节能生态示范楼

节能生态示范楼（精选4篇）

节能生态示范楼 篇1

摘要：通过国家质检中心 (山东) 节能生态示范楼智能监控检测系统数据记录、软件推算和能效分析, 量化评价了该示范楼所用的太阳能热水系统 (76.8m2集热面积、4t贮热水箱) 、太阳能光伏发电系统 (720Wp单晶硅电池太阳能电池组件和750Wp多晶硅BIPV光伏玻璃) 、太阳能和风光互补型路灯、LED庭院灯照明系统 (总计6种、101盏太阳能和风光互补型可再生能源灯具) 的节能效益, 为太阳能利用技术的推广和太阳能与建筑一体化提供实践范本和科研载体。

关键词：太阳能热水系统,太阳能光伏发电系统,LED灯具,能效分析

0前言

太阳能资源, 以其为取之不尽、用之不竭的无污染天然能源, 在世界各地得到了迅速发展, 应用规模越来越大, 并已形成迅速发展的新能源行业。目前, 已有两种类型的太阳能转换技术装置被人们研制开发成功, 并广为应用。一类是太阳能光热利用, 即利用一种装置吸收或反射太阳辐射能并将其转换成可利用的热能。另一类是太阳能光电利用, 即利用特制材料 (硅电池等) 所产生的光电效应, 使太阳能直接转换为电能。

济南市位于北纬36.6°, 东经117.05°, 年平均环境温度为14.9℃, 年平均日照小时数为7.1 h, 年日照时数在2 200~3 000 h之间, 冬季有长达4~5个月的时间气温低、云量少、辐照强度低, 属于我国第Ⅲ类太阳能辐照区 (4 200~5 400 MJ/ (m2·a) ) , 水平面年总辐照量为4 681.11 MJ/ (m2·a) , 水平面年平均日辐照量为12.82 MJ/ (m2·a) 。济南市的太阳日总辐射年变化情况和月度气象参数分别见图1和表1。山东质检院节能生态示范楼在设计之初, 考虑到充分利用济南市较为丰富的太阳能资源服务于建筑节能, 在节能生态示范楼屋面及节能楼所在园区内分别采用了太阳能热水研究示范系统、太阳能光伏发电研究示范系统、光电玻璃研究示范系统、太阳能LED路灯研究示范系统、太阳能/风能风光互补路灯研究示范系统和示范楼智能监控检测系统, 以期通过具体工程应用实例, 展示太阳能在公共建筑中的光热和光电利用技术, 为太阳能利用技术的推广和太阳能与建筑一体化提供实践范本和科研载体。

1 太阳能热水研究示范系统及其能效分析

节能生态示范楼采用太阳能热水系统提供生活热水, 其工作原理见图2, 太阳集热器、贮水箱、循环管路、辅助加热部件以及泵、阀、控制器等辅助部件共同构成太阳能热水系统[1~5]。示范楼采用的太阳能热水系统主要部件由山东力诺瑞特新能源有限公司提供, 该系统主要由16组LPC58-2130的全玻璃真空太阳集热器 (每组LPC58-2130集热面积为4.8 m2, 总计集热面积76.8 m2) 和一个4 t的贮热水箱 (受三层建筑楼板承重限制) 组成, 水管采用热镀锌钢管, 循环进水主管径为DN25 mm, 出水主管径为DN32 mm, 水箱采用60 mm厚的聚氨酯发泡保温, 管路采用40 mm厚的橡塑保温, 辅助加热采用电加热方案 (300 kW电加热器) 。综合考虑建筑美观和充分吸收太阳能等多方面因素, 太阳集热器阵列采用接近当地纬度的34°倾角。集热器支架采用4#镀锌防腐角钢整体焊接, 并与屋面采用水泥墩做支撑连接, 防风等级在10级以上。

太阳能热水系统的全年集热量在工程实际中很难、也没有必要用实测的方法计算得出, 简便易行的方法是使用典型气象年参数, 根据太阳能集热部件产品检验参数用专业分析软件推算出太阳能热水系统的全年集热量。

对于城市建筑中太阳能设备的现场检测与效能评估, 需要获得一整套切实反应当地气象环境特点和规律的太阳辐射资料。2005年清华大学与中国气象局合作出版了《中国建筑热环境分析专用气象数据集》一书[2], 该书以1971~2003年的统计为基础, 在1994~2003年中进行挑选典型气象年, 利用近l0年的逐时数据建立了270台站的热环境分析数据库, 这是迄今为止覆盖我国台站最多的标准气象年数据库。典型气象年数据库提供的太阳辐射量均为水平面上的辐射值, 而太阳能集热装置一般倾斜安装, 那么原始的气象数据就不能代表倾斜面上可以接收到的实际辐射量, 所以还要通过复杂的计算, 来得到倾斜面上的太阳辐射量。描述太阳能集热装置安装东西向位置的方位角是指太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角。它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向的角度, 取正南方向为起始点, 则向西为正, 向东为负。太阳集热器安装的倾角和方位角如图3所示。

