建筑能耗问题方面，我国制定了一系列政策措施，如2015年住建部发布实施了《公共建筑节能设计标准（GB 50189-2015）》，为公共建筑提高能源利用效率，降低建筑能耗提供设计依据。2017年，结合地域特点，河南省住房和城乡建设厅发布实施了《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区 65%+)（DBJ41-062-2017）》，以进一步提升居住建筑能效水平，响应国家对建筑节能、提高建筑能效的要求。虽然现行建筑节能政策中，未制定专门针对城市商业综合体节能的标准，但我们可以从现行建筑节能标准规范中积极探索城市商业综合体建筑节能的要点。

在《建筑工程施工质量验收统一标准（GB50300-2013）》（以下简称“13版统一标准”）中，建筑节能作为十大分部工程之一被列入，其所含子分部工程包括维护系统节能、供暖空调设备及管网节能、电气动力节能、监控系统节能和可再生能源。

根据查阅文献资料，目前对城市商业综合体建筑节能的研究大多集中在气候与周围环境、能耗设备及节能灯具选用或建筑节能设计的某一个方面等[2]传统节能技术领域，很少将建筑节能的要素进行合理分类来研究建筑能耗问题。本文以建筑节能的子分部工程为主要研究内容，将建筑节能的要素划分为被动节能技术和主动节能技术，以此为基础来探讨城市商业综合体的建筑节能技术。

1 被动节能技术

被动节能技术是指通过合理建筑设计、建筑环境布置等非机械手段来实现建筑与自然环境的融合，以达到保暖遮阳、供暖降温、节能降耗目的的技术，被动节能技术一般不采用机械设备来实现自身功能，通常包括自然通风、自然采光、太阳能利用等。结合城市商业综合体自身特点，被动节能技术可以减少空调机械设备的使用、提高对自然风光的利用、减少电能热能的消耗，可以创造良好的集办公、生活、休闲、娱乐等为一体的环境[3]。由于城市商业综合体具有很强的开放性和很复杂的内部空间，本文从城市商业综合体外部和内部来分别探讨其相应的被动节能技术。根据建筑特点，城市商业综合体外部被动节能体现在场地、建筑体形、屋面、立面的设计和太阳能利用方面，内部被动节能体现在内部空间功能布局和内部空间组织形式上。

1.1 城市商业综合体外部被动节能

1.1.1 场地设计节能

对城市商业综合体来说，在场地设计中可以对入口广场、街道空间、灰空间等进行优化设计，以提高综合体整体运营效率、减少能源消耗；同时，通过合理设置绿植，减少地面接收热量以及地面吸热后产生的辐射热量，从而降低综合体能耗[4]。

对于我国的大多数城市来说，夏季西晒问题比较严重，城市商业综合体的主要出入口不宜布置在太阳光强烈的西向，以防止热量向室内过多渗透。如果一定要在西向布置，建议采用内退式的入口形式，内退式入口可以利用上层建筑形成有效的自遮阳，在降低广场接收的热量的同时也形成一个热缓冲空间，有利于夏季防暑冬季防寒。

街道空间的热工性能主要受其所处街道的绿化植物、景观小品以及街道基面材料性能的影响。尽量在人行道与车行道之间布置树冠较大的阔叶树，减少夏季的室内得热，从而减少空调能耗。

灰空间作为室内和室外空间的过渡地带，它的设置不但可以改善商业环境，还能够使室内外的热交换环境起到缓冲作用。夏季能够缓解暑热，冬季则能起到一定的防寒作用，可以改善城市综合体周围环境的热性能，进一步减少基面对建筑的能耗影响。

1.1.2 建筑体形节能

建筑的体形系数即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。城市商业综合体的体形系数设计大致可以通过建筑群布局、平面布局、围护结构等控制。

建筑群布局应考虑采用有利于利用日照并避开冬季主导风向，使建筑具有良好的夏季自然通风，在建筑朝向的选择中争取良好日照、避开不利风向。

在建筑设计中，建筑平面设计是需要考虑的关键因素之一，在城市商业综合体中，良好的平面布局可以实现不同功能分区，便于建筑能耗的利用和控制。

建筑物的能量损耗主要是通过围护结构丧失的，城市商业综合体建筑能耗与建筑本身材质的选取密切相关，比如创新型材料、保温隔热材料和建筑构造形式等。在节能设计中，必须确保建筑围护结构的热工性能参数、建筑的热损耗量满足设计规范要求。

1.1.3 屋面节能

建筑屋面的合理设置，对室内自然采光有重要意义，可以减少照明耗电量，增加使用者的舒适感，降低综合体的能耗。

在屋面采光顶的设计上，应控制采光顶所占屋顶面积的比例，选用太阳辐射反射系数较大的材料，减少屋面吸收热量，将屋顶高低错落组合设置，设置不同形式的遮阳、降温设施。

1.1.4 立面节能

建筑的立面在围护结构中占比最大，并且由于内部功能的需要，城市综合体立面较为复杂，影响到其能耗水平。

建筑与外界的能量交换大小与朝向有关，因此可以根据不同的朝向，采取不同的立面材料和形式以及构造方式，比如东西面由于热交换较多应避免使用玻璃幕墙。并且尽量选用阻热性较强的玻璃和双层幕墙系统。在不同体块交接部位和立面分割构件上设置绿化、喷淋等人工降温装置，丰富了立面形式的同时，减少热量交换和渗透 [5]。

