基于绿色建筑理念的办公建筑节能设计分析

龙佳林

（深圳市欧博工程设计顾问有限公司，广东深圳 518053）

0 引言

近年来，我国建筑行业得到蓬勃发展，新建大量高规格办公建筑，工程建设质量得到明显提升，办公建筑使用功能愈发完善。与此同时，建筑业作为我国能耗大户，在办公建筑全寿命周期内消耗大量电力能源，由此引发能耗供需矛盾加剧、全球气候变暖、建筑总体使用成本上涨等一系列问题出现。在这一工程背景下，绿色建筑已成为现代办公建筑的必然发展趋势，绿色建筑节能设计也是贯彻落实可持续发展目标的重要举措，本文就此开展研究。

1 绿色建筑理念概述

1.1 绿色建筑涵义

绿色建筑是通过改善室内环境条件、使用可再生能源取代常规能源、缩短建筑用电设备运行时长、降低建筑总体能耗水平等方式，来建造全寿命周期内最大限度节约资源、减少污染与保护生态环境的新一代高质量建筑。相比于传统建筑，绿色建筑对室内环境、室外环境提出了更高要求。从室内环境角度来看，绿色建筑强调于实现室内外环境的稳定平衡，在不启动用电设备的前提下，维持恒定室内温度、改善日光照明条件与提高空气质量。从室外环境角度来看，提出绿色环境地域主义，将绿色建筑视为一类依存于周边生态环境的次级系统，强调于高效运用周边自然环境资源来降低建筑能耗水平，如调整建筑窗墙比、外窗位置、布局朝向来改善自然通风条件，使室外新鲜冷空气吹入室内，起到室内降温、通风换气的作用[1]。

1.2 绿色建筑节能设计原则

为取得理想办公建筑节能效果，在引入绿色建筑理念时，设计师必须严格遵循能耗最低、消除污染、以人为本3项设计原则。

（1）能耗最低原则。以降低建筑总体能耗水平作为一项重要目标，在选取节能技术时，重点考虑各项技术的实际节能效果，在合理范围内优先选取节能效果最为显著的技术手段。例如，在运用太阳能时，如果在建筑屋面等部位具备足够空间与良好日照条件，优先采取节能效果更为理想的光伏发电技术，缺乏光伏组件铺设空间时则采取节能效果略差的太阳能集热技术。

（2）消除污染原则。绿色建筑强调于实现人与自然和谐共生，采集设计措施既要明显降低建筑能耗水平与实际用电量，同时也要保证在办公建筑施工建造、投运使用期间不会对周边生态环境造成严重污染，例如，在选择外墙保温材料时应挑选具备良好保温隔热性能、不具备污染性的材料种类。

（3）以人为本原则。在办公建筑节能设计期间，设计师必须满足建设单位所提要求和建筑使用需求，不得以牺牲建筑空间舒适度、缩减建筑使用功能为代价来提高节能系数[2]。例如，在照明节能设计方面，可以采取自然采光、智能控制等手段来取得节能效果，但需要保障室内环境照度达到使用要求。

2 基于绿色建筑理念的办公建筑节能设计方法

2.1 自然采光

自然采光是将室外自然光引入室内环境当中，凭借太阳光辐射热量来提高室内温度，以及由自然光来维持室内光亮环境，自然采光方式取代人工照明方式，通过减少室内空调冷负荷量、缩短照明系统运行时间、减少照明灯具开启数量与降低照明负荷的方式来取得节能效果。目前来看，在现代办公建筑工程中，自然采光技术主要分为采光窗采光、反光板采光、光导照明3种方式，设计方法如下。

（1）采光窗采光。设计师在建筑屋面、外墙等部位设置透明玻璃窗，室外自然光线透过采光窗射入室内环境，起到提高室内环境平均照度、满足昼间室内照明需要的作用，仅需在夜间或室内光照条件不佳时开启部分室内照明灯具进行补充照明即可。同时，根据室内照明要求与平面布局情况来选择开窗位置、采光窗类型。一般情况下，在办公建筑中采取侧窗采光形式，在双侧墙面或是单侧墙面上设置普通垂直窗，纵向采光效果较差，可以搭配其他自然采光方法，或是在远离采光窗位置长期开启照明灯具。而在办公建筑顶部楼层中，则采取采光效果更佳的天窗采光形式，在建筑屋顶设置采光天窗，太阳光透过采光窗照射至室内房间的各个角落。