本文采用通过国际认可的中国典型年气象资料“中国建筑热环境分析专用气象数据集” (CSWD格式) , 读取了济南地区的典型气象年资料, 用专业软件调用济南地区的典型气象年有关数据, 对节能生态示范楼太阳能热水系统全年集热量进行了测算, 图4为专业软件建模后的节能生态示范楼及其年太阳运行轨迹仿真图。

图5为节能楼所在区域全年各月可以获得的太阳辐射量和时间分布示意。

本系统的太阳集热器阵列采用34°倾角和0°的方位角安装, 通过计算可得, 济南地区太阳集热器在34°倾斜面上的年总太阳辐射量为4715.85 MJ/ (m2·a) 。屋面太阳能集热器面积为76.8 m2, 年均集热效率取50%, 管路热量损失取15%, 得热量可由下式 (1) , 得:

其中, AC—太阳能集热器面积,

JT—太阳能集热器单位面积所接受的太阳辐射,

ηcd—太阳能集热器的集热效率,

ηL—太阳能集热系统管路的热损系数。

分别将上述数据代入上式 (1) , 得,

将太阳能热水与常规燃煤锅炉热水比较。标准煤的发热量为29.308 MJ/kg, 价格为1.0元/kg, 设备的转换效率按60%计算, 则相对于用燃煤锅炉制取热水, 太阳能热水系统年节约费用为:C=153 925÷29.308÷0.6×1.0=8 753元。本工程太阳能热水系统总投资约为7×104元, 约8年可收回全部投资, 而使用燃煤锅炉还会对生态环境造成不良影响, 太阳能热水系统的环保效益显著。

太阳能属于绿色能源, 充分利用太阳能可有效减排CO2, SO2等污染性气体。其中减排CO2的量是系统社会效益衡量主要指标。CO2减排的多少可由式 (2) 计算得:

式中:QCO2——系统寿命期内二氧化碳减排量, kg;

n——系统寿命, 取15年;

W——标准煤热值, 29.308 MJ/kg;

Eff——燃煤锅炉效率, 60%;

FCO2——燃煤的二氧化碳排放因子, 0.726。

将Q屋面=153 925 MJ代入上式可得:QCO2=350 t

本项目使用的太阳能热水系统, 太阳能集热器总面积76.8 m2, 贮热水箱容积4 t, 经典型实测结合仿真软件调用济南市气象数据参数计算可知本太阳能热水系统在15 a的使用期内, 可大约节约标准煤131 t (每年节煤9 t) , 减排CO2共350 t (每年CO2减排23t) ;减少二氧化硫排放量10 t;减少NOX排放量5 t;减少灰尘、炉灰、颗粒物等大气污染物排放量89 t。

2 太阳能光伏电池组件和光伏玻璃发电系统能效分析

太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池组件 (阵列) 、蓄电池、控制器、逆变器、用户 (照明或其它类型负载) 等组成[6]。其中, 太阳能电池组件和蓄电池为电源系统, 控制器和逆变器为控制保护系统, 交直流负载为系统终端。

节能生态示范楼在屋面上安装了720 Wp的单晶硅电池太阳能电池组件和750 Wp的多晶硅BIPV光伏玻璃, 主要部件配置及参数分别见表2和表3, 系统实际安装后的照片如图6和图7。除节能展示外, 此两种太阳电池阵列发出的直流电, 转换成为可接入电网的交流电, 并入园区内的供电回路供示范楼使用。两种太阳电池阵列的发电量, 专门设置了并入智能监控系统的记录仪表, 用于量化评价太阳能光伏发电系统的节能效益。随着数据的累积, 可以观测到太阳能光伏发电系统和光伏玻璃在不同气候条件下的太阳能转化特点, 供进一步研究更优的应用方法作参考。

根据并入智能监控系统的记录仪表一年多积累的连续数据记录分析, 720 Wp太阳能光伏电池组件和750 Wp光伏玻璃年发电量约为2 205 kWh, 在25 a使用期内, 可节约用电55 125 kWh, 折合标准煤可以节约149 t, 预计可减少CO2排放量398 t;减少SO2排放量11 t;减少NOX排放量6 t;减少灰尘、炉灰、颗粒物等大气污染物排放量101 t。

