低能源大厦案例：IAMU办公室和训练总部

低能源大厦案例：IAMU办公室和训练总部摘要:市政公用事业（IAMU）办公室和培训爱荷华协会是一个总部创业大厦，于1997年设计的，帮助定义和体现高性能的投机性办公楼预算的可持续性设计。该项目在2002，被建筑师全国委员会美国环境研究所，选作为其十大绿色美国项目之一。.对于这个十二点五平方英尺（1.161平方米）的办公室和训练设施，有效的室内采光成为主要的组织元素的建筑理念。沿东/西轴选址，建筑主要通过准确控制有阳光直射的南北窗户，提供一个高生产力和舒适的工作空间。一个高效率的热供暖和制冷系统，并附带有回风箱，提供了温度和通风控制，进一步提高建筑物的节能性能。系统评价的建筑物体积，方向，窗口设计方案，并利用采光和空调替代热模拟找到了最终的设计方案，使用比爱荷华州的能源效益守则兼容（美国ANSI /ASHRAE/IESNA90.1-198965的站点能源模式）办公楼。简介假设，作为教学工具，爱荷华州的市政公用事业协会（IAMU）连续监测办公室和培训设施是如何进行的示范“绿色设计是门好生意。”办公室和培训中心是设计团队之间，私人和公共事业能源供应商，爱荷华州能源中心，波尔克县水土保持局，波尔克县土壤和水源涵养区，和当地材料供应商的协助努力的结果。该建筑，如图1所示，是在资源利用效率的一个典范。由于在设计和建造的较小造价预算，大约是116美元每平方英尺（1248美元/平方米），它的实际计量的能源消耗比传统的设计的少65。实际测得的能量能耗仅为28000 Btu每平方英尺每年（英国热量计量单位，换算为国际单位为88 kWh每平米每年）。薄楼板和有效的开窗设计为所有室内空间提供高品质的日照。大厦住户，享受的景观和建筑物内的任何点天空多个视图，报表极端内容。这个项目也恢复了一块空置农田和煤矿区域，在那儿土壤侵蚀正在逐渐消除一个在卡尼附近的自然栖息地，40 英亩受保护的湿地。现在，一个已建的本土爱荷华草原，湿地和池塘重新建立了一个植物和动物的栖息地。通过湿地生物处理系统废水处理是这个项目的另一个特点。集成设计目标该项目的设计提前当上了美国绿色建筑委员会的LEED（领先能源与环境设计）绿色建筑评级系统。许多全天的设计会议在这儿举行与建筑委员会和所有设计学科。该团队开发五个首要原则：1降低建筑能耗。最大的，长期的环境问题，以解决直接对应的空气，水质退化，以及建筑物生命周期的土地。使用更少的能源意味着一个更环保的良性建设。2减少物料的数量。只建立必要的建筑和优化设计，以有效地在陆地上占用一个更小的空间。3使用合适的建筑材料。选择在制造和运输中使用更少能源的材料，以减少对自然资源的影响。4创建一个健康和高效的人类环境创造尽可能多清新空间，消除那些释放出挥发性有机化合物（VOCs）材料的使用，并提供住户通过可操作的窗户和任务照明控制来控制环境5展开综合设计团队。包括公用事业会员，爱荷华州能源中心，波尔克县水土保持局，波尔克县土壤和水源涵养区，草原恢复队，暗天空协会的成员。消极的设计反应该建筑的消极设计反应考虑除了现有的场地条件的几个方面的环境，经济和社会因素。太阳的方向，水的流失，微风，和地形条件，不同的建筑，停车场，驱动器，训练场，和湿地。该网站计划采用爱荷华州草原历史建筑模式。传统的爱荷华农庄建筑，阻挡冬天西北风，享受东南部夏季的微风。同样，办公楼宇训练基地在北面和西面使用厚 墙，翼墙延伸到南面。由此产生的最佳化建设是沿一条有利采光和简化太阳能控制东西轴线。该方案的目的是要尽量减少破坏景观，同时尽可能多的保留天然草原。