长三角地区大型公建的节能技术研究——以南京市江北新区核心区五个示范性项目为例.pdf

020摘要：随着全球气候变暖，世界各国逐步开始指定节能减排策略。为实现我国“双碳”目标，建筑行业大力发展绿色建筑技术并应用落地。但是业界还欠缺针对近些年示范性项目绿建技术的归纳总结。本研究以南京市江北新区核心区的 5 个示范性绿建项目为例，整理先进的绿建技术和成熟的节能建筑设计经验。研究成果可为长三角地区大型公建设计的节能设计方案提供切实可行的参考意见，也可为我国指导建筑行业实现节能减排提供技术参考。Abstract：With global warming,countries around the world have gradually started to generate energy saving and emission reduction strategies.In order to achieve carbon peaking and carbon neutrality goals,the construction industry has vigorously developed green building technologies and applied them in to real projects.However,there is still a lack of summary of recent green building demonstration project and their technologies.This research takes five exemplary green buildings in the core area of Jiangbei New District,Nanjing City,as examples to summary advanced green building technologies and proven experience in energy-efficient building design.The research results can provide practical references for the energy-saving design of large public buildings in the Yangtze River Delta,and provide technical support for the government to guide the construction industry to achieve energy saving.关键词：绿建示范项目；绿建技术；长三角地区；南京江北新区；大型公建Keywords：green building demonstration projects；green building technology；Yangtze River Delta Area；Jiangbei New Area,Nanjing City；large public buildings文朱可东南大学建筑学院硕士研究生张宏东南大学建筑学院教 授建筑技术与科学研究所所 长DOI：10.19875/ki.jzywh.2023.08.007引言“双碳目标”是我国为应对全球气候变暖，对全世界作出的郑重承诺。在我国，建筑行业碳排放占比高达 25%，亟须大力推进绿建技术发展1。“十三五”期间，建成低能耗建筑 0.1亿 m2，完成既有项目节能改造 6.99 亿 m2。近日印发的“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划中强调，要在 2025 年实现新建建筑节能标准全部达标，完成既有建筑节能改造 3.5亿 m2，建设近零能耗建筑 0.5 亿 m2，提高预制装配建筑比例至 30%的目标。南京市江北新区作为国家级新区，在规划和设计上积极相应国家“要走生态优先、绿色发展之路”的重要指示。