光伏发电已经在远离电网地区的电力建设中发挥了重要作用。鉴于光伏发电目前的成本还很高, 在常规能源丰富地区和电网覆盖区还无法和常规能源相竞争。影响太阳能发电使用经济性的因素很多, 系统各器件的价格、国产化水平和产业政策都将影响其在我国推广普及的程度。本项目旨在先导示范, 为今后综合评价太阳能光伏发电系统的使用经济性提供数据参考和技术支持, 社会效益远大于经济效益。作为产品质量监督研究机构, 山东质检院对上述两种主流形式的太阳电池在实际建筑中应用并进行量化评估, 分析影响太阳能发电使用经济性的因素, 为今后太阳电池技术和产品的大规模推广应用奠定基础, 意义重大。

3 太阳能和风光互补型路灯、LED庭院灯照明系统能效分析

山东省地处东部沿海, 海岸线长达3 100多公里, 沿海岛屿几百个, 风能密度大, 年平均风速高, 是我国风能丰富区之一。全省以风能为主的可再生能源如能达到国家规划的占能源消费15%目标, 每年即可节约煤炭近1×107t, 经济效益非常可观, 环境效益不可估量。济南多风季节少, 短时阵风偶尔较大。因此, 只适合于采用离网型小型风力发电机, 且应考虑风力发电机的启动风速、切入风速、切出风速等因素。配合园区景观建设需求, 还应考虑美观和周围环境配合情况。受限于济南风资源条件, 单纯风力发电设备所提供的电能可能应用效果并不大, 因此宜采用风能和其他能源互补的形式加以利用, 而由于风能分布是随着高度而变化, 离地面越高, 风资源会越丰富, 因此采用和园区太阳能路灯共用灯杆的方式设置风力发电机, 并提供电能供路灯使用。基于先导示范的考虑, 园区灯具采用的风力发电机既有垂直轴式, 也有水平轴式, 实物照片见图8和图9。

节能生态示范楼所在园区安装使用了70盏太阳能LED路灯、6盏太阳能LED庭院灯和16盏风光互补太阳能LED路灯、9盏风光互补太阳能LED庭院灯, 园区照明系统共计使用101盏太阳能和风光互补型可再生能源灯具, 灯头总功率2 734 W。各类灯具的功率和数量统计如表4。园区内采用太阳能和风光互补多种类型灯具, 目的是充分利用园区的太阳能、风能可再生能源, 实现绿色照明。灯具实际安装后的照片如图10。

示范楼所在园区太阳能和风光互补型灯具主要采用两种形式:一种为高杆路灯, 另一种是庭院灯。照明需求应考虑:安全第一;夜间能提供行人、车辆的一般需求;不妨碍车辆通行;照明时长需求实现自动启停;节能;适当的经济性原则。当前可供选择的节能灯头很多, 但是考虑与太阳能和风能发电有机结合、技术成熟度、经济性等因素, 最终选用LED节能灯头, 并采用铝压塑散热器件, 以防止LED灯长时间运行时由于发热而导致的光衰现象。为保证安全, 园区所有照明灯具采用低电压工作模式, 直流电源为蓄电池, 交流电为补充, 通过变压、整流实现LED灯的全天候工作。考虑太阳能和风能利用效果、季节性气候特点, 照明灯具采用市电补充供电形式, 同时, 为了满足照明时长的设置, 在夜间 (0时左右) , 实现半光切换以节省电能;因此, 控制器和转换器具备变压、整流、智能充放电、光感和时间感应功能。现有照明灯具采用铅酸蓄电池为储能设备, 铅酸蓄电池使用寿命约3年, 因此蓄电设备成为园区照明系统的软肋, 这也将是可再生能源利用中有待强化的薄弱环节。

园区所在地全年太阳能、风能资源如图11所示, 园区全年的太阳能和风能的互补性较好。太阳能月平均辐射量较大值出现在五、六、七月份, 而风能的较小值出现在六、七、八月份, 这样, 如果采用风光互补发电系统, 可以很好实现太阳能和风能相互补充, 使负载的供电可靠性得到较好的保证。

风力发电机一般常用“风速-功率曲线”表征其运行特性[7], 图12为风力发电机的“风速-功率曲线”。当风速小于启动风速时, 风轮未能获得足够的能量而不能启动。风速达到启动风速后, 风轮开始转动, 带动发电机开始发电, 输出电能给负载, 当风速超过截止风速时, 风力发电机通过机械限速机构使风力发电机在一定转速下极限运行或停机运行, 以保证风力发电机不至于损坏。对于园区风光互补型照明灯具, 启动风速实测3级风条件下部分风力发电机可以转动, 到5级风条件下, 部分风力发电机开始产生电能, 但电能都较小。目前经过8级风测试, 风力发电机工作正常。由于灯杆不是很高, 风紊流现象严重, 风力发电机工作并不能保持同步, 发电量不够稳定。