分级减少到最低限度，并从现场开发土地用来创建湿地，池塘，湿地污水处理系统。在与波尔克县土壤和水源涵养区合作中，现从第一天的分级控制，水土流失和泥沙都得到一定的控制。这个过程，对于德梅因周围的开发者，被用来作为一个示范项目。雨水和土壤被滞留在建设期间。几种土壤侵蚀，已执行的战略包括耕种捐到河堤堆肥梯度材料，从德梅因市创建池塘。停车场和行驶的不同设计，以便渗透并进入建造和自然湿地排水。修复后的栖息地和草原创建有助于防止风和水的进一步土壤侵蚀和由于重新引入到原生植物的侵入已经通过农业实践被消除。 60多钟本地物种，包括紫花，黄花，指南植物，现在成长和开花。由于IAMU的草原已初步形成，它提供种子给其他草原以帮助修复，包括在爱荷华州中部的市政供水水源地。此外，IAMU项目的社会成果通过一个训练基地，他们可以体验到恢复郁郁葱葱的高草草原爱荷华州毗邻的卡尼和保护湿地影响带给人们扩展了社区的概念。这个项目指出一种有效替代方法来发展郊区，通过创造一个有意义的地方，而不仅仅只是提供了一个方便的办公和培训环境。这个方案现在是一个实用的“地方”有兴趣人士可以去看看一个替代发展的概念所产生的环境效果，可以比较这与带状商场和停车场的铺面现状数据。该IAMU组织致力于通过最小化停车场建筑设施，维护自然环境，鼓励立体的“汽车池”。设计灵活性该方案计划蓝图，建筑图主要体现设计的灵活性。一个未来的建设“豆荚”，可添加到南部扩展。该项目需要私人，半私人，和逐渐增加的开放办公空间。大部分空间是被分割成一个150平方英尺（13.9平方米）模块，更大的灵活性。私人办公室的墙壁可以很容易地拆除，迁移。通过提供一个裸露管道的结构体系，所有的空间是有灵活性和适应性，在技术要求变化范围组织。外部景点和景观设施，如草原和户外露台，为所有员工和建设宾客增值建设。室内环境是建立在采光的战略，创造美好的室内工作和培训环境。员工享有的工作环境，因为他们能够通过可操作的窗户看到，闻到，感觉到户外。能源设计和建筑系统集成策略建筑节能设计策略与系统集成有助于节约能源，提高建筑物性能。在过去三年（2002,2003和2004年）的数据显示，能源消耗在29000-28000 Btu/ft2年或者91-88 kWh/m2年的建筑，其建筑平均能耗为0.52美元/ft2年。能源消费调查（CBECS 1999）制定126120 Btu/ft2年（398 kWh/m2年）为每年平均的能源消耗，1.53美元/ft2年（ 16.47美元/m2年）为25000平方英尺（2323平方米）复合新老办公楼在同一气候区（气候区域2）的每年平均的能源消耗。这个设施的能耗低，不到25%在其地区的办公楼的平均能耗，以下是详细的原因：1.建筑形式的替代战略进行全面评估和系统使用能源部能源2.1E模拟（温克尔曼等人。1993年）。美国能源部- 2软件程序是一个小时按小时能源和采光仿真模型，使用典型气象年（TMY2）天气预测档案能源消耗和成本的建筑模型。2.设计及建造的过程，优秀。3.一个业主能够理解项目的设计意图和对建筑有十分的了解。 能源和建筑系统的综合评价是受雇于战略和组件选择是的由主人的喜好决定的。评价方法采用能源部2.1E仿真模拟，为不同系统节约能源，减少建筑成本。中美能源公司的商业计划纳入新农村建设，这激励了以节约能源为基础的所有者。能源模型进行了两个阶段。第一阶段评估了70个隔离策略的用来确定替代品的执行结果，玻璃窗类型，面积，设计，照明设计和控制，维护结构系统，空调系统类型和效率，空调通风空气，基于尽量减少建筑物设计负荷的空调系统容量。