示范区预计建成拥有绿建标识项目 16 个，绿建三星评估通过率要达到 42%。在节能减排方针的指导下，一批高品质示范性项目成功落地2。本文以江北新区核心区中典型绿建项目为对象进行分析，整理其应用落地的绿建技术和节能策略，希望可以为其他建筑设计师在长三角地区进行大型公建节能方案的决策过程中提供参考依据。1 绿建技术与评估1.1 绿建技术应用绿建技术可有效降低建筑全生命周期过程中的能耗和碳排放。现有的绿建节能技术可大致分为两类：主动式节能技术和被动式节能技术3。在建筑设计过程中，这两类节能技术既可单独使用，也可组合使用。被动式节能技术是指在建筑设计过程中，充分利用光照、通风、场地绿植等自然条件，在不消耗能源的前提下满足建筑运行过程中室内人体的舒适度4。最早的被动式住宅源于 20世纪 90 年代的德国法兰克福。该地区住宅采用高性能围护结构和新型保温隔热构造，减少了居室内热量的耗散，并高效利用太阳能热源和设备散热来减少供暖设备的开启时间。现在较为常见的被动式节能措施包括：风压通风、热压通风、遮阳设施、阳光房、高性能的外围护结构等5。主动式节能技术是指通过提升机械设备效率或利用可再生能源，来降低建筑运行过程中传统化石能源的消耗6。现在较为流行的主动式节能措施包括太阳能光热系统、太阳能光电系统、风力发电系统、节能照明系统、蓄冷蓄Research on Energy Efficiency Technology for Large Public Buildings in the Yangtze River Delta Region:Five Case Studies in the Core Area of Jiangbei New District,Nanjing City长三角地区大型公建的节能技术研究以南京市江北新区核心区五个示范性项目为例021233|2023|08建筑学作时间，降低照明能耗。南京美术馆新馆结合下沉庭院组织环庭院采光。主门厅玻璃幕墙和天窗结合室内遮阳设施合理利用自然光，优化室内光环境。江北市民中心对内下凹庭院增大自然采光面积，对外采用遮阳百叶避免过强光照。江北服贸大厦结合下沉庭院和光导照明系统，有效改善地下 1200m2食堂区域的自然采光情况。江北图书馆和扬子江国际会议中心项目也大面积采用玻璃幕墙，充分引入自然光。（4）海绵城市鼓励在建筑设计中减少硬质铺地面积，扩大植被种植、增设雨水回收设施、优化雨水再利用系统，从而实现用水的节约环保。为响应此号召，江北新区图书馆、南京美术馆新馆、江北新区市民中心、扬子江国际会议中心、江北服贸大厦的绿地率分别达到了 20.4%、35%、33%、15.45%、35.14%。在大面积绿地内组织雨水花园、生态树池、透水铺地、景观水池，为雨水蓄水提供了可能。收集来的雨水经处理后可用于植被灌溉、景观补水、冲洗车辆、道路浇洒等。（5）与常规的地面绿化不同，南京市新美术馆、江北市民中心、江北服贸大厦还设有局部屋顶花园，在提供室外活动空间的同时，可降低屋顶传热和热岛效应，减少室内空调负荷。此外，屋顶花园作为雨水回收利用的补充手段，也可有效节约水资源。（6）高性能的外围护结构是节约建筑运行能耗的前提。江北新区图书馆项目的设计严格遵守国家围护结构热工性能及气密性要求，有较好的保温隔热效果。南京美术馆新馆建筑各个朝向的窗墙比均控制在 0.5 以内。其外门窗采用 8mm 透明+12A+8mm 中透光 Low-E+1.52PVB+6（由内到外）中空均质钢化夹胶玻璃隔热金属多腔密封窗框，传热系数为 2.2W/（m2K）。外窗综合遮阳系数东西南向不大于 0.39，满足规范要求。江北市民中心屋顶采用 65mm 挤塑聚苯板+120mm 钢筋混凝土、外墙采用 200mm 加气混凝土+喷涂玻璃保温棉、外窗采用 6mm 中透光 Low-E+12mm 氩气+6mm 透明隔热金属窗框，同时设置垂直遮阳。其围护结构热工性能指标优于国家现行有关建筑节能设计标准的规定。扬子江国际会议中心项目屋采用 100mm 厚岩棉板+75mm 厚玻璃纤维棉+隔汽层平屋面+125mm 厚挤塑聚苯板、外墙采用 100mm 厚岩棉板、幕墙框采用断热铝合金多腔密封窗框+三银夹胶中空全超白钢化玻璃。