对建筑节能的理解和认识

对建筑节能的理解和认识浅析珠江城大厦建筑节能重点技术应用摘要：本文结合地区气候特点及建筑的体形、结构及功能，阐述珠江城大厦采用的节能技术。通过对其中核心技术的重点分析，表明建筑节能技术带来的长远经济效益以及对缓解能源压力的贡献。关键词： 珠江城大厦 建筑节能技术 风力发电建筑一体化 光伏发电建筑一体化 前言： 随着经济与社会的高速发展，越来越多的土地被纳入到规划用地中。青草丛生的绿地变成了沥青道路，成片的树木变成了石屎森林。而且人们生活与生产中能源消耗也每日剧增。在自然环境与能源日益损耗的情况下，人们把目光投向了节能低碳的绿色建筑。而本文分析的现代节能建筑则是被国外媒体喻为世界最节能环保的摩天大厦的珠江城大厦项目。项目概况：珠江城大厦位于中国现代CBD-珠江新城，建筑面积达平方米，塔楼高309米， 71层（面积为平方米）；裙楼高27米，3层；地下5层（面积为45178平方米）。塔楼以超甲级写字楼为主，配套有高级商务会所、高级中西餐饮、银行、等设施；裙楼设有500人大型会议中心、中小会议室等会议设施，可容纳800人同时进行会议。项目节能技术应用：（1）风力发电建筑一体化大厦中分别于2425层、505l层，每层分别有 2 个风洞，每个风洞中安装 1 个风力发电机，大楼总共在 4 个风洞中安装了 4 个发电机。利用风能产生电能。（2）光伏发电建筑一体化大厦的太阳能发电主要是由全楼 2004 平方米的光伏板收集太阳光能。光伏板的设置位 置在大楼两侧东西面（31F71F），以及楼顶会所上方的 248 平方米。（3）智能型内呼吸式双层玻璃幕墙外呼吸：热空气从双层外墙下端进入，上端排除。 内呼吸：将双层外墙外区的热空气抽入冷梁（天花顶）冷却后，经天花板抽入内区排除 外界。（4）辐射制冷带置换通风该项技术采用的是水冷，而不是一般的风冷技术，因此减少了风冷而带来的噪音以及出 风口直吹人体而带来的不适感觉。 温度和湿度分开控制。（5）高效办公设备除了大楼提供的一些节能技术及智能化光电管理以外，物管部门也应该在租户装修期间 建议租户使用节能设备。 大楼为中国的三大电讯公司设立了专门的光纤机房，租户可以任意选择其中任一电讯供 应商。大楼给租户提供了最为多样化及方便的基础配置。（6）低流水与无流水装置卫生间采用真空负压冲洗及红外感应控制等节水控制装置。（7）高效照明办公区域内的照明将按照每平方 11 盏天花灯设置，达到桌面 250300 克丝的照明要求。 公共区域的照明节能在 90 年代建筑要求的节能基础上再节能 2030。（8） 电动遮阳百叶 此技术安置在双层幕墙玻璃中间，设有 23 个小型气象站，主要用于检测和调控遮阳百叶的摆动幅度，以最大效能的收集外界自然光源，在一定程度上节省室内灯光照明的使用量，并通过智能照明系统根据百叶的摆动角度和集光度，调节室内亮度。此百叶能以中央控制，也能给予客户做手动，及遥控控制。（9）高效加热/制冷机房该技术主要是将室内排出的热空气回收，并通过冷凝水使其温度下降。（10）照度及红外感应控制大空间办公室窗边照明、个人办公室照明及卫生间照明均采用照度及红外感应控制。（11）冷却盘管冷凝水回收大楼天花板安装风盘，吸取室内的热空气，再经过水冷（冷凝水）的形式令热空气降温， 形成适宜的冷空气。经由在天花板上不断的循环运作，人工形成犹如洞穴的自然环境， 即不用吹风， 也能在进入室内后形成一定的低温状态。建筑节能重点技术分析：（1）风力发电建筑一体化：风力发电机的设置：广州位于低纬度地区，地表接受太阳辐射量较多，同时受季风的影响，夏季海洋暖气流形成高温、高湿且多雨的气候；冬季北方大陆冷风形成低温、干燥且少雨的气候。由于受季风影响和华南冷高压控制，年内冬季(1月)多偏北风和东北风；春季(4月)风向较零乱，以东南风偏多；夏季(7月)受副热带高压和南海低压的影响，以偏南风为主；秋季(10月)由夏季风转为冬季风， 以偏北风为主。在平均风速方面，冬、春季节风速较大，夏季风速较小，但夏季间常有热带气旋侵袭，风速可急剧增大，形成风力8级以上的大风。由此可见，广州全年风向以偏南风、东南风、偏北风和东北风为主，风力资源比较丰富。珠江城项目位于广州市珠江新城中轴线商业中心区，地上71层，建筑高度309 m，根据广州的气候特点，珠江城项目建筑朝向南偏东13，目的是充分利用广州地区的风力资源。目前，风力发电机安装在建筑上的应用例子很少，尤其应用于超高层建筑上以及风力发电与建筑一体化的案例几乎没有。作为广州的地标性建筑，既要体现节能环保的理念，又要体现天人合一的建筑理念，因此，如何将风力发电机与建筑有机的结合在一起，是风力发电系统设置的关键。如图1所示，建筑师根据珠江城项目效果图及工程概况，分别于2425层、505l层巧妙地设置了4个贯通南北的风洞，用来安装风力发电机，如图2所示。夏季以偏南风、东南风发电，冬季以偏北风、东北风发电。风力发电机的选择：目前风力发电机按结构形式主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两大类。