从第一阶段分析的结果被用来创建三种替代战略，作进一步的分析软件包。最终能源部-2完成，起到准确地模拟模型中的战略作用。最后能源-2战略模拟保守估计为34,000 Btu/ft2年（107 kWh/m2年）使用本地梅因，爱荷华州的气象资料梅因。最后的项目设计研讨会指出了一些有关成本-效益，用户友好的能源设计策略：一 综合楼的采光设计，开窗设计和室内装饰日光照射到室内的主要横梁窗口。一个48英尺（14.6米）宽的建筑物部分，提供了多种日光源，减少日光产生眩光。高反射的表面材料使用与屋顶和外墙有效地分配利用日光。在南部的挡光板，防止阳光直接照射工作表面。感光器的控制调光镇流器，减少电力照明的能源。日光控制系统，包括光敏控制和低电压的接线电子调光镇流器，将使建设成本增加0.70美元/ft2（7.53美元/m2），在未来不到五年的时间内，会由于改进的照明设计功率密度和占用传感器控制系统得到回报。二 高性能围护系统窗口太阳能热增益系数（SHGC）和可见光透过率（VLT），它们在不同的方向采用不同的设计额，以减少热负荷：北/南SHGC = 0.37，VLT = 0.67东/西SHGC = 0.30 = 0.60 VLT可打开，0.30 BTU 每小时每平方英尺每华氏度的木框窗户采用低密度喷雾系统的R - 24保温墙体。与金属屋面和金属甲板夹芯板的R - 30保温屋面。三 照明设计和控制电灯只是用来作为日光的补充。电气照明系统采用高反射天花板，以实现在办公区工作面上30至35照度设计。在办公区，连续的平均功率密度为1.15 W/ft2（12.4 W/m2）。整个建筑的总照明功率密度，包括停车场灯，功率密度为1.10 W/ft2（11.8 W/m2）。封闭的空间采用感应器。感光器，时钟，覆盖开关，控制车道和停车场使用两阶段水平高和低亮度，以符合现场的照明需要，减少夜间光污染。四 空调系统地热热泵系统，它为满足建筑物的供暖和制冷需求。安装八台热泵以满足特定区域的环境参数要求。建筑热交换主要通过与垂直于一百八十五英尺（56.4米）深的33孔换热器进行换热。总容量为384,000 BTU /小时，热负荷负荷要求。一个能源回收焓循环，预热和预冷却与能源以外的空气从卫生间通风排气回收。地热热泵系统的成本，与相比，每平方英尺多了加3.10美元（$ 33.4/m2），但传统的DX屋顶安装系统少于10年的时间才能回收成本。空调控制系统，是因应屋主的设计要求，非常简单。在一般情况下，地热热泵分别设定七天，通过可编程序来分别进行每一天的控制。此次为期速度能量回收装置浓度与时间的时钟可以在低转速的正常建设占用时间相应的控制的。观众席中的一个传感器转变，增加通风空气以适应观众席的需要。能量回收机组控制关闭时的间隔设计是无人居住。能源有回风预热和除霜周期管理的内部单元控制。五 建筑区域能量概念该建筑部分，在图4和图5所示，确定夏季和冬季的能源战略的关键概念。南壁为18英尺（5.5米）高，北墙是10英尺（3.0米）高，提供了14英尺（4.3米）的高度，这是一层办公楼结构典型的平均围墙的高度。在夏季，秋季和春季，屋顶和窗口有效地阻挡直接进入空间的日光。在冬季，在窗口百叶窗的使用和安装一个室内镜子，以控制工作站的核心和北办事处直接进入日光，让太阳直接辐射进入大楼，以减少热泵系统热负荷。在本节中，一台热泵控制北边私人办公区，第二台热泵内部控制核心区，第三台热泵控制南环路。三个日光控制区，以日照水平为基础，分别控制北方，核心，南区的电力照明。感应器，把一个空置的空间关灯，都是沿北在封闭的私人办公室使用，但它们都没有安装在核心和南部的部分地区。