1.1.5 太阳能利用

根据《民用建筑节能条例》的规定，鼓励在建筑节能改造中采用以太阳能为代表的新能源。

自然光导技术可以满足不同空间对照明效果的需求，在综合体的室内空间照明应用中，还可以结合智能控制系统与物理照明的协同作用，起到良好节能效果。

太阳能的光电转化技术是指将光能转化为电能的技术，城市综合体建筑巨大的体量和外表面围护结构可以为接受太阳能提供足够的物质载体，通过合理利用太阳能光电技术可以为建筑带来源源不断的能源供给，减轻自身能耗的影响。

太阳能光热转换技术是指将吸收的太阳光照产生热量，然后加热常温水至较高的温度，满足日常的生产生活热水需要的技术，如太阳能热水器。

1.2 城市商业综合体内部被动节能

1.2.1 内部空间功能布局节能

城市商业综合体建筑最显著的特征就是将多种功能空间集约布置。不同功能对空间的形式和材料等要求不同，各部分功能规模要求也不同，所以最终的平面功能组织形式也多种多样。城市商业综合体在进行多功能布置时常常根据运营需求，将人流量大的核心功能区布置在建筑的端部，并靠近主要入口，形成人流集散中心。布置好大的功能单元后，将小的功能单元穿插布置其中，以便使用人群能够在综合体中分布合理，进而为控制能耗提供便利条件。

1.2.2 内部空间组织形式节能

城市综合体的巨大空间需求和有限用地的矛盾导致其建筑空间需要寻求竖向发展。功能的竖向分布策略对综合体的运营效率有重要影响。如降低层高，减少制冷负荷；竖向热力分区，优化功能分布等。综合体建筑内部空间布局较为复杂，除了利用烟囱效应来进行通风降温外，还可以结合均匀分布的楼梯间来设置竖向拔风井道，竖向拔风井道可以通过界面和顶部处理来加速气流运动，加强建筑的被动降温效果，使建筑内蓄热体能够起到周期循环的作用。

2 主动节能技术

主动节能作为建筑节能技术的重要组成部分，是指通过机械设备干预手段为建筑提供采暖空调通风等舒适环境控制的建筑设备工程技术，同时也是以优化的设备系统设计、高效的设备选用实现节能的技术。主动节能技术的应用成效重点体现在供暖通风与空气调节、给水排水、电气节能等领域。城市商业综合体应根据当地的气候条件，在保证室内环境参数条件下，改善围护结构保温隔热性能，提高建筑设备及系统的能源利用效率，结合可再生能源，降低建筑暖通空调、给水排水及电气系统的能耗。

2.1 空调供暖节能

随着城市规模化程度的不断提高，大规模的暖通空调系统将被应用到城市建设当中，暖通空调系统的能耗总量也将不断增大[6]。

综合体的空调系统虽然能使室内保持舒适的环境，但也会排放大量废热，在这些热源的堆积和室外高温同时作用下，综合体的能源负荷持续增加，这就要求在建筑设计上做好自然调节与机械调节的协调运用，尽量采用自然调节，如空调制冷辅助被动降温、对空调分区布置、优化管道风口设置等。

2.2 给水排水节能

由于节水与节能是紧密相连的，应结合城市商业综合体的特点，通过节约用水达到节能目的[7]。

在进行给水设计时应提前计算建筑内部需求的生活用水量，对不同用途的用水设置专用水表计量，设定合理的供水上限，防止大量的用水浪费。根据建筑的运行情况做好排水设计，在进行排水设计时利用水流自身重力组织排水线路，实现自然排水。在一定区域范围内合理配置雨水收集装置，充分收集和利用雨水，实现水资源的循环利用、提高水资源重复利用率。

2.3 电气节能

对于城市综合体而言，电能的消耗是巨大的。科学合理的电气节能设计可以满足城市综合体各个方面对于电能的需求，也符合低碳生活、环保节能政策的要求[8]。

照明节能主要是通过采用高效节能照明产品、提高质量、优化照明设计等手段达到受益的目的。可通过关注用电节能措施、根据功能空间需求配置照明、充分利用自然光源实现照明节能。在电气节能方面，充分考虑变压器自身的阻抗消耗电能，减小变压器的有功损耗，提高变压器的负载率。在配电系统节能设计方面，在规划设计前期，确定线路负荷，加强用电设备监测。

3 结语

城市商业综合体建筑节能技术可以划分为被动节能技术与主动节能技术。

被动节能技术包括以场地、建筑体形、屋面、立面的设计和太阳能利用方面主要内容的外部被动节能技术，以内部空间功能布局和内部空间组织形式为主要内容的内部被动节能技术。

主动节能技术包括以供暖通风与空气调节、给水排水、电气节能为主要内容的主动节能技术。

通过对被动与主动节能技术的研究，在城市商业综合体的建设和运营中不仅可以积极响应政策方面有关绿色建筑的要求，还有利于城市商业综合体在自身发展过程中找出节能侧重点、节约成本、减轻企业负担，确保持续健康良性发展。