绿色技术在大型文体建筑中的应用与评价

发布时间：2021-12-01

　　摘要基于绿色建筑与建筑节能行业快速发展的背景，文章以扬州高邮市文化体育休闲中心为例，阐述相关绿色建筑技术在大型文体建筑中的应用与评价。项目考虑自身的功能需求及区域特点，结合江苏省绿色建筑设计标准，因地制宜地选用了复层绿化、高效围护结构、地源热泵、太阳能热水、雨水回用、节水器具、空气质量监测、室内通风采光优化等多项绿色技术，有效节约资源、保护环境，为夏热冬冷地区大型公共建筑的绿色建筑设计提供参考。

　　关键词夏热冬冷地区 ;绿色建筑技术 ;大型文体建筑 ;应用与评价

　　随着社会经济可持续发展的不断深入，建筑行业的发展也迎来全新阶段。绿色建筑是在安全寿命周期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑[1]。根据建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划的要求，推动重点地区、重点城市及重点建筑类型全面执行绿色建筑标准，积极引导绿色建筑评价标识项目建设，力争使绿色建筑发展规模实现倍增。到2020年，全国城镇绿色建筑占新建建筑比例超过50%，新增绿色建筑面积20亿 m2 以上。由于建筑综合体项目具有能耗高、能效低、节能潜力大等特点，因此对于绿色技术在大型文体建筑中的应用与评价显得尤其重要。

　　1 绿色技术集成应用与评价

　　在科技进步的带动下，建筑技术得到了进一步发展，绿色建筑成为新型的建筑技术并得到大力的推广与使用。绿色建筑技术是以绿色理念为基础，将其与建筑施工技术进行有效的结合，在此基础上降低建筑能耗并减少对环境的污染，为人们营造出健康、环保、低碳、舒适的生活环境，充分实现人与自然的和谐发展。

　　绿色建筑技术主要有以下特点：(1)在使用过程中可以很好地与建筑工程所在地的地理条件、自然环境以及经济发展等进行有效结合，所以适应性非常好。绿色建筑的实施模式灵活性较强，在使用的过程中重点强调建筑建成后的使用效果，所以在使用该技术时要明确应用目的，进而为建筑企业创造更大的经济效益[2]。(2)在与普通建筑技术进行对比后，绿色建筑技术具有较好的共通性，可以更好地弥补普通建筑技术中的缺点，让建筑行业达到更高层次，实现建筑行业绿色可持续发展[3]。

　　绿色建筑项目始终贯彻“绿色、节能、环保、生态”的建设理念，遵循“被动式技术优先、主动式技术优化、可再生能源作补充”的原则[4]，通过节地(室外环境、景观绿化、透水地面、地下空间利用等)、节能(围护结构设计、高效能设备和系统、节能高效照明、可再生能源利用等)、节水(水系统规划设计、节水器具、雨水回收利用等)、节材(采用高性能混凝土、高强度钢等建筑结构材料、可再循环材料等)、室内环境(隔声减噪、采光、通风、室温控制等)等手段实现低成本绿色建筑技术的集成应用。

　　1.1 被动式绿色技术

　　1.1.1 景观绿化

　　绿色建筑创造的生活环境，不仅包括自然环境，也包括人工环境，因此具体规划绿色环境时，在注重创造景观的同时，还应重视环境融合生态的整体绿化，即以整体的观点考虑持续化和自然化。绿色建筑最为重要的体现是与周围自然环境的协调，两者实现共存，所以必须注重自然环境，将自然环境全面、充分考虑到建筑设计、施工和竣工运行的全生命周期内[5]。高层次景观绿化对开拓公共活动绿化空间，改善城市热岛效应，以及对美化城市环境、改善生态效应有着极其重要的意义。

　　1.1.2 通风和采光

　　根据当地气候环境合理布局，利用场地自然条件，合理设计建筑体形、朝向、楼距以及窗墙面积比，使建筑获得良好的日照、通风和采光。在增加舒适度的同时，也减少了采暖和空调的能耗，达到节能的效果。

　　1.1.3 围护结构

　　对于夏热冬冷地区，屋面和墙体设计要具有一定的保温隔热性能，所以施工时应选用比较好的保温性能材料 ;另外，建筑室内与室外热量交换的重点部位是门窗洞口，在进行门窗设计和施工的过程中必须将绿色技术理念融入进去，才能很好地提高门窗的保温性能。

　　1.2 主动式绿色技术

　　1.2.1 高效暖通空调系统

　　暖通空调技术的推广和应用不仅实现了针对室内温度以及湿度的有效控制，同时也实现了净化和处理室内环境与空气的目的，在改善室内空气质量的基础上，营造出适合人们生活和居住的环境。因此，高效的暖通空调技术不仅能实现降低建筑业能源消耗，同时对于环境质量的提升也有着极大的促进作用。