水平轴风力发电机的结构特点是：风轮架避高，直径大，占用面积大。风能利用率高，发电量高。噪声大。起动风速低，可自起动。而垂直辅风力发电机的结构特点是：可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时，无需对风。由于不需要调向装置，使其结构设计简化。振功小，噪声低。风轮直径小，占用面积小。齿轮箱和发电机可以安装在地面或楼板上，检修维护方便。通过对2类风力发电机的宴地考察和深入对比分析，考虑到全年间风洞内风向的不确定性（春夏季东南偏南，秋冬季东北偏北），得出的结论是垂直轴风力发电机比水平发电机更适合安装于本建筑风洞内。因此珠江城项目最终采用的是4台芬兰Wind- side公司生产的WS-10型垂直轴风力发电机组。项目效益投资分析：表1（2）光伏建筑一体化： 广州地区气候概况：广州市位于东经1125711403，北纬22352335，属南亚热带季风气候区。由于处于低纬度地区，地表接受太阳辐射量较多，年平均太阳辐射值为4367.24597.3MJ/m，分布是南高北低。年内太阳辐射以2月份最低，7月份最高。年平均日照时数为18201960h，年日照百分率为41%44%，南多北少。季节上以夏季最多，秋季次之，冬季再次，春季最少。图5 日照分析:太阳高度角是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要的因素。太阳高度角大（90为最大），太阳辐射经过的大气路程短，单位面积获得的太阳辐射多，等量太阳辐射的面积大。根据广州经纬度，可通过计算得出广州地区春分、秋分当日正午的太阳高度角约为66.9，冬至当日正午的太阳高度角约为43.5。珠江城项目朝向为南偏东13，各处光伏组件安装方位日照分析如图5所示。屋顶北向区域内的两排光伏组件全年只有6月份的中午时段能接受到太阳光的直接照射；屋顶南向区域内的四排光伏组件在全年的日照都比较好。东、西立面下方电池板由于收到上方电池板的遮挡，东立面光伏组件由11:30开始就无法收到太阳光照射，而西立面光伏组件则由12:30开始才接受太阳光照射，在14:00之后光伏组件完全不受遮挡。光伏组件的安装位置:根据珠江城项目体形与结构特点如图1项目效果图所示，原设计方案是将光伏组件设于屋顶、东西立面遮阳板及南立面风洞层内弯凹位处。后经多方专家论证，南立面风洞层内弯凹位处的光伏组件不但对整体建筑玻璃幕墙的颜色效果影响较大，不协调，而且由于该处弯度较大，弯度对光伏组件的发电效率及寿命均受较大影响。鉴于目前光伏组件的弯度处理技术尚未成熟，因此，最终取消了该处的光伏组件，只保留屋顶及东西立面遮阳板处的光伏组件。光伏组件的选择:由于本建筑东西立面的固定遮阳板处装设的光伏组件颜色对大楼没影响，因而选用了光电转换效率高的单晶硅电池组件，并起着隔热作用。本建筑屋顶为玻璃屋顶，整体幕墙颜色为浅蓝色，由于单晶硅颜色多数偏深蓝色或黑蓝色，而多晶硅的颜色偏浅蓝色，因此，建筑屋顶最高处装设与建筑颜色相协调的多晶硅电池组件如图6 所示。多晶硅电池组件与玻璃集成一体，外层采用钢化双夹胶中空玻璃，既能起着隔热作用，又能起着节省建筑材料作用，可谓一举两得。项目效益投资分析：表2结束语：建筑节能的提出到现在已接近半个世纪，但纵观建筑界新建的采用节能技术的建筑为数不多，而以“零能耗”为设计目标的建筑项目更是“前无古人”。集多项节能技术为一身的珠江城项目在业内起着建筑节能技术应用的典范作用。珠江城项目的节能投入约2亿元，预计在8年能收回。而节能设备的回收年限都在十几年以上，这说明建筑节能所带来的经济效益的前景是相当可观的。相信经济效益起得作用会带动国内外越来越多新建筑向节能建筑抬头，而节能技术的广泛应用会促进节能技术发展，得到的结果就是降低节能技术的应用成本。而这也会形成良性循环，我们可以预见在未来的建筑上不需投入高成本的节能应用成本就能达到高效的经济效益。届时希望建筑节能能够吸引地产开发商的注意，新建建筑中开发商项目占据着很大的份额。建筑节能及术的应用如果能够在众多的商品楼中广泛开展，到时建筑节能的影响就不只是局限于部分建筑的使用者，而是渗透到我们每个人的日常生活中。就如河北省晋州河滨花园东苑小区中采用的地源热泵系统，采用热泵系统后小区单位采暖面积费用为8.89元/，远远低于石家庄的采暖消费标准（18.4元/）。在我看来建筑节能技术的意义并不单单在于经济效益，我们应该更多地看到建筑节能在生态环境做出的贡献。目前,我国建筑能耗所占全国总能耗的比例约为30%,加上建造本身的能耗,建筑能耗几乎要占到总能耗的一半。住建部统计数字显示,我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米,其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑已超过400亿平方米,95%以上是高能耗建筑。据美国麦肯锡估计,未来20年,中国将新建5万座超高层建筑。按照住建部的规划,到2010年,全国新建建筑将力争1/3以上达到绿色建筑和节能建筑标准,全国城镇建