绿色节能技术在超高层建筑中的应用

摘要

超高层建筑为保证其正常运作，在电梯、空调、供水、采暖、管理等方面要更多消耗大量能源。而绿色超高层建筑设计的目标是在建筑全寿命周期内，实现比常规超高层建筑能耗显著降低、室内环境质量显著提高、对周围环境影响显著下降、高效稳定运行的低碳和可持续发展的建筑。绿色超高层建筑无论从设计、施工、还是运营角度都比普通超高层建筑效果有极大改善。本文以天房中新天津生态城南部商务中心项目为设计实例，通过自己的学习和工作经验归纳了超高层绿色建筑设计的要点，为今后开展同类型项目提供了重要参考。

关键词：绿色超高层 全寿命周期可持续发展

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

绿色超高层建筑设计流程

项目绿建设计目标确定：根据项目特点，因地制宜，并最终根据业主需求确定项目绿色建筑设计目标。

初步方案设计阶段：根据项目绿建目标，优先采用被动式节能方法，主动式节能方法为补充，并通过经济性比较分析初步确定绿建设计方案。

项目可研性分析阶段：确定绿色建筑技术设计方案，明确具体技术措施，并通过多方案比较，判定初步设计成果。

施工图深化设计阶段：进一步明确各绿建技术中相关指标要求，量化模拟计算，优化绿建措施方案。

绿色建筑奖项申报阶段：由绿建设计咨询公司对项目绿建目标进行星级预评估，准备绿建申报材料，编写报告书，组织专家答辩。

绿色施工指导阶段：展示绿色建筑设计策划方案，进行绿色施工导则规范编制，指导绿色施工。

二、绿色超高层建筑设计的技术体系

1.室外环境与可持续场址： 通过发展公共交通、减少光污染、增大室内渗透等技术达到减小对室外环境的影响。

2.节能与能源环境：通过优化围护结构、空调系统、照明、电梯等，达到降低建筑能耗的作用。

3.节水与水资源利用：通过收集和利用场地雨水、建筑中水，采用节水景观、节水器具等措施减少市政用水需求。

4. 节材与材料利用：充分利用3R材料、土建与装修一体化、采用当地材料和高强度材料等技术。

5.室内环境质量：通过增强自然通风，选择高效空调系统，充分利用自然采光，和低挥发性材料等措施改善室内环境。

6.绿色施工：超高层建筑施工周期长（一般为3年左右），对周边环境影响很大，因此应充分减少水土流失，充分利用建筑废弃物等达到减少施工对环境的影响。

7.运营管理：通过执行调试技术对各系统进行调试、对运行管理人员进行培训、利用能源分项计量系统记录建筑运行能耗情况，并及时发现存在的不足，制定节能的措施以减少建筑运行能耗。

三、绿色节能建筑技术在超高层建筑中的应用实例分析比照

四、天房中新天津生态城南部商务中心项目绿建设计策略

1、项目概况：项目位于中新天津生态城南部核心位置，规划用地约1.78公顷，总建筑面积约10.98万平方米，其中地上总建筑面积7.87万平方米，地下总建筑面积3.12万平方米，建筑总高度为195.45米。地上43层，地下2层。

项目为一类超高层综合楼。地下二层战时共分为6个人防防护单元,平时主要为汽车库及设备用房；地下一层为汽车库及设备站房区；首~三层为商业 ；4~42层为办公层；43层为机房水箱间； 5层、20层、35层为避难层兼设备转换层。结构型式：主体为钢筋混凝土框架-核心筒结构，裙房为钢筋混凝土框架结构。

沿街透视图

整体鸟瞰图

总平面图

2、本工程绿色建筑设计目标：

本项目绿建设计依据国标《绿色超高层建筑评价技术细则》完成绿建评审工作,目标达到“三星级”标准。

本工程绿建设计原则：

1）因地制宜采用绿色低碳策略，根据能耗、气候特点、将建筑设计与被动节能技术利用有机结合，做到轻重有序、策略分明。把增量成本控制作为主线，贯穿始终，为低成本实现超高层绿色建筑提供示范，强调通用性。

2）优先选用“被动式”节能方法，通过可持续场地规划、对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低，不需要耗能的机械设备来提供支持并能充分利用自然环境，达到节约能源的效果。

3）“主动式”节能方法作为补充，利用各种机电设备组成主动系统来收集、转化和储存能量，充分利用地源热泵、太阳能光伏、太阳能热水、风能等可再生能源，同时提高传统能源的使用效率。

3、本工程主要绿建设计策略

1） “被动式”节能设计方法

可持续场地规划：通过场地风环境模拟优化设计，改善室外风环境、自然采光模拟优化、光污染控制措施（控制玻璃和幕墙的反射比不大于0.2，不采用大功率夜景灯具）、场地综合绿化、合理利用透水地面、绿化灌溉采用节水喷灌方式。

围护结构的节能设计：建筑中楼板和外梁位置的玻璃幕墙后侧粘贴70mm 厚的岩棉，增加外保温措施来改善护结构的热工性能，外墙采用遮阳型双层中空LOW-E玻璃幕墙内置遮阳百页，玻璃的传热系数为1.8W/(㎡·K)，遮阳系数≤0.45，可见光透射比在0.35以上，幕墙气密性3级。

节材策略：建筑结构材料合理选用高性能混凝土、高强度钢；充分使用可再利用及再循环材料(钢材、铜等金属材料,玻璃,铝合金型材,石膏制品,木材)；使用以废弃物为原料生产的建筑材料(建筑废弃物再生骨料制作的混凝土砌块、水泥制品)；办公部分的内隔墙采用轻钢龙骨石膏板进行灵活隔断，避免空间布局改变带来的多次装修和废物的产生。