（2）反光板采光。相比于人工照明，自然采光期间普遍存在光线室内分布不均的问题，房间远离采光窗部位较为昏暗，需要长时间开启部分照明灯具，照明系统能耗水平有待进一步降低。因此，设计师可以在方案中搭配采取采光窗采光、反光板采光两项措施，在垂直采光窗外侧以水平或倾斜角度来放置反光板，反光板将太阳光以特定角度折射入室内环境，以此来提高室内房间远离采光窗部位的照度值。同时，反光板具备角度调节功能，使用者可以实时调节反光板角度来改变室内自然光线分布情况。

（3）光导照明。此项技术多用于大纵深办公建筑，这类建筑直接采光条件检查，需要在建筑外立面部位安装采光罩，穿过建筑外墙、屋顶等部位构造来敷设光导管，以及在室内房间吊顶部位安装漫射器，保持采光罩、光导管与漫射器的整体连接状态。如此，在办公建筑使用期间，使用采光罩来收集建筑屋顶、外立面上的自然光线，将天线经由光导光传递到漫射器，再由漫射器对自然光线进行二次分配，均匀照射在室内房间的各处角落，实现自然采光目的。

2.2 自然通风

自然通风是凭借室内外风压差来驱动室外新鲜空气吹入室内、同步排出室内浑浊热空气的一项节能技术，有限降低室内环境温度与减少空调冷负荷量，无须启动机械通风装置即可实现室内通风换气目的。在应用此项技术时，要求设计师根据当地环境冬夏两季主导风向来选择进排风口位置。一般情况下，在建筑迎风面、室外空气较为清洁的位置设置进风口，要求进风口下元与室外地坪间距在2.0m以上。在建筑背风面、远离人行道和有人停留区域设置排风口，要求排风口离地高度在2.5m以上、与环境敏感目标间距超过10m。同时，根据办公建筑室内面积、通风换气次数要求来计算最佳的进排风口面积值和数量[3]。

此外，考虑到建筑进排风口开设数量有限，为进一步改善建筑自然通风条件，还可采取幕墙通风、冷墙通风两项设计措施。第一，幕墙通风是由内外两层玻璃板材组合单元板块，在内侧与外侧玻璃上预留开口，在冬季室外温度较低时，吹入新风在腔体内部停留一段时间，待空气温度升高后，在热气流作用下上升吹入建筑内部，起到减少建筑空调热负荷量、提高室内空气质量的作用。第二，冷墙通风是在外墙靠近室内一段错位开孔，平面采取锯齿形状，室外空气通过外墙预留孔隙吹入室内，气流经过墙体内部是形成漩涡，起到降低气流温度的作用，适用于位于夏热冬暖地区的办公建筑。

2.3 建筑外围护结构节能设计

在办公建筑外围护结构设计环节，为降低建筑总体能耗水平，设计师需要从简化立面造型、双层幕墙、外墙保温、外窗节能、屋面节能5方面着手，具体如下。

（1）简化立面造型。在设计建筑外立面造型时，非必要情况下，禁止使用飘板、构架、格栅等不具备使用价值的装饰性材料，或是将这类材料用量控制在合理范围内。如此，既可以消除外装饰材料对建筑自然采光通风条件造成的影响、取得理想节能效果，同时，还可以控制工程造价成本，减少施工材料用量，契合绿色发展观念。

（2）双层幕墙。这类幕墙由内外两层立面构造所组成，在内外玻璃层间隔部位设置空气缓冲层，并在内侧幕墙下部、外侧幕墙上部预留通风口。如此，在办公建筑需要自然通风时，开启幕墙上下部通风口，引导室外新鲜空气吹入室内环境，取代机械通风装置。而在办公建筑室内空气质量较高、不需要自然通风时，则关闭幕墙上下部通风口，幕墙内部空气夹层的导热系数较低，有效阻隔室内外热量交换，起到维持室内恒定温度、减少建筑空调冷热负荷量的节能作用[4]。

（3）外墙保温。可采取外墙外保温、内保温、夹芯保温三种方法来强化建筑外墙保温隔热性能。其中，外保温是在外墙外侧铺设保温层并粘贴固定，对保温材料耐候性与防水性有着严格要求，可选用石墨改性水泥基保温板、发泡陶瓷保温板等作为保温材料。内保温是在外墙内侧铺设保温层，有着保温层不易脱落、损坏的优势，但会占用一定的室内空间，应用频率较低。夹芯保温是在内外侧墙片间隔部位设置保温材料，选用混凝土空心砌块作为墙片即可，在墙片中放置聚苯乙烯或玻璃棉等保温材料。