根据表4所列参数, 园区内使用的101盏太阳能和风光互补型可再生能源灯具的总功率2 734 W, 按每天使用10 h计算, 每年发电量约为7 983 kWh, 在10 a使用期内, 可节约用电79 833 kWh, 折合标准煤可以节约216 t, 预计可减少CO2排放量577 t;减少SO2排放量16 t;减少NOX排放量8 t;减少灰尘、炉灰、颗粒物等大气污染物排放量147 t。

4 结语

本文通过山东质检院节能生态示范楼具体工程应用实例, 展示太阳能在公共建筑中的光热和光电利用技术, 为太阳能利用技术的推广和太阳能与建筑一体化提供实践范本和科研载体。通过示范楼智能监控检测系统数据记录、软件推算和能效分析, 量化评价了太阳能热水系统、太阳能光伏发电系统、太阳能和风光互补型路灯、LED庭院灯照明系统的节能效益, 对上述新型的、利用太阳能和风能等可再生能源的技术和产品, 通过在示范项目中的应用, 探讨其在建筑中的实际应用效果和进一步优化思路, 具有显著的社会经济效益和良好的环境效益。

5 致谢

本文的研究工作得到了山东省质量技术监督局2008年度科研项目“我国节能技术及节能指标体系研究”和“节能生态示范楼太阳能综合利用示范系统研究”的支持, 文中的“工程可用太阳能资源软件量化分析”工作得到了项目合作单位山东建筑大学曲云霞教授和硕士研究生冯源同学的协助, 在此表示衷心的感谢。

参考文献

[1]丛大鸣主编.节能生态技术在建筑中的应用及实例分析[M].济南:山东大学出版社, 2009.

[2]中国气象局气象信息中心气象资料室, 清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

[3]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[4]国家标准GB50364-2005, 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].

[5]国家标准GB/T18713-2002, 太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范[S].

[6]孔慧, 熊胜虎.全球光伏产业发展现状及发展趋势分析[J].太阳能, 2009, 6:15.

[7]郎斌斌, 穆钢, 严干贵等.联网风电机组风速-功率特性曲线的研究[J].电网技术, 2008, 12:25.

集成创新剖析科技部节能示范楼 篇2

科技部节能楼技术系统分类

科技部节能楼是我国加入《京都议定书》后, 为履行二氧化碳减排目标而设计建设的节能示范项目, 由中美双方合作完成。从1998年夏开始筹备到2004年初投入使用, 历经2年方案研究, 1年立项和设计, 2年建设期, 共花了5年多时间。解剖节能楼技术系统, 主要涉及三大层面, 节能技术系统、环保技术系统、自动化智能技术系统。与同等普通办公楼相比, 2007年评估该楼年节能达74.3%, 年节水1万吨以上, 单楼实现年减排C02约1567吨。建成几年来, 成为国内外关注的样板建筑。在节能楼三大技术系统中, 共集成技术30多项, 效果显著的有17项。

节能技术系统

节能技术系统主要包括电力节能系统、热力节能系统、节水系统。

电力节能系统, 全楼年用电能耗为40.6千瓦时/平方米, 而同等建筑能耗为150~180千瓦时/平方米, 科技部节能楼只相当于北京同等建筑电耗的1/4。这归功于照明、空调、热力、电梯等用电设施节能、自动化技术的集成应用与新能源 (如太阳能) 和热回收装置的采用。

节能电梯, 通过运行程序的智能控制和按乘载量调节的变频系统, 以及主副梯的设置, 减少了空载率和“大马拉小车”的现象, 较大幅度地节省了电梯运行的能耗。

在屋顶安装太阳能光伏发电和太阳能热水系统。建有15千瓦的太阳能光电池板阵列, 全年可提供1.5万度的电力。太阳能热水系统可满足全楼洗手水的提温及值班人员洗澡, 太阳能系统在全楼能源消耗中约占5%~6%。

空调系统冷源采用了两台冷量为100冷吨的双回路式电制冷机组, 制冷剂为R134A绿色冷媒, 可实现20到200冷吨的12种组合, 适应不同制冷量的需要, 避免了能源浪费。同时敷以500冷吨的冰蓄冷系统, 夜间用电低谷期蓄冰, 白天用电高峰期化冰释冷, 做到“削峰填谷”地使用外源电力。

热力系统节能, 全楼供暖期煤耗仅为4.3公斤标准煤/平方米, 北京同等建筑约为20公斤标准煤/平方米, 全楼1.3万平方米供暖耗热量仅相当于一座4000多平方米普通办公楼的用量。

节能技术中节水技术的应用, 全楼人均月耗自来水1.2吨, 相当于北京市办公楼有节水措施办公楼人均水耗的47%, 一般办公楼的1/3左右。这主要得益于雨水收集、节水器具和智能控制变频供水系统的集成。节水器具如无水型小便器, 尿液通过化学药盒被分解为水和固体物, 一个小便池全年可节水约14吨, 仅此一项全年可节水450吨。智能控制变频供水系统及节水型红外感应式洗手龙头的应用则大大减少了水资源不必要的浪费。

