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摘要：清華大學建筑技術科學系建造的超低能耗示范樓是綠色建筑相關技術的集成平臺，綜合了多項建筑節能技術和產品，涉及到智能圍護結構、自然通風、個性化空調末端裝置、濕度獨立控制的送風方式、樓宇式熱電聯供系統、太陽能利用、監測和控制系統等多相關技術，本文對示范樓的節能設計和方案作了簡單介紹。

關鍵詞：節能，技術集成，示范

Studyontheintegrationofbuildingenergysavingtechnology

---Introductionoflow-energyconsumptionprojectinTsinghuaUniversity

DepartmentofBuildingScienceArchitectureSchoolTsinghuaUniversityBeijing100084

Abstract:LowenergyconsumptionprojectwasonedemobuildingconstructedbythebuildingsciencedepartmentofTsinghuaUniversity.Theenergysavingtechnologyintegrationusedinthisprojectincludedintelligentfa?ade,naturalventilation,personalventilationair-conditioningterminal,humiddependentairsupplymode,BCHPsystemandintelligentcontrolsystem.Thisarticleintroducedthebuildingandtechnologyschemeusedinthisproject.

Keywords:energysaving,technologyintegration,demobuilding

清華大學超低能耗示范樓是北京市科委科研項目，作為2008年奧運會辦公建筑的“前期示范工程”，旨在通過其體現奧運建筑的“高科技”、“綠色”、“人性化”。同時，超低能耗示范樓是國家“十五”科技攻關項目“綠色建筑關鍵技術研究”的技術集成平臺，用于展示和實驗各種低能耗、生態化、人性化的建筑形式及先進的技術產品。在此基礎上陸續開展建筑技術科學領域的基礎與應用性研究，研究和示范系列的節能、生態、智能技術在辦公建筑上的應用。包括建筑物理環境控制與設施研究（聲、光、熱、空氣質量等），建筑材料與構造（窗、遮陽、屋頂、建筑節點、鋼結構等），建筑環境控制系統的研究（高效能源系統、新的采暖、通風、空調方式及設備開發等），建筑智能化系統研究。超低能耗樓還將成為展示與宣傳各種最新技術的舞臺，為技術交流、產研掛鉤、知識普及搭建橋梁；成為清華大學與企業界合作開發、展示新產品的平臺，以及向社會、大眾宣傳、展示建筑節能和可持續發展建筑概念、技術和產品的展臺。

超低能耗示范樓座落于清華大學校園東區，建筑設計如圖1所示，總建筑面積3000m2，地下一層，地上四層。由辦公室、開放式實驗室或實驗臺及相關輔助用房組成。從建筑全生命周期的觀點出發，采用了鋼框架結構。建筑物內部為靈活隔斷，空調和強弱電系統為模塊化結構，從而可根據不同使用要求極其方便地改變空間布局。

圖1清華大學超低能耗示范樓效果圖

1．圍護結構方案

超低能耗示范樓外圍護結構體系主要示針對對可調控的“智能型”外圍護結構進行研究，使其能夠自動適應氣候條件的變化和室內環境控制要求的變化。從采光、保溫、隔熱、通風、太陽能利用等進行綜合分析，給出不同環境條件下的推薦形式。圖2標明了示范樓外各個外立面采用的圍護結構方式。通過圍護結構的節能設計，使得冬季建筑物的平均熱負荷僅為0.7W/m2，最冷月的平均熱負荷也只有2.3W/m2,圍護結構的負荷指標遠小于常規建筑，如果考慮室內人員燈光和設備等的發熱量，基本可實現冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個圍護結構的平均得熱也只有5.2W/m2。

圖2清華大學超低能耗示范樓圍護結構設計方案

1.1玻璃幕墻和保溫墻體

東立面和南立面采用雙層皮幕墻及玻璃幕墻加水平或垂直遮陽兩種方式，綜合得熱系數1W/m2K，太陽能得熱系數0.5。雙層皮幕墻按照室內室外的溫度差別，調節室外空氣進出風口的開合，夏季室外空氣經過熱的玻璃表面加熱后升溫，在幕墻夾層形成熱壓通風，帶走向室內傳遞的熱量，冬季進風口出風口關閉后，可減少向室內的冷風滲透。水平遮陽和垂直遮陽葉片寬度600mm，每個葉片均設置單獨得自控系統，分別根據采光、視野、能量收集、太陽能集熱的不同區域功能要求進行控制調節，實現冬季最大限度利用太陽能、夏季遮擋太陽輻射，同時滿足室內自然采光的最佳設計。