窗设计方案一个在建筑节能性能的关键因素是日光窗户有效的室内设计，而非过多的窗户面积，因此窗户将成为一个热量负载。在设计开发中，不同方向各种窗口的设计进行了审议，从10至25窗口屋顶面积比。表1列出了最后一个窗口面积的墙体及楼面面积的百分比表示的取向。该表显示，大多数窗口面积一般位于南北外墙，而更小的部分是在东部和西部地区使用。南妥善设计外遮阳玻璃加热的负载，同时可以最大限度地减少不增加制冷负荷。朝北的窗户都很少增加降温负荷的影响。东与西的窗户，由于低角度在夏日的阳光，一般都是热的责任，并至少有效益的，因为日光百叶窗或窗帘需要制订并通常左侧开出连阴天。总的来说，建设一个建筑面积的比例低窗低于14，同时有效地采光几乎所有的室内空间。六 照明设计照明设计方案通过访问建立和测量各个空间光线水平。直接，直接/间接的和间接的对系统进行了评价，从70到25英尺。选定的系统包括一个简单的间接系统，提供30至35英尺的工作平面。在白天管制区，连续调光电子镇流器，安装和打开/关闭开关和光敏控制手动控制。作为一项战略，以减少日光对14对私人办公室大楼北侧的控制成本，一个封闭的回路调光传感器是安装在一个办事处，以控制两个相邻的办公室。由于上有朝北的窗户没有窗帘，有人认为会有轻微的控制问题。然而，在一个封闭的循环光敏同时测量白天和电灯，当与控制系统的空置房（开启电灯由占用传感器关闭）电照明的两个相邻的房间占用系统亮。这很少发生，但一开环传感器在相同的配置规格将已经解决了这个问题。暖通空调设计方案对暖通空调系统的标准是提供一个舒适的以最小的能源消耗和低维护室内环境。一个生命周期成本分析，以评估方案，包括暖通空调变风量（VAV空调）系统，天台单位，地热热泵，以及能量回收通风装置。地热热泵系统所提供的最低每年的能源成本和总最低生命周期成本估计安装成本相当于一变风量系统，并在该39,000元以上的屋顶系统保费。在设计阶段，有几个选项的控制和地热循环泵循环运作，包括两个阶段的抽水，变速泵，泵进行了评价的降低能量。以恒定速度的单级泵系统上选择简单，最大的可靠性和有限成本的变速选择的基础。从监测，有人指出，地热热泵循环的循环泵消耗总量的36的能源和建筑物中央空调为18，总建筑能源成本负责。高能源使用的24 / 7的循环泵的连续操作的结果。鉴于这是一个极其能源效益的建筑物，该泵的能量作为能源使用总量的很大一部分使用的表面。纳入双速或变速泵的替代能源将会使更多成正比的整体建设低能源的使用。七 测定结果的能源消费能源消耗和加热和冷却的程度，已经在过去的三个项目的年跟踪天。在计量数据包括一电表计量的处所使用的所有电力。内有四个单独的测量板照明，一般插头负载，暖通空调，和维修建筑物。在过去的三年里，总电表之间的差异相比，亚米总额已经从1.1至1.4不等的差异。表2显示了2004年按月份计量数据，表明办公楼总计使用了101636千瓦时，或27,750 Btu/ft2年（88 kWh/m2年）。其中，照明的能源消耗23650千瓦小时，或6457 Btu/ft2年（20 kWh/m2年）;一般插头负载消耗31022千瓦时或8470 Btu/ft2年（27 kWh/m2年）和空调消耗46964千瓦时，或者12823 Btu/ft2年（40 kWh/m2年）。 八 照明使用的能源图6列出了一周照明的能源（包括室内，室外和停车灯）的消费量。白天电力负荷控制调光系统和控制几乎所有空间日光。培训大楼的办公室和经营作为一个典型的办公大楼。一般占机关工作人员从早晨7时至下午