从总量上看, 相当于全楼年节电140余万千瓦时, 年节煤204吨, 年节水10560吨, 平均每年节约能源费用约85万元。

环保技术系统

环保技术系统主要包括外墙设计技术、装修环保材料以及屋顶花园设计与建造技术等。

科技部节能楼外墙实现了无光污染的设计。亚光型的浅色外墙, 采用了亚光型氟碳涂料和铝材, 既反射阳光、减少外墙的吸热, 又可实现漫反射。使用低角度、全截光的楼周边照明, 避免了楼字对周边环境的光污染。

全楼室内装修使用无污染的环保材料。内墙使用无有机胶的涂料, 房间木门禁止使用大芯板, 并用水性漆刷饰, 避免甲醛污染;地毯使用无污染的废物再生天然纤维, 地板使用速生木材。内装修设计全面体现了防止室内有害气体产生和不当浪费天然质材的思路。

环保技术集成还体现在绿化环境方面的技术集成, 如占屋顶面积70%的810平方米的屋顶花园和38立方米的雨水收集池, 屋顶花园的“土壤覆盖层”是轻质保水的人造火山灰的绿色种植土壤, 采用了防植根穿透及三层防水技术, 为防积水采用了滤水过滤网和基底导流技术。而雨水收集池则可满足屋顶花园和周边绿地在夏秋季的浇水需求。

自动化智能技术系统

自动化智能技术主要体现在建造前的计算机模拟设计技术与使用中的自动化控制技术的集成。

在建造设计过程中, 依据北京地区50年的气象记录, 进行了3轮实时能效模拟计算分析, 依此对设计方案进行了优化选择。按性价比最优选择原则, 将多种节能技术、绿色技术综合集成, 做到相互协调补充。如节能示范楼采用十字型的平面和外形设计就是计算机模拟的结果, 对于办公和写字楼, 在充分利用自然光照明以及春秋季节采用自然通风的条件下, 这种设计, 比其他任何一种外形的平面设计, 至少节约能源5%。

智能化照明系统是楼宇能源消耗的又一重点。办公室内没有灯具开关, 采用光照传感器与红外人体感应传感器相结合的控制方式, 有人时智能灯自动开启, 无人时灯自动熄灭;并实现无级数控功率调节, 使自然光加上灯光后保持桌面阅读的最佳照度。

数字化的楼宇自控系统。全楼设置了2000余个各种类型的传感器, 采集楼宇运行的水、电、空调、电梯等设备的状态、各房间空气质量和温湿度、灯光照明、消防安全等各种信号, 实现自动化运行。办公室的空气质量, 包括二氧化碳浓度、温度、湿度和有害挥发性气体浓度都受到有效监测和控制。运行状态、能源消耗、实况数据等均可在中央控制室的计算机中得到反映。自动控制系统在保证全楼使用的高舒适度的同时, 又可实现节能15~17%。

技术系统集成创新案例分析

在建造初期, 节能示范楼面临节能建筑设计、建筑的共性问题, 即建设成本和技术来源。

节能楼在建设过程中遇到问题具有普遍性

节能建筑建设成本普遍高于非节能设计。和其他节能建筑相比, 科技部节能楼的造价并不高, 综合造价为6740万元, 每平方米不足5200元。但与一般节能设计相比, 仍高出400万元。建设成本成为许多建筑节能设计不能得到有效执行的重要原因。

受造价因素影响, 某些领域国内现有技术不能直接拿来使用。现有节能技术和产品的可选择性不足, 不同节能需求与不同经济承受能力的适应性和结合度不够。如屋顶花园的建造问题, 国内20世纪70年代就有过研究和实施的技术方案, 但由于其承重、防水等问题与现有建筑标准存在差距, 成为其技术推广难的重要原因。在已有技术解决方案中, 采用陶粒土、软质土每平米重量达330公斤, 如果加上土壤吸水饱和后达到每平方米410公斤, 而国内一般上人屋顶的设计承重标准为每平米250公斤, 现有技术不能直接拿来应用。

国内在某些配套技术开发方面有些薄弱。为达到节能功能的许多设计, 在国内还存在技术与产品不配套的现状。如节能示范楼为达到照明节电功能, 采用功率调光技术而非电阻调光, 功率调光灯的关键技术在感受室内光线的光照传感器, 国内在计算机软件和传感器件都有技术基础, 但适应建筑室内调光的配套技术开发还比较少。