室内中庭空中花园：在标准层办公空间中设计了两层或三层挑空的空中花园，作为超高层建筑的生态化空间，拉近建筑与自然的距离，改善办公条件，有助于提高工作效率。

2）“主动式”节能设计方法

地源热泵空调系统：采用地源热泵系统对建筑物进行空调、供暖供应的技术。在裙房地下室底板下设竖直地埋管换热器，由地源热泵为建筑物提供冷热负荷。夏季冷源由地源热泵系统、电制冷水冷离心式冷水机联合提供，并设有水蓄冷设施。预留写字楼电子设备冷却水系统。冬季热源由地源热泵系统、地源热泵和电锅炉联合蓄热系统共同提供，并设有水蓄热水池。同时预留市政热力进线路由。

合理设计空调系统分区与型式:首层商业布局比较分散，采用风机盘管系统。大堂空调送风采用冬夏可调式旋流送口，保证送风效果。裙房步行街走道首层局部为步行街设置侧送风口。并且在步行街三层屋面开侧窗，过渡季和夏季做自然通风。办公部分，采用吊顶式诱导器（辐射冷梁）加新风热回收的水—空气空调方式。沿外墙设置地板式散热器，冬季供暖，负担围护结构热负荷。

排风热回收系统：办公室新风集中处理，新风机组设热回收装置，回收排风热量。

空调风系统的净化杀菌：在空调机组设置除尘进化杀菌装置，改善空气质量。

太阳能光伏发电设计：高出裙房屋面的体块顶部结合幕墙设置太阳能光伏发电系统，安装面积14x14平米，七块，共计1372平米，安装容量约110~140kWp，并入低压电网。

3）节水策略：通过制定水资源统筹规划，控制管网漏损、节水器具的使用、非传统水源利用率达到建筑全生命周期节水的目标。非传统水源的利用：本项目采用市政中水作为中水水源，主要用于室内冲厕、室外绿化及道路清洗。项目最大程度地利用地块内的雨水，集蓄用地内和屋面的雨水，用于绿化灌溉和雨水回渗，改善土壤生态环境。

4）室内空气质量监测系统：通过对建筑运行参数的动态监测，可以实时反映建筑的实际运行情况，动态反映建筑物的能耗情况和室内舒适度情况，及时采取相应措施，调整相关设备开度，营造一个即节能又舒适的室内环境。

5）绿色照明： 采用高效、节能照明光源、高效灯具和附件。车库采用LED光源。采用智能照明系统进行合理灯光控制，以利于节能。

6）运营管理：项目最终要采用楼宇自动化系统，对空调系统、给排水系统和冷热源系统的各种设备进行科学合理的管理，以达到建筑物节能增效的目的。

五、超高层建筑绿色设计策略总结

关注人文关怀

因地制宜，从建造场地的地理位置、气候条件和人文环境等因素考虑初步设计，可以采取哪些措施扬长避短，使能源使用率最大化。

2、强调节资高效

结合独特的气候环境与建筑本体特征，最大程度地优化建筑节能设计，充分利用可再生能源，合理实现能源梯级利用，提高建筑能源利用效率。根据绿色建筑的达标目标确定设计低成本绿色建筑的最佳设计模式。对能源、水资源、建筑材料的选用、使用、维护、排放等全过程控制，减少使用，减少排放。

3、土建与装修一体化设计施工

目的是减少装修过程中带来的二次污染与材料的浪费。考虑到空间的后续利用，在条件允许时，建筑隔断应优先考虑轻质墙体。

4、合理采用高性能建筑材料

本着因地制宜、本土材料使用最大化和绿色建材优化的思路，提高3R建材利用率，可再循环材料利用率超过10%。考虑到超高层建筑100年的寿命以及建筑的结构安全要求，建议合理采用高性能的混凝土和钢材，以有效降低其使用量，实现间接的节能减排和环境效益。

5、绿色施工

加强工程施工的科学管理和技术创新，最大限度地减少资源浪费，减少施工对环境的负面影响，实现绿色施工。

6、注重建筑的运行管理

设置能源和环境信息综合监管平台，提高运营管理和物业管理智能化的水平，最终实现建筑节能减排目标。

7、完善政府相关政策，强化建筑节能管理，加强监督检查

对绿色建筑的开发与评估，政府应发挥其主导作用，在可持续发展整体目标的基础之上，从法律法规、政策环境、税收制度等方面对不同的行为主体实行激励。通过补贴、低息贷款、税收和其他财务刺激促进保护环境技术的发展和执行环保政策，增加经济上的可行性。

结语：

绿色超高层建筑设计体系在中国还处于发展阶段，相关技术和产品都没有形成完整成熟的体系，我们应积极探索和研究科学、高效的技术策略并予以推广。这不仅需要制定强制性的法律规范帮助推动，更多时候需要对开发商、产品供应商、设计师、建造商、使用者进行必要的宣传和引导，通过激励性机制和密切的指导，引导建造活动的参与各方共同实现绿色建筑的目标。从而设计出更节能、更环保、低碳排放的超高层绿色建筑。

参考文献

1.刘冬茹，冯超.绿色建筑设计理念探析[J].城市建设.2010（16）

2.祖其根，王世明，浅析我国绿色建筑的发展及对策[J].上海建材.2008（3）

3.李静.超高层建筑节能的思考与实践，上海节能，2008年第4期

4.国家标准. 《绿色超高层建筑评价技术细则》.（2012年5月）