其节能效果比国际要求提高了20%。江北服贸大厦选用双层呼吸式幕墙，靠自然风的流动带走气腔内的热量，减少室内空调系统的负担。（7）与传统从围护结构缝隙排出的无组织排风不同，有组织排风可以将排风中的余热或余冷回收利用，有效减少新风加热或制冷的能耗。排风热回收装置利用空气-空气热交换器来回收排风中的冷（热）能对新风进行预处理。京美术馆新馆、江北新区市民中心、扬子江国际会议中心、南京江北新区服务贸易创新大厦（以下简称江北服贸大厦）。项目功能涵盖文化、办公、商业、展览，项目形体包含多层和高层，能够代表大多数长三角地区的大型公建。2.2 项目节能技术总结本节将对这五个项目的节能技术进行归纳总结（表 1）。（1）预制装配技术相较于传统现浇混凝土施工，可以减少材料浪费、降低劳动强度、控制噪音、粉尘等污染，是有效的节能减排手段。江北新区图书馆、南京美术馆新馆、江北市民中心、扬子江国际会议中心项目均为钢结构建筑，预制装配率分别达到了 73%、77.8%、65%、70%。而江北服贸大厦采用框架剪力墙结构，在施工过程中没有涉及预制装配施工工艺。（2）在设计过程中考虑自然通风可有效降低建筑运行过程中空调系统的负担。江北图书馆幕墙有大面积可开启窗扇，可选择自然通风或关闭。江北市民中心的架空灰空间和上空中庭起到了较好的被动式拔风效果。扬子江国际会议中心的裙楼天窗可选择开启，在室内利用自然通风减少空调的开启时间。其余两个项目均选用机械通风策略。（3）充分利用太阳光可减少人工光源的工热系统、地源（水源）热泵系统等。主动式技术的选择通常需要考虑当地的自然资源条件，如年均太阳辐射量、年均风速等。多种主动式技术组合使用可形成多能互补，产储能高效利用的效果7。1.2 绿建评估我国现行针对绿色建筑评价的标准是 2019年由住房和城乡建设部颁布的绿色建筑评价标准，编号 GB/T50378-2019。该标准按照安全耐久、健康舒适、资源节约、环境宜居共 6类指标对已竣工的项目进行评价，并最终将其划分为基本级、一星级、二星级、三星级共 4个等级的绿色建筑。其中对大型公建项目绿建技术的考察包含围护结构的热工性能、节水效率、室内空气质量、外窗气密性能等方面。此外，还设立加分项鼓励降低供暖空调系统能耗、合理利用废弃场地、提升工业化预制装配建造的占比等措施。我国将对被成功评为绿建高星级的项目给与补助，鼓励建筑行业低碳节能转型8。2 案例研究2.1 项目介绍如图 1 所示，本研究选取南京市江北新区核心区（国家级新区）内近年来新建成的并通过验收，且被评级为绿建三星级的五个典型示范性项目，分别是：南京江北新区图书馆、南（a 图为南京江北新区图书馆；b 图为南京美术馆新馆；c 图为江北新区市民中心；d 图为扬子江国际会议中心；e 图为南京江北新区服务贸易创新大厦）图 1五个江北新区绿建三星级示范项目（图片来源：作者自摄）022参考文献：1王江丽,刘丰军,王燕飞.建筑技术系列课程教学改革探索与研究以绿色建筑教育为导向J.建筑与文化,2022,(08):45-47.2张燚,罗智星,杨柳.绿色建筑及绿建技术应用后评估研究发展综述J.城市建筑,2019,16(34):52-55.3李旭,张少杰,逯家桥,等.基于CiteSpace的国内绿色建筑技术主题脉络及知识演进分析J.城市建筑,2021,18(36):96-99.4丁粤辉,聂志勇.数字化技术推动下的绿色建筑发展探究J.建筑与文化,2022,(05):21-22.5赵锐峰.被动式节能房的设计分析及应用技术J.建筑技术,2021,52(07):870-872.6熊建.节能技术在绿色建筑工程中的应用J.建筑技术开发,2021,48(19):151-152.7周吾波,何振宇,王鹏,等.主动式建筑节能技术的发展与展望J.土木建筑工程信息技术,2016,8(06):116-117.8朱荣华.我国绿色建筑技术现状与发展策略J.城市建筑,2014,(21):203.江北图书馆的排风能量回收系统全年可节约电量 720 万千瓦时。