以上困难可以说是节能建筑实施过程中遇到的普遍性问题, 但科技部节能楼的完成说明通过转变观念、技术集成完全可以解决困扰节能建筑的这些问题。

科技部节能楼技术解决方案的经验

关于建设成本———观念是关键。成本往往是经营者关注的重要问题, 但从可持续发展角度, 节能建筑成本问题更重要的在于观念转变。以科技部节能楼为例, 建成使用以来, 每年仅能源费节省85万元, 按能源费每年递增1%计算, 在建筑设计的50年使用期内, 将节省能源费7990万元, 比现有造价还多出1000多万元, 也就是说, 在节能楼使用寿命结束后, 其节省的能源费足以再建一座同等规模的节能建筑, 真正实现了节能建筑的可持续性。

关于现有技术不足———集成是关键。科技部节能楼技术集成的经验说明了, 没有任何一个功能的实现可以完全找到现成的技术直接使用, 但满足功能要求所使用的技术又几乎都是现有技术, 这其中的关键在于善于集成。为破解屋顶花园承重等关键技术难题, 在项目实施过程中, 邀请北京园林所、天津园林所及上海绿化公司等国内专业绿化研究院所及企业联合设计, 集成国内现有8项技术最终解决了屋顶花园的承重及防渗等问题。其中, 土壤采用人造火山灰, 防水保水技术采用上海绿化公司拥有的基底导流技术, 绿化用苗木选用京津园林研究院所的耐旱、耐风品种等。节能楼屋顶花园的成功建造, 一方面使得这些单位多年拥有的一些技术获得了应用, 如上海绿化公司的基底导流技术, 为其日后技术大面积推广提供了突破性进展, 另一方面也给相关单位未来的方案设计提供了很好的思路与经验。技术集成应用使得屋顶花园的成本不足400元/平方米, 远低于北京城市绿化带的成本。

节能生态示范楼 篇3

常规的建筑设计在建筑形体的推敲中多以形体美学、建筑文化等要素结合建筑内部功能来进行[1]。但是建筑的绿色设计策略则主要将建筑的生态、节能、环保、健康作为设计目标。这种设计理念所形成的建筑形体无疑是与传统的建筑形体有一定的区别。

1 建筑概况

郑州节能环保产业孵化中心绿色示范楼 (后简称“节能示范楼”) 集办公和节能展示于一体, 位于经开第一大街与经北五路交叉口处, 总建筑面积5 900m2。建筑形体呈南低北高之势, 南北两部分办公区。南侧为三层双坡屋面, 北侧为五层单坡屋面, 中部通过中庭将南北两部分相连接, 中庭顶部采用斜面双层玻璃采光顶。在设计思路上特别强调建筑通过加强自然通风及自然采光来实现节能环保, 创造舒适环境的目的。为了营造良好的室内环境, 在中庭处设计绿化、水景及供参观人士休憩的设施。

2 屋顶形式利于太阳能利用

该建筑的坡屋顶面积较大, 尤其是北侧办公区与中庭屋顶组成了面积很大的单坡屋面, 国内外许多绿色和低碳建筑都采用该形式[2], 这是绿色建筑的一种标志性的建筑形态, 但该形式的出发点并不是着眼于排水功能或美学需求。为了与郑州太阳高度角相适应, 示范楼屋面坡度设计为33°, 为屋面太阳能光电板、太阳能集热器提供最佳日照效果[3]。由此不难理解:即使采用被动式太阳能坡屋顶设计, 不同维度的建筑屋面倾斜角度是不同的。

3 屋顶形式利于自然通风

该建筑坡屋顶还有利于组织自然通风。通过强化建筑内部自然通风, 既可提高室内空气品质, 又可减少空调制冷和采暖使用强度, 达到创造健康舒适的室内环境以及建筑节能的目的。建筑屋顶设计成双层屋面, 上下面板形成风道。屋顶最南端设置捕风窗, 利用风压作用引入室外气流。屋顶的中后部是由中庭处双层玻璃顶与北侧双层坡屋顶形成连续贯通的气流上升通道, 通道的顶部位于建筑屋顶最北端, 该处设有金属加热舱, 舱口上部装有“风帽”, 起遮雨和气流导流的作用。整个通风组织系统在适当位置有风阀, 可应对季节变化和通风要求来组织气流。这种设计方式是否有效, 或者对外形的具体推敲是通过风环境分析软件来完成的, 利用CFD技术可以较为有效地避免的设计师的主观臆断, 为设计师确定建筑的形体提供参考 (见图3) 。屋面通风系统在细部设计上也考虑到美观因素, 如风帽外形重复统一, 水平排列于屋顶, 韵律感鲜明。

