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綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用
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發(fā)布日期：[2015-03-12] 共閱[954]次 |
超低能耗示范樓坐落于清華大學(xué)校園東區(qū)，總建筑面積2920平方米，作為2008年奧運(yùn)建筑“前期示范工程"，旨在通過其體現(xiàn)奧運(yùn)建筑“高科技"、“綠色"、“人性化"。同時(shí)，該樓是國(guó)家“十五"科技攻關(guān)項(xiàng)目“綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究"技術(shù)集成平臺(tái)，用于展示和實(shí)驗(yàn)各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上開展建筑技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)與應(yīng)用性研究，并作為展示與宣傳各種技術(shù)的舞臺(tái)。
作為綠色建筑的示范，超低能耗樓在設(shè)計(jì)方案中主要考慮了如下幾方面關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。
智能圍護(hù)結(jié)構(gòu)
超低能耗樓外圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要是針對(duì)可調(diào)控的“智能型"外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，使其能夠自動(dòng)適應(yīng)氣候條件變化和室內(nèi)環(huán)境控制要求的變化。從采光、保溫、隔熱、通風(fēng)、太陽能利用等進(jìn)行綜合分析，給出不同環(huán)境條件下的推薦形式。
東立面有三種幕墻方式，分別為寬通道外循環(huán)式雙層皮幕墻、玻璃幕墻＋水平外遮陽、玻璃幕墻＋垂直外遮陽。東立面大型外遮陽裝置，葉片寬度為600毫米，葉片間距同樣是600毫米，單片遮陽板長(zhǎng)度可達(dá)6米。根據(jù)采光、視野和能量收集的不同要求，水平外遮陽板分為三組，能夠根據(jù)室內(nèi)采光度和太陽光的不同照射角度等，及時(shí)調(diào)整外遮陽百葉開啟角度，從而達(dá)到室內(nèi)采光與外遮陽兩者間的佳和諧。示范樓東側(cè)內(nèi)開窗采用隔熱鋁合金窗，選用20毫米寬隔熱條鋁合金型材及暖邊密封系統(tǒng)，具有良好的窗扇的整體剛性和保溫性能。
南立面的幕墻方式有三種，一種與東立面玻璃幕墻＋水平外遮陽類似，區(qū)別是雙中空玻璃幕墻的中間一片采用真空玻璃。南立面另外兩種幕墻則和東立面不同，一是其安裝方式為單元式，另外則是采用窄通道的通風(fēng)方式。其中一層和二層為內(nèi)循環(huán)方式，通風(fēng)夾層為200毫米，通風(fēng)系統(tǒng)與空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，房間空調(diào)回風(fēng)通過雙層皮之間的通道后進(jìn)入排風(fēng)道，達(dá)到夏季利用排風(fēng)中的冷量而冬季利用排風(fēng)中的熱量實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
西立面和北立面采用輕質(zhì)保溫外墻，從外到內(nèi)依次為鋁幕墻、保溫棉、石膏砌塊。其中石膏砌塊利用發(fā)電廠煙氣脫硫的副產(chǎn)品，粉碎后還可回收利用，而聚氨酯保溫材料的原料之一也是廢舊塑料瓶光盤等產(chǎn)品回用，體現(xiàn)了在材料選擇上全生命周期的環(huán)保理念。
西立面及北立面外窗采用多腔結(jié)構(gòu)的PVC塑鋼窗，并統(tǒng)一安裝卷簾外遮陽。
屋面有兩類，一類為種植屋面，其中有保溫層。另一部分透光屋面是生態(tài)倉(cāng)屋頂，屋頂斜面部分采用了自潔凈玻璃。
示范樓采用了高架活動(dòng)地板的方式，架空層高度1.2米，此高度遠(yuǎn)大于常規(guī)項(xiàng)目，具有試驗(yàn)性質(zhì)，旨在為今后空調(diào)風(fēng)道、各類水管、電纜、綜合布線等均隱藏在架空層內(nèi)的各類管線的移動(dòng)調(diào)整提供便利。
示范樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)由玻璃幕墻、輕質(zhì)保溫外墻組成，熱容較小，低熱慣性容易導(dǎo)致室內(nèi)溫度波動(dòng)大，尤其是在冬季，晝夜溫差會(huì)超過10℃。為增加建筑熱慣性，以使室內(nèi)熱環(huán)境更加穩(wěn)定，示范樓采用了相變蓄熱地板的設(shè)計(jì)方案，將相變溫度為20～22℃的定形相變材料放置于常規(guī)的活動(dòng)地板內(nèi)作為部分填充物，由此形成的蓄熱體在冬季的白天可蓄存由玻璃幕墻和窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱，晚上材料相變向室內(nèi)放出蓄存的熱量，這樣室內(nèi)溫度波動(dòng)將不超過6℃。