江北市民中心设置 4 台热泵式热回收型溶液调湿新风机组，全热回收效率 65%。（8）大型公建项目的监测系统主要包括能耗监测和室内物理环境监测两个部分。其中，物理环境监测包括CO2和CO气体的浓度、温度、湿度、光照强度等。通过对室内热环境、光环境、各种有害气体浓度的实时监测，可对室内环境调控设备功率进行及时的动态调整，在保持室内舒适度的前提下尽可能降低能源消耗，是主动式节能的一种补充技术。五个大型示范性项目均采用这一技术来平衡室内物理环境和设备能耗。（9）可再生能源是指风能、太阳能等清洁能源，相较于传统能源更加绿色低碳。首先江水源热泵系统在江北的各大项目中被广泛采用。由于水温和陆地表面温度变化速度不同，江水源热泵可借助水循环实现建筑室内热环境的高效调控，并降低空调供暖制冷能耗，实现节能减排的效果。除扬子江国际会议中心项目采用磁悬浮变频超高效冷水机组外，其余四个项目均采用江水源热泵系统降低运行过程中供暖制冷能耗。此外，江北市民中心通过太阳能光热系统为职工餐厅供应热水。与此类似，江北服贸大厦裙楼房顶设置 120m2的太阳能光热系统，可为食堂提供生活热水。而扬子江国际会议中心项目没有大面积的屋顶供太阳能光热系统运转，因此选择了空气源热泵与太阳能光电的混合系统。该系统承担了全楼大部分的生活热水供给。（10）材料制备阶段会耗费大量能源，并产生极高的碳排放量。在建设过程中，利用可再生材料和可循环利用材料能有效降低对环境的负担。江北新区图书馆、南京美术馆新馆、江北市民中心、扬子江国际会议中心、江北服贸大厦在施工过程中的可再生、可重复利用材料分别占比 10.7%、24.88%、8%、15.08%、10.15%。3 长三角地区大型公建节能设计策略在前文五个示范性绿建项目节能技术应用的归纳总结后，本研究将此地区的大型项目低能耗设计策略分为两类：建议节能技术和可选节能技术。其中建议节能技术是在长三角地区均可采用，且节能效率较高的技术。可选节能技术则需要考虑项目形体、具体位置、功能、周边环境等因素，再做综合决策。3.1 建议节能技术本研究认为海绵城市、高性能围护结构、室内监测系统、可再生能源利用、可再生循环材料利用技术可在长三角地区大量大型公建的设计中运用。首先，长三角地区夏季多雨，在场地绿地中增加蓄水再利用设施可有效节约水资源。其次，夏热冬冷地区的大型建筑围护结构必须同时考虑冬季保温和夏季隔热。高性能的围护结构可大幅降低空调系统的冬夏两季负荷。另外，传统的室内空气调节系统依赖于管理人员的手动控制，具有一定的滞后性和主观性，从而造成大量的能源浪费。由于大型公建的室内调节系统较为复杂，不适合手工操控，更需要配套智能调节系统来自动控制室内温湿度，以达到人体舒适和低能耗运行的平衡点。另外，该地区全年晴天 200 余天，有较为丰富的太阳能资源。在设计过程中，需添加太阳能光热或光电系统，加大可再生能源的利用，减少传统化石能源的消耗。最后，在建造方面，可再生、可循环材料利用技术越来越成熟。在混凝土中添加回收骨料、运用木材、竹材进行室内装饰、采用废料进行填埋等措施均可减少材料生产过程中的能耗与碳排放。3.2 可选节能技术本研究认为预制装配技术、自然通风采光、生态屋顶、排风热回收等技术需要考虑项目自身特点进行选择。首先，预制装配技术在如今仍有成本高、结构强度低等不足。高层项目或需控制较低成本的项目，通常采用现浇混凝土施工方法。其次，大部分公建项目均可在部分空间进行自然采光通风，但是对于温湿度要求较高的项目，如美使馆、博物馆、实验室仍建议全面采用机械通风与人工照明。最后，排风热回收技术多用于北方的采暖季节，在长三角地区使用该技术的节能效果有限，可作为补充节能方案。结语绿建技术的运用可以有效降低建筑运行过程中的能耗，有助于缓解全球气候变暖。但是，建筑设计中节能策略的选择是一个具有地域性，且综合多因素决策的过程。本研究汇总了南京市江北新区核心区五个绿建三星级项目采用的节能技术，并将其分为建议技术和可选技术两大类。本研究归纳的两类节能技术，可为长三角地区大型公建设计阶段节能策略的制定提供案例参考。表 1江北新区五个典型示范性绿色建筑基本信息（表格来源：作者自绘）