地下商业建筑节能优化措施研究

杨 波

山西省交通规划勘察设计院有限公司（030032）

0 前言

随着社会经济的迅猛发展，一些大中型城市的黄金地段及商业中心区域诱人的经济利益与高昂的地价使得此类区域的地下被开发为商业用途，营业面积得到了增加，城市商业建筑随着城市空间向地下的发展也变得越来越立体化。

合理地利用地下空间发展地下商业建筑，不仅可以有效地节约土地资源，保护农业用地，缓解地上空间的交通压力，而且可以减少能源消耗，利于保护环境。对于能源资源的有效利用将是实现地下商业建筑节能的关键,因此有必要对地下商业建筑节能优化措施进行研究。

1 照明采光方面

地下商业建筑中的照明能耗所占比重较大，对于地下商业建筑应采取一定措施来降低照明能耗，这将在很大程度上有助于降低建筑能耗，减少碳排放。自然光相对于其他能源具有绿色、可再生的特点，地下商业建筑的照明采光应该充分利用好这方面的资源。

受地下商业建筑结构特点以及其所处位置等方面的限制，地下商业建筑不能像地面建筑那样可以较容易地从围护结构的侧面通过设置门、窗等方式获取自然光来保证室内照明，只能通过采取天窗式、地下中庭式、下沉广场式等建筑设计形式达到充分利用自然光的目的。

当地下商业建筑由多层组成且多层空间共同围绕一个庭院建成，中间庭院处在建筑中心，且此处空间开阔、人流密集。庭院上方设置采光玻璃屋顶，在挡风避雨的同时使得围绕庭院的空间能够得到充分的自然光。加拿大多伦多伊顿中心的条形中庭将购物中心的地上部分与地下部分连接一体。条形中庭正是伊顿中心的交通枢纽，庭院中设置喷泉、假山等景观，供游客游览休息。自然光透过庭院上方的采光屋顶射入周边的商铺，充分利用了自然光。

如果地下商业建筑周边地势平坦、开阔，可以采取设置地面下沉广场的方式，使建筑周围空间部分暴露于地面之上，从而可以获得部分自然光，增加室内照明度。不仅如此，地下商业建筑具有的购物属性决定了它的开放性、人流量大等特点。顾客由地面的明处进入到地下的暗处时，会对顾客产生一定的心理影响。下沉广场的设置还具有的室外向室内过渡的功能，可以在一定程度上减轻顾客的心理变化。青岛海牛中央广场项目由地下1～3层的商业建筑和下沉广场构成，建筑可通过下沉广场与地面产生的高度落差获取自然光，下沉广场中设有假山喷泉，也是顾客休息娱乐的场所。

在很多情况下地下商业建筑完全埋入地下，不能通过采光天窗、采光玻璃屋顶等方式获取自然光，这就需要在建筑中运用先进的采光技术，利用光的反射、折射、衍射等原理将自然光引入室内，增加室内照度[1]。常见的方法有导光管采光、棱镜导光装置、光导纤维、光电效应间接采光等[2]。

导光管采光是通过在系统中设置的采光器收集自然光后，经导光装置传输到室内末端，再由末端的漫射装置将自然光射入室内[3]。明尼苏达大学的土木矿物工程系系馆采用的导光系统可将自然光收集经采光竖井传输到地下深达33.5m的室内，光束经过多次聚焦后，经吊顶射入室内。由于系统采光效率较高，采用此系统与设置采光天窗达到的照明效果基本相同。这种装置照明费用仅为人工照明装置的1/8，节能效果非常明显。

在保证达到国家规定的照明功率设计要求的情况下，对建筑进行合理设计，利用节能灯具，设置采光井，充分利用天然采光，运用光导技术等先进采光技术等方式，可以对地下商业建筑的客流密度进行统计，设置人工智能控制系统，根据客流密度对照明分时段分区域进行自动控制，以此降低照明能耗，既可以利用现有资源，节约能源，又可以让地下商业建筑的环境得到改善。

2 通风技术方面

在通风技术方面，利用自然通风结合机械通风的方式，可以在一定程度上减少风机在通风方面消耗的能量。室内外空气存在温度差而形成热压驱使空气产生流动形成自然通风，利用这种方式既增加室内的新风量，改善了室内空气品质，又充分利用了可持续的自然资源，为建筑降低了能耗。

地下商业建筑进深较大，且封闭性较强，无法形成穿堂风，室内空气流动性较差。地下商业建筑设置中庭不仅可以有效利用自然光改善室内照明环境，同时可以利用中庭处室内与室外相连通的特点，形成的烟囱效应促进自然通风。地下商业建筑具有冬暖夏凉的特点，夏季室内温度低于同期室外温度，冬季室内温度高于同期室外温度，而进出口处的空气温度与室内空气温度相差较大。当建筑层高较高时，形成的热压也是地面建筑无法相比的，利用此特点可以采取热力驱动的置换式进行通风设计[4]。中庭处的温度较高，不利于自然送风。送风、排风可以分别经过设置在建筑周边的天井、排气烟囱以及中庭区域来达到室内空气流通的目的。

对于没有设置中庭或在中庭处没有设置排风的地下商业建筑，可以设置排烟烟囱进行排风，在进风和排风连接处可以设置热交换器，在节能的同时也提高了自然通风效率。

3 空调采暖方面

选取冷热源机组时采用能效比较高的节能设备。在冬季，地下商业建筑的特征之一就是室内余热量较大[5]，可设计高效的热回收方案并配以转轮换热器、热管换热器等热回收器进行排风热回收。