室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)方案
一是自然通風(fēng)利用。
超低能耗示范樓利用熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)的結(jié)合，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及周圍環(huán)境的特點(diǎn)，在樓梯間和走廊設(shè)置三個(gè)通風(fēng)豎井，負(fù)責(zé)不同樓層的熱壓通風(fēng)。在建筑頂端設(shè)計(jì)玻璃煙囪，利用太陽能強(qiáng)化通風(fēng)。為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、自然采光同時(shí)又滿足防火要求，室內(nèi)樓梯間成為一個(gè)多功能綜合體，樓梯間井道利用高強(qiáng)度單片銫鉀防火玻璃建成，使得玻璃通風(fēng)道同時(shí)解決了室內(nèi)樓梯間的自然采光需求。此外在建筑外立面合適部位設(shè)置開啟扇，室外空氣在風(fēng)壓通風(fēng)的作用下可順暢地貫穿流過建筑。
二是濕度獨(dú)立控制的新風(fēng)處理方式。
超低能耗示范樓共設(shè)置4臺(tái)4000立方米/小時(shí)新風(fēng)機(jī)組，通過溶液除濕設(shè)備的處理，可提供干燥的新風(fēng)，用來消除室內(nèi)的濕負(fù)荷，同時(shí)滿足室內(nèi)人員的新風(fēng)要求。此外示范樓的新風(fēng)機(jī)組同時(shí)可實(shí)現(xiàn)全熱回收效率超過80％的熱回收。
三是模塊化的末端調(diào)節(jié)設(shè)備。
通過溶液除濕后的新風(fēng)可帶走室內(nèi)的濕負(fù)荷，房間內(nèi)的末端裝置僅負(fù)責(zé)顯熱部分（冷凍水溫度可采用18℃），按照干工況運(yùn)行，不存在結(jié)露現(xiàn)象，*避免了潮濕表面滋長(zhǎng)霉菌，惡化空氣質(zhì)量。示范樓內(nèi)提供模塊化的空調(diào)末端配置，根據(jù)房間實(shí)際使用功能靈活組合。
四是室內(nèi)照明系統(tǒng)。
照明系統(tǒng)采用背景照明與桌面臺(tái)燈相結(jié)合。其中全樓背景照明系統(tǒng)能自動(dòng)補(bǔ)充日照水平，熒光燈在每個(gè)階段提供300lx，整體感應(yīng)器測(cè)量?jī)?nèi)部光線度和光線運(yùn)動(dòng)情況，如果有足夠的日光則使燈變暗，如果沒有人使用這一房間，則把該房間的燈關(guān)掉。感應(yīng)器還有紅外線接收器，允許使用者通過電腦來控制照明度。
能源和設(shè)備系統(tǒng)方案
示范樓能源和設(shè)備系統(tǒng)采用多項(xiàng)節(jié)能措施和可再生能源技術(shù)。在設(shè)計(jì)階段的模擬分析表明包括照明和辦公設(shè)備在內(nèi)，示范樓單位面積全年總用電量指標(biāo)為40千瓦時(shí)/平方米，是北京市辦公建筑總用電量指標(biāo)的30％。
一是BCHP系統(tǒng)。
示范樓的能源系統(tǒng)采用樓宇式熱電聯(lián)供系統(tǒng)BCHP，大樓所發(fā)電力除供應(yīng)本樓使用，還可并入校園電網(wǎng)供校內(nèi)其他建筑使用。發(fā)電后的廢熱冬季可直接用于供熱或用于驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，此外煙氣冷凝余熱充分回收，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總用能效率可接近100％。夏季溴化鋰溶液除濕系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷，顯熱負(fù)荷可以通過三種方式（微離心式電制冷機(jī)、利用內(nèi)燃機(jī)廢熱的吸收式熱泵、直接利用溴化鋰濃溶液產(chǎn)生冷凍水的制冷機(jī)）產(chǎn)生18℃～21℃的冷凍水來承擔(dān)。
冬季四種熱電聯(lián)產(chǎn)方式交替運(yùn)行，夏季三種制冷機(jī)可聯(lián)合或交替運(yùn)行，這樣冬季及夏季為滿足試驗(yàn)需求及負(fù)荷特性，可有近十種不同的運(yùn)行模式，通過多種組合的詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)可為北京市乃至全國(guó)各類建筑的能源系統(tǒng)總結(jié)推薦的系統(tǒng)方案。
二是高溫冷水機(jī)組。
由于多項(xiàng)節(jié)能措施的采用，示范樓夏季大供冷量?jī)H需120千瓦，而且大多數(shù)時(shí)間為部分負(fù)荷。另外，由于采用了獨(dú)立濕度控制的新風(fēng)機(jī)組，除濕任務(wù)由溶液除濕系統(tǒng)承擔(dān)，冷機(jī)僅承擔(dān)顯熱負(fù)荷，夏季冷水溫度18℃即可滿足要求?；谶@樣的供冷需求，示范樓選了用小型率離心式壓縮機(jī)，在一個(gè)夏天運(yùn)行后，可比常規(guī)的制冷方式節(jié)省50％以上的電量。