4 开窗形式与中庭的“绿色”作用

示范楼采用中庭的建筑形式, 与内廊式建筑相比, 占地面积增大, 基地利用率不高。很显然设计师在设计时不是将经济效益放在了绝对位置, 随着经济的发展, 舒适健康的室内环境越来越受到建筑使用者的重视。为了改善北侧办公区的自然采光效果, 中庭采用了玻璃屋面, 可引入大量自然光。其上点状分布的太阳能光电板除了发电外, 可适当减少直射光的射入量, 形成了特有的韵律感, 增强了建筑细节。中庭两侧的建筑内墙为漫反射玻璃窗, 附有可调节遮光百叶。对于北部办公区而言, 由于南侧窗通过中庭可以引入自然光 (见4图) , 在满足通风要求的前提下, 建筑北侧外墙开窗面积便可适当减小, 从而降低北立面外墙的热损失, 这也说明绿色建筑设计理念不是以牺牲业主的经济效益为前提来营造舒适的室内环境的, 设计师仍然将节能环保放在了重要位置。建筑外立面开窗形式的变化, 形成建筑形式美学中的“对比”。同时, 中庭布置绿化、水池、休息设施, 既美化了室内环境, 又充当了建筑的“绿肺”, 净化空气的同时也对室内气流组织起到了积极的作用。从以上分析可以看出, 郑州节能环保产业孵化中心绿色示范楼的建筑形式主要成因是从绿色设计视角出发, 同时在建筑各尺寸间的比例关系中兼顾了外形美观的需求, 体现了建筑形式与建筑功能的统一。

综上所述, 采用绿色设计策略进行建筑设计要求设计师一方面需要有深入的理论研究和观念更新, 另一方面更需要大量的实践积累。这在一定程度上增加了建筑设计的难度, 给绿色建筑的推广造成了一定困难。此类建筑在设计过程中更强调功能与形式的统一, 并通过实地勘测和计算机软件分析结合形式法则及建筑师主观经验来进行建筑设计。这就使得此类建筑在外观及细部都要考虑环保节能、健康等因素, 郑州市节能环保产业孵化中心绿色示范楼就是此类建筑中优秀的建筑实例。

摘要：在建筑能耗与污染严重的现今社会, 建筑设计仅仅从使用功能、形体美学等方面考虑是不够全面的。绿色建筑作为适应当今社会趋势的建筑形式备受人们瞩目。本文以郑州节能环保产业孵化中心绿色示范楼的绿色设计理念和建筑形态成因为对象, 对其进行评论。

关键词：建筑评论,绿色建筑,设计形式

参考文献

[1]郑时龄.建筑批评学[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.

[2]刘加平.建筑创作中的节能设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

节能生态示范楼 篇4

当今世界, 人口剧增, 环境逐步恶化, 人与自然的矛盾越演越烈, 生态危机几乎一触即发。在严峻的现实面前, 生态建筑的理念引起人们重视。泰安奥林匹克花园就是对未来生态建筑大规模发展的有益尝试。

一、生态建筑的概念

生态建筑, 就是根据当地的自然生态环境, 利用生态学的基本原理, 使用建筑技术科学及现代科学技术手段等, 科学合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系, 使建筑和所处的环境成为一个有机的结合体, 同时具备良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力, 以满足人们舒适生活的居住环境, 使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性、健康的循环系统。

技术面上, 生态建筑应具有六大性能:选址规划尽量利用和保护原生态系统;科学高效的使用节能资源和再生资源;努力采用太阳能、地热、风能、生物能等自然资源, 综合措施有效节能;采用各种生态技术实现废水、废物资源化, 废物排放减量无害, 以再生利用;建筑环境舒适健康, 日照良好, 通风自然;建筑功能合理、灵活、适宜, 易于维护。

二、生态建筑的优势

作为21世纪世界建筑发展的方向, 生态建筑不仅可实现人、建筑与自然的协调统一, 还带动了节能门窗、新型节能墙体、新能源利用等多个产业的发展。生态建筑示范楼坚持“节约资源、节省资源、保护环境、以人为本”的基本理念, 并通过天然采光、自然通风、绿色建材、、智能控制、超低能耗、健康空调、再生能源、资源回用、生态绿化、舒适环境等十大技术的集成应用来实现其功用。以泰安市奥林匹克花园生态建筑示范楼为例, 多种生态技术的应用使得生态建筑示范楼的综合能耗为同类建筑的1/4, 再生能源利用率占建筑使用能耗的20%, 再生资源利用率达到60%。室内环境达到健康、舒适指标, 其总体技术水平处于国内领先地位。

三、生态建筑的设计手法

目前, 生态建筑在各地方的发展都处于探索起步阶段。从建筑设计上看, 主要有两种倾向:一种是自然引入建筑, 运用高科技知识, 促进生态建筑化, 人工环境自然化;第二种是将建筑融入自然, 就是把建筑纳入与环境相通的循环体系, 从而更经济有效地使用资源, 使建筑成为生态系统的一部分, 尽量减少对自然景观、山石水体的破坏, 使自然成为建筑的一部分, 泰安奥林匹克花园的主要设计手法如下。