地下商业建筑室内湿度较大，在潮湿的环境中如果不做好通风系统，极易滋生病菌，严重影响室内空气品质，危害顾客身体健康。在空调系统的选择方面，以风机盘管+独立新风系统为代表的空气+水系统在过滤除湿方面能力较差，水配管容易漏水，检修难度较大，所以空气+水系统并不适宜成为地下商业建筑的空调。全空气空调系统在过渡季可以通过调节风阀开度，使空调系统采用全新风模式，新风承担室内部分负荷。这种空调系统对于新风和回风的过滤和处理较为方便，在系统维修和保养方面也比风机盘管+独立新风系统容易。采用全新风空调系统不仅可以在过渡季利用室外新风调节室内空气温湿度，在夏季的夜晚，当室外空气焓值小于室内焓值时，可以利用室外新风对地下商业建筑预冷，从而可以降低第二天因需消除室内余热而产生的空调能耗。在此基础上还可以设置地下风道对新风进行降温。上海市人民广场地下商业街采用将室外新风经处于地下2m，长120m的地下通道后送入地下商业建筑内。夏季室外空气温度高于地下温度，室外空气被送入地下风道后在风道的壁面冷却并产生凝结水，从而达到了对室外新风进行降温减湿的目的。采用这种措施来代替利用设备减湿降温，改善了室内空气品质的同时降低了空调系统的能耗[6]。

地下商业建筑中，人流量较大且环境较为密闭，室内大量的热量得靠排风排出，这就直接造成排风中含有大量的热量，所以地下商业建筑排风中的热量具有很大的利用潜力。地下商业建筑室内负荷较小，冬季可利用回收的余热对新风进行加热，全空气系统在新风和排风的处理方式上集中程度较高，这也有利于对排风的热量进行回收利用[7]。地下商业建筑在建成后并不容易拆除改动，所以具有建筑寿命较长、建筑较为稳定的特点。

在太阳能利用方面，地下商业建筑除了通过设置中庭采光及光导系统等方式利用自然光进行照明，还可以通过收集太阳能的热量为室内空间供暖。可以在设有中庭以及地下庭院等便于集合太阳能的区域设置太阳能集热装置，冬季需要加热时开启装置进行加热。在地热能的利用方面，地源热泵的设置可以省去传统空调系统中冷却塔的设置，这一点对于地下商业建筑在空间利用方面提供了便利。地下商业建筑处于地下的特点决定了它较为适用地源热泵系统。土壤具有一定的蓄热能力，对于地下商业建筑设置地源热泵系统，可以充分利用地热等可再生能源进行空气调节[8]。

4 空调系统运行管理方面

地下商业建筑中的人流量变化较大，室内负荷也随之产生变化，如果设置的新风量保持不变，将会产生能源浪费情况。这就要求空调系统中设置新风调节装置，使得新风量可以随室内人流量的变化结合送、排风系统进行调节。

在过渡季，或供冷季中出现室外空气焓值小于室内空气焓值时，应将空调系统调节至全新风状态运行，这样做可以降低空调系统的运行能耗，减少新风耗能，送入的新风还改善了室内空气品质。

对地下商业建筑进行预冷、预热都要视情况对空调系统进行设定。夏季，早晨和夜晚的室外空气温度低于室内空气温度，此时可以开启新风系统及消防排烟系统对建筑进行送风及排风，利用室外新风降低室内温度的同时还提升了室内空气品质。冬季，需要对建筑提前预热时，要关闭新风系统，减少对新风加热产生的能耗，避免能源浪费。

要对室内温湿度环境进行实时监测，避免室内环境发生过冷或过热的情况。室内温湿度环境的变化一旦影响人体的舒适性，对于地下商业建筑的客流量势必也将会产生影响。所以，室内出现过冷或过热的情况时，一定要及时关停部分空调设备，降低系统负荷，减少设备能耗，保持室内环境的舒适稳定。

在夏季的下午两三点的时候，室外气温将会达到这一天的最高值，由于土壤具有一定的蓄热能力，使得室外太阳辐射产生的热量并不会马上经过土壤传入地下建筑内，所以室内温度并不会马上发生变化，而空调系统对于室内温湿度的调控也需要一定时间，所以，这就需要对室内温湿度的情况给予密切关注，对于室内温湿度的变化趋势进行分析并作出相应的预判，不要等到室内温湿度发生明显变化时才开始空调系统的运行。打开空调设备后要密切注意室内温湿度变化情况，若发现冷冻水回水温度下降到一定程度时，应立即关闭相应设备，保证室内环境稳定舒适，同时也减少了能耗。

对空调、采暖、照明等方面进行远程监控，实时掌握各系统运行状况，重视机组水质情况，对机组设备定期检查维护，保证机组运行水平良好。监测系统运行能耗情况，对运行状况异常的系统及时排查原因并作出调整，消除能耗浪费的因素。对物业管理人员在相关专业操作方面进行专业培训，提升专业能力与节能意识，使物业人员能够及时发现并解决建筑中存在的能耗问题，降低建筑总能耗。

5 结语

地下商业建筑在耗能较大的通风空调与照明采光方面相对于地面商业建筑具有一定的独特性，本文根据地下商业建筑特点，对地下商业建筑在照明采光、通风技术、空调采暖及空调系统运行管理等方面进行了节能优化分析。