（4）外窗节能。一方面，根据工程情况与周边环境气候条件，准确计算窗墙比最佳值，合理设置外窗开窗面积，窗墙比过小会影响办公建筑自然通风效果，窗墙比过大会削弱围护结构整体热工性能与增加室内空调冷热负荷量。另一方面，选用传热系数较低的外窗玻璃，如新型6mmLow-E+6mm钢化中空玻璃的传热系数仅为1.62W/（m2·K），而普通12mm透明玻璃的传热系数高达5.02W/（m2·K）[5]。

（5）屋面节能。可选择采取保温屋面、绿化屋面两种构造形式来实现节能目标。其中，保温屋面是在建筑屋面通用建造结构中，额外铺设40mm厚度的XPS保温板，通过强化屋面结构保温隔热性能来阻隔室内热量/冷量向外逸散。而绿化屋面是在屋面上方逐层设置石灰砂浆层、钢筋混凝土层、泡沫混凝土保温层、水泥砂浆层、卵石混凝土层与种植土层，在土层中栽植绿化植物，既可以为使用者提供休闲区域，还将起到吸附尘埃、阻隔室外噪音、营造微气候、保持建筑冬暖夏凉等多重作用。

2.4 运用可再生能源

在早期办公建筑工程中，虽然提出节能设计号召，但主要采取被动节能技术，以缩短用电设备运行时间、降低建筑总体能耗水平为目的，在建筑使用期间仍旧需要消耗一定的电力能源，并在电能远距离输送期间产生较大线损量。对此，为深挖办公建筑节能潜力，需要应用到主动节能技术，灵活运用周边环境中分布的地热能、太阳能、风能等可再生能源，由新型能源逐渐取代常规能源，打造真正意义上的“零能耗建筑”。

目前来看，现代办公建筑中成熟的可再生能源利用方式共分为光伏发电、太阳能热水与土壤源热泵3种。

（1）光伏发电是在建筑外立面幕墙、屋面等部位大面积铺设光伏组件，如在幕墙结构中使用光伏玻璃组件，在屋面安装太阳能电池板，由光伏组件持续将太阳能辐射能量转换为电能，再将电能经由线路供给至照明灯具、空调机组等用电设备，摆脱办公建筑对外部能源的依赖。设计师应根据建筑用电需求、周边建筑物分布情况、当地日照条件来选择光伏建筑一体化结合形式，如光电幕墙、光电采光顶、光电遮阳。

（2）太阳能热水技术用于无法大面积铺设光伏组件的办公建筑，在屋顶部位安装太阳能集热器与蓄水箱，集热器持续把太阳光辐射能量转换为热能来提高水温，把水温保持在45～60℃区间内。

（3）土壤源热泵，安装地源热泵，在寒冷冬季启动地源热泵持续将深层土壤热量抽取至暖通空调系统进行供暖，并将冷量蓄存在土层。而在炎热夏季，则从深层土层中提取蓄存冷量进行空调制冷，再将热量蓄存至土层。

2.5 照明节能

在照明节能设计环节，设计师需要从选用高效光源、照明智能控制两方面着手。①在选用光源方面，优先选用第三代LED灯来取代金属卤化物灯、高压钠灯、荧光灯等传统光源，LED灯有着发光视觉能率高、功率因数高、无频闪现象、使用寿命长、能耗低的优势，可以将办公建筑照明系统能耗水平控制在较低程度。②在照明智能控制方面，早期照明系统主要采取手动控制方式，由于控制不及时，时常出现照明灯具长时间运行情况，产生不必要的能源浪费，因而需要搭建智能控制系统，在建筑内部设置若干传感器与终端控制器。在系统运行期间，持续探测室内环境照度、照明灯具亮度和判断自然采光条件，在自然采光条件较佳时关闭全部灯具或保留少数灯具开启，在自然采光条件不佳、室内环境昏暗时，则开启多数照明灯具。同时，也可提前在系统中设定多套照明方案，使用者通过语音指令等方式控制系统切换会议模式等指定照明模式，或是在到达特定时间点后自动切换至对应照明模式。

3 结语

综上所述，为推动我国建筑行业健康发展，建立一套科学合理、内容完善的办公建筑节能设计体系。设计人员需要引入绿色建筑理念进行融合研究，基于绿色建筑理念来掌握办公建筑在自然采光、自然通风、建筑外围护结构节能、运用可再生能源、照明节能五方面的节能设计方法，遵循实际出发、因地制宜原则，结合工程情况来制定一套切实可行的办公建筑绿色节能设计方案，向业主提供更为人性化、更加健康舒适的绿色办公场所。