　　1.2.2 节能高效照明

　　在大型公共建筑中，照明用电占建筑总用电量的25%～30%，是建筑节能的重点[4]。通过照明设计，对不同区域采用不同的照度控制等级，将一般照明、重点照明、分区照明相结合，并采用合理的灯具排布形式和安装高度。选用高效节能光源，配置适当的节能灯具，通过调整配光曲线使光通量利用率达到最佳。使用自动控制技术，按一般照明、应急照明、景观照明等分功能集中控制，在各层前厅设置灯光控制面板对前厅及走道照明进行控制，在敞开式办公区间设置灯光控制面板、照度监测器、红外监测器，发现探测范围内照度不足且有人的情况下可自动开启灯具。

　　1.2.3 非传统水源利用

　　绿色技术中节水技术也是实现绿色建筑、降低资源使用量的有效方式，可以将雨水净化系统、水质监控系统进行合理的设计与利用，在此基础上实现对水资源的循环利用，达到节约用水的目标[6]。雨水利用是实现水资源可持续发展的一条重要途径，具有广泛的社会、环境和生态效益，与外源调水海水淡化相比，雨水利用在经济上具有较大的优势，因此有着不可忽视的利用价值。

　　1.2.4 空气质量监控

　　在室内空气质量监测系统中，对室内主要功能空间的空气污染物浓度进行数据采集和分析，并与新风机相连，保证健康舒适的室内环境。新风系统中设置高效过滤器，拦截空气中的尘埃粒子，提高室内空气品质。其空气质量监控措施如下：对人员密度相对较大的房间(如报告厅、大型会议室等)，设置CO2浓度监测系统，并与新风系统联动，实现污染物浓度超标实时报警和自动通风调节 ;地下车库设置CO浓度监测系统，与进、排风设备联动。

　　1.3 可再生能源利用

　　1.3.1 地源热泵

　　地源热泵是从常温土壤或地表水(地下水)中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用[7]。地源热泵的冷热源温度相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生CO2、CO之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危险，使用安全。而燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。由于土壤深处温度非常恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况非常稳定，优于其他空调设备，不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。整个系统的维护费用也较锅炉—制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性，而且维修量极少，折旧费和维修费也大大低于传统空调。

　　1.3.2 太阳能

　　在绿色建筑设计过程中，将太阳能利用与建筑节能技术相结合，可有效降低能源消耗，减轻环境污染，是建筑节能的一个重要途径。太阳能的利用形式主要有3种：太阳能空调系统、太阳能热水系统、太阳能光伏系统。太阳能可满足不同季节人们对采暖制冷、生活热水、用电的需求，降低人们对传统能源(煤、石油、天燃气)的依赖性，且以其储量丰富及无污染性显示了独特的优势。

　　2 工程应用

　　2.1 项目概况

　　项目位于江苏省扬州高邮市海潮东路与S237交叉口东北角，是集体育训练、比赛和全民健身、文化娱乐、休闲旅游以及承办大型室内外群众活动于一体的城市现代化综合性公共活动场所(图1)。项目建设用地面积271 948.75 m2 ，总建筑面积 115 138.81 m2 ，其中地上建筑面积96 133.57 m2 ，地下建筑面积 19 005.24 m2 ，容积率为0.35，绿地率为36%。项目包括全民健身中心、文化艺术中心(大剧院、图书馆、文化馆)、体育馆、体育馆副楼。地下空间主要为机电设备用房、停车库和管理用房。

　　2.2 重点绿色技术介绍

　　2.2.1 室外景观布局

　　项目景观设计不拘泥于传统的集中布置建筑、集中广场或大片绿化的手法，而是将景观与建筑高度结合，创造有特色、多层次、多功能的景观空间，合理规划、精心设计打造生机盎然的体育文化中心，丰富市民的自由穿行空间。景观设计结合了建筑的结构特色、当地气候条件和乡土植物的自然分布特点，在绿化形式上采用点、线、面相结合的复层绿化模式，采用76种木本植物，适量的乔木、灌木、地被的复层运用，户外活动场地乔木遮阴面积比例达到28%，在提供遮阳、休憩的良好条件的同时，也可以很好地改善园区的生态环境。

　　2.2.2 规划与建筑设计

　　项目通过优化规划布局与建筑设计，利用计算机软件VENT 模拟优化了室外的微气候环境，通过合理的总图布置，调整建筑朝向和各栋之间的相互错让，有效引入自然风，使得每栋建筑都能达到较好通风效果。在增加舒适度的同时，也减少了采暖和空调的能耗，达到节能效果。以过渡季工况为例(图2)，项目建筑周边风速基本处于0.2～2.7 m/s，建筑物周围风场状况良好，整体气流分布合理，场地内人活动区没有形成涡旋或无风区，不至于影响室外散热和污染物消散。项目迎风面风压大约为4～8 Pa，背风面-4～2 Pa，室内外表面风压差基本达到0.5 Pa以上，满足过渡季自然通风。