以CL新型墙材、断桥中空玻璃窗和地板辐射采暖为主体的住宅综合节能体系。早在2006年, 就超过了住宅节能65%以上国家标准, 成为国家级住宅生态节能示范工程。社区设有太阳能发电系统, 供给社区景观照明用电, 并采用独立供电的光电互补装置。并配有LED节能灯具和声光控制系统, 最大程度地节约了电能。中水处理系统、雨水收集系统、家用节水洁具, 让宝贵的水资源循环再利用, 水耗降到了最低, 大力推广应用地源热泵新技术。

“CL (Composite Lightweight) 体系”是采用一种复合混凝土夹心保温墙体。既解决了承重, 又将永久性保温融为一体。同时达到经济合理和抗震安全, 便于施工, 使之形成一种全新的抗震节能型住宅体系, 该体系属于复合钢筋混凝土剪力墙结构体系。

“CL建筑体系”是对多层住宅结构是一次革命性的改变, 解决了我国政府多年来想解决墙体节能和建筑工厂化的难题。总体思路是:彻底取代黏土砖节约耕地;彻底解决住宅节能达到国家65%的节能要求;提高建筑物的抗震性能。该项目经建设部科技成果鉴定, 其综合技术达国际先进水平。

另外, 值得一提的是地源热泵新技术的采用。地源热泵利用水与地能 (地下水、土壤或地表水) 进行冷热交换, 作为地源热泵的冷热源。冬季把地能中的热量取出来, 供给室内采暖, 此时地能为热源;夏季把室内热量取出来, 释放到地下水、土壤或地表水中, 此时地能为冷源。能够实现分户计量, 满足业主需求。

地源热泵技术是对中国传统供热燃煤锅炉方式供暖的一次改革, 是高科技应用房地产的一次有力尝试。它的出现将取代家庭冷暖空调的位置, 被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。通过输入较少的电量, 即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在制热制冷时, 输入1 KW的电量可以得到4~5 KW以上的制冷制热量, 比常规中央空调系统能耗低40%左右。同时, 该技术具有卓越的环保功效:使用电力, 没有燃烧过程, 对周围环境无污染排放;不需使用冷却塔, 没有外挂机, 不向周围环境排热, 没有热岛效应, 没有噪音;不抽取地下水, 具有充分利用可再生资源, 节能环保, 无污染等系统特色。地源热泵技术节省了业主空调设备投入, 是一种不向外界排放任何废气、废水、废渣的理想“绿色空调”。

地源热泵非常耐用, 它的机械运动部件非常少。所有的部件不是埋在地下便是安装在室内, 其地下部分可保证50年, 地上部分可保证30年。因此, 地源热泵是免维护空调, 使用户的投资在三年左右即可回收。更重要的一点是, 地源热泵系统所使用的制冷剂在工厂里注入并被完全密封, 使用过程中绝无泄漏, 用户任何时候均不必添补制冷剂, 减少了对臭氧层的破坏。

四、推广生态建筑急需解决难题

一种新的思想或技术所产生的效益有滞后性, 如果投资回报比在短时间内不明显高于传统思想或技术的效益, 那么即使它会有更好的长期效益 (如低廉的维护费用、寿命长、节约资源等等) 也难为人们所接受, 这已成为社会进步的一道门槛。要在可持续发展的基础上推广生态建筑, 必须重建人们的价值观和消费观, 建立一套新的价值观和行为规范, 强制使用节能设备与材料、无公害材料。设计中必须采用各种节约资源的措施, 并通过政府在立法、税收等方面的政策调整, 加强生态建筑在经济上的可行性。特别在开始阶段, 如果没有一套良好的经济、财政、税收方面的激励体制用以补偿开发商由于额外投入所带来的损失, 生态建筑就难以推广。

五、结语

在建筑领域里, 应提倡与环境共呼吸的建筑设计观, 大力推广各种建筑生态技术的应用, 发展生态建筑。这不仅有助于推动全球环境品质的改善, 而且有助于个人生活品质的提高。尤其对于发展中国家, 加大生态建筑的研究, 推广建筑生态化, 积极运用适宜技术, 无论从环境的角度、建筑设计的角度、能源的角度都有其深远的现实意义。

摘要：生态建筑是21世纪建筑设计发展的方向。本文以山东省泰安市奥林匹克花园生态建筑示范楼为例, 分析了生态建筑的设计手法及优势, 指出了推广生态建筑的难题, 提出了政府主导的发展策略。

关键词：生态建筑未来之家,人性化,节能化,智能化

参考文献

[1]李晋琦.居住区环境设计人性化的探索[J].东南大学学报 (哲学社会科学版) , 2009 (S2) .