三是空調(diào)末端控制調(diào)節(jié)措施與輸配系統(tǒng)。
示范樓空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)，其中新風(fēng)根據(jù)室內(nèi)CO2濃度或回風(fēng)濕度調(diào)節(jié)，新風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，排風(fēng)機(jī)與新風(fēng)機(jī)同步變化。
可再生能源利用
可再生能源的利用表現(xiàn)在以下幾方面。一是光電玻璃。樓南立面裝有約30平米的光電玻璃，設(shè)計(jì)峰值發(fā)電能力為5千瓦。位于結(jié)構(gòu)夾層外側(cè)，不影響采光，同時(shí)與雙層皮幕墻結(jié)合組成光電幕墻，作為集合太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與幕墻技術(shù)的新型功能性建筑幕墻示范。二是太陽能空氣集熱器。利用聯(lián)集管式太陽能空氣集熱器，日集熱效率可達(dá)到50％。三是太陽能庭院燈。選用太陽能庭院燈為大樓入口處提供夜間照明，選用LED光源。四是太陽光采光技術(shù)。南側(cè)室外設(shè)置自動(dòng)跟蹤太陽光的陽光采集系統(tǒng)，為地下室提供采光，減少白天照明電耗。
測(cè)量和控制系統(tǒng)
超低能耗樓是實(shí)現(xiàn)了消防、保安、照明、空調(diào)、辦公、通訊等多個(gè)系統(tǒng)的智能化，其中重點(diǎn)內(nèi)容為完善的設(shè)備節(jié)能管理系統(tǒng)，其控制管理的任務(wù)可以歸納為以下幾個(gè)方面：
一是對(duì)照明系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、冷熱源系統(tǒng)等系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的舒適性要求，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備調(diào)節(jié)，降低能耗。
二是對(duì)整個(gè)建筑電耗、燃?xì)饬?、城市熱網(wǎng)熱用量的統(tǒng)計(jì)，內(nèi)燃機(jī)等發(fā)電、供熱量的計(jì)量，以及各子系統(tǒng)和子系統(tǒng)設(shè)備電耗的分支計(jì)量。
三是氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能逐時(shí)監(jiān)測(cè)，反映室內(nèi)環(huán)境舒適度的溫濕度、CO2濃度、照度等參數(shù)的測(cè)試以及反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況的水溫、風(fēng)溫、煙氣溫度、煙氣流量等參數(shù)的監(jiān)測(cè)。
四是提供對(duì)設(shè)備的管理機(jī)制。建立系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)，使研究人員能夠方便的查詢到設(shè)備的出廠信息，在示范樓系統(tǒng)圖中的位置和空間位置，當(dāng)前工作狀態(tài)和歷史運(yùn)行記錄。
五是根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的需要以及設(shè)備研究的需要，樓控系統(tǒng)應(yīng)提供多種操作模式。包括現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作、手自動(dòng)模式切換、通過控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的人工調(diào)節(jié)、程序自動(dòng)控制等。
示范樓各系統(tǒng)設(shè)備會(huì)經(jīng)常改變，樓控系統(tǒng)需要為人工設(shè)定傳感器與執(zhí)行器的關(guān)聯(lián)途徑，編輯控制算法提供改變的接口。為滿足上述要求，樓控系統(tǒng)由測(cè)量網(wǎng)、控制網(wǎng)和辦公網(wǎng)組成。該樓是我國(guó)*綜合了示范、展示、試驗(yàn)功能綠色建筑，將文中提及技術(shù)與產(chǎn)品全部考慮在內(nèi)，其建安成本單位建筑面積為10000元。該樓2005年1月竣工并投入使用，多種生態(tài)與節(jié)能措施實(shí)際應(yīng)用效果將通過詳細(xì)的測(cè)試及計(jì)量結(jié)果驗(yàn)證，從這種意義上講，示范樓是一個(gè)以真實(shí)建筑為基礎(chǔ)的試驗(yàn)臺(tái)，在大樓方案論證階段，就貫穿可更新、可調(diào)節(jié)、可拓展思路，為未來更深入的試驗(yàn)及科研創(chuàng)造條件。 |
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