　　建筑天然采光是照明节能的重要手段，利用天然光照明，能够节约照明所消耗的电能和改善室内的生态环境，对降低建筑能耗和建设节约型城市具有非常重要的意义。通过软件DALI 对项目体育馆副楼室内采光状况进行模拟分析(图3)，主要功能房间采光系数达到标准要求的比例为87%，满足自然采光。

　　2.2.3 建筑节能系统

　　项目建筑围护结构系统按照《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2015)节能率65%设计，建筑外墙采用40 mm厚岩棉外墙体保温板，屋面采用55 mm厚的聚氨酯保温板，外墙和屋面平均传热阻值与平均热惰性指标值均满足规范要求。建筑外窗(包括透明幕墙)采用6 mm中透光Low-E+12空气+6 mm透明-隔热金属多腔密封窗，外窗气密性7级，幕墙气密性4级。

　　项目采用地源热泵机组和多联机空调系统作为空调冷热源，空调末端形式采用风机盘管+新风系统，当空调开启时，通过控制新风量进行风量调节，气流组织采用顶送风、顶回 风的方式。全空气空调系统的风机采用变频风机，新风比可调 ;采用全空气系统的房间，其空调系统在过渡季节采用最大新风比运行。根据设计文件和综合部分负荷性能系数计算公式，计算得到螺杆式地源热泵机组IPLV值为6.39，满足规范限值6.30;多联机空调系统的IPLV值为均大于规范限值3.80;两者均可部分负荷运行。

　　项目照明系统采用智能照明集中控制系统和分散相集合的控制方式，公共空间采取分区控制、定时控制、照度可调节等节能控制措施。通过项目图书馆照明分析计算(表1)，建筑中各功能空间的照明功率密度全部低于现行标准的目标值，照度也满足光环境使用要求。

　　2.2.4 雨水回用与节水器具

　　项目通过设置雨水收集贮存设施和处理设施，对雨水进行收集、处理后用于绿化灌溉、道路浇洒、水景补水，且场地内有大面积景观河道，储水量丰富，对于旱季及降雨量较少时，可采用河道水作为备用水源替代市政自来水补水，大幅度节约用水。雨水收集池容积按800 m3 +500 m3 设计，项目区域内平均日雨水回用量为223.94 m3 /d，非传统水源利用率为37.86%。

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　　本着“节流为先”的原则，项目所有用水器具均满足《节水型生活用水器具》CJ164及《节水型产品技术条件与管理通则》GB/T18870的要求，卫生间采用延时自闭冲洗阀大便器、壁挂式带水封小便器、台式洗手盆(红外感应水嘴)，其用水效率等级为1级。

　　2.2.5 地源热泵系统

　　项目采用螺杆式地源热泵机组带全部热回收功能作为空调系统，地埋管换热器采用垂直钻孔埋管的方式，垂直埋管群井分别布置于周围。扬州地区夏季气候炎热需要供冷，冬季随着居民生活水平提高，也需要供暖，所以全年既有空调 冷负荷，也有热负荷，供热空调耗能较大，是应用地源热泵技术较有利的地区。这种空调方式，减少了冷冻侧的输配能耗，且用户可自由调控房间内的空调启停状态，系统具有低运行费用的特点。地源侧不受室外温度波动影响，高效、稳定运行，比传统空调系统节能25%～50%。项目空调末端形式也是采用风机盘管+新风系统。另外，本工程全民健身中心和体育场采用地源热泵机组提供生活热水，生活热水间接换热采用开式循环系统，日均提供热水量为124.33 m3 /d，每年可节省费用32.44万元。

　　2.2.6 太阳能热水系统

　　项目的体育馆副楼采用集中直接式太阳能热水系统，辅助热源采用燃气热水炉，其中太阳能集热板采用全玻璃真空管型(横排)太阳能集热器GMH58/1800-25B，数量32台，总集热面积为428.4 m2 。经计算分析可得，采用的太阳能直接系统日均计算热水量为23.87 m3 /d，日均热水用量为35 m3 /d，太阳能热水应用比例为68.20%，每年可节省费用10.07万元。

　　3 结语

　　绿色技术在建筑工程中的实践应用是当前城镇建设的迫切需求，是改善人居环境的必然要求，也是城市规划设计不断创新的时代需求。高邮市文化体育休闲公园作为地标性大型文体公共建筑，按照《江苏省绿色建筑设计标准》进行设计，运用绿色生态技术，为文化休闲空间提供健康舒适的人居环境，大幅度节约资源，降低建筑的维护成本，减少对环境的影响，为相关类型建筑的绿色技术应用提供参考，也为绿色建筑的普及与推广提供宝贵经验。——论文作者：许 鸣 丁保安