西北向采用300mm厚的輕質保溫外墻，鋁幕墻外飾面，傳熱系數0.35W/m2K。外窗采用雙層中空玻璃，外設保溫卷簾。

1.2相變蓄熱活動地板【1】

示范樓的圍護結構由玻璃幕墻、輕質保溫外墻組成，熱容較小，低熱慣性容易導致室內溫度波動大，尤其是在冬季，晝夜溫差會超過10℃。為增加建筑熱慣性，以使室內熱環境更加穩定，示范樓采用了相變蓄熱地板的設計方案。如圖3所示，具體做法是將相變溫度為20～22℃的定形相變材料放置于常規的活動地板內作為部分填充物，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入室內的太陽輻射熱，晚上材料相變向室內放出蓄存的熱量，這樣室內溫度波動將不超過6℃。

活動地板架空層高度1.2米，空調風道、各類水管、電纜、綜合布線等均隱藏在架空層內。保證室內干凈整潔，而且不需要吊頂，房間凈空高度大，有效利用空間多。

圖3清華大學超低能耗示范樓相變蓄熱地板設計方案

1.3植被屋面和光導采光系統

為提高屋頂的隔熱保溫性能，同時改善生態與環境質量，采用種植屋面技術，結合防水及承重要求，選用喜光、耐干燥、根系潛的低矮灌木和草皮，適合于北京地區氣候特征。

屋頂同時設置光導管采光系統，利用太陽光為地下室提供采光，減少白天照明電耗。

2．室內環境控制系統方案

2.1自然通風利用【2】

室內環境控制系統有限考慮被動方式，用自然手段維持室內熱舒適環境。根據北京地區的氣候特點，春秋兩季可通過大換氣量的自然通風來帶走余熱，保證室內較為舒適的熱環境，縮短空調系統運行時間。

利用熱壓通風和風壓通風的結合，根據建筑結構形式及周圍環境的特點，在樓梯間和走廊設置通風豎井，負責不同樓層的熱壓通風。在建筑頂端設計玻璃煙囪，利用太陽能強化通風。此外在建筑外立面合適部位設置開啟扇，使得室外空氣在風壓通風的作用下可順暢地貫穿流過建筑。

2.2濕度獨立控制的新風處理方式【3】

超低能耗示范樓共設置4臺4000m3/h新風機組，通過溶液除濕設備的處理，可提供干燥的新風，用來消除室內的濕負荷，同時滿足室內人員的新風要求。

目前空調工程中采用的除濕方法基本上是冷凍除濕，這種方法首先將空氣溫度降低到露點以下，除去空氣中的水分后再通過加熱將空氣溫度回升，由此帶來冷熱抵消的高能耗。此外為了達到除濕要求的低露點，要求制冷設備產生較低的溫度使得設備的制冷效率低，因而也導致高能耗。

溶液除濕方式能夠將除濕過程從降溫過程中獨立出來，利用較低品位能源進行除濕，同時減少顯熱冷負荷，不僅能夠保證室內環境質量，而且還能降低空調能耗。

此外為保證室內空氣質量要求有足夠的新風，隨之而來的新風負荷是空調系統高能耗的原因。示范樓的新風機組同時可實現全熱回收效率超過80％的高效熱回收，可充分利用排風中的全熱同時又保證新風不被排風污染。

2.3模塊化的末端調節設備【4】

通過溶液除濕后的新風可帶走室內的濕負荷，房間內的末端裝置僅負責顯熱部分（冷凍水溫度可采用18℃），按照干工況運行，不存在結露現象，徹底避免了潮濕表面滋長霉菌，惡化空氣質量。

示范樓內提供模塊化的空調末端配置，根據房間實際使用功能靈活組合。

辦公室室內人員密度低，人員工作時間及活動區域相對固定，個人的舒適要求不盡相同，采用冷輻射吊頂或者輻射墻來消除室內的基本顯熱負荷，溶液除濕后的新風通過置換通風來消除室內的基本濕負荷。工位送風則提供每個辦公人員個人活動區域的送風，通過調節風口角度、出風速度來滿足自身的要求。

示范樓內另一類房間為報告廳和會議室，室內人員密度高，散熱散濕集中，單位面積冷負荷大，且使用時間不穩定。因此除冷輻射吊頂和置換通風外，采用仿自然風的動態風FCU來消除室內尖峰負荷。

3．能源系統方案

3.1BCHP系統

超低能耗樓采用固體燃料電池及內燃機熱電聯供系統，清潔燃料天然氣作為能源供應，BCHP系統總的熱能利用效率可達到85％，其中發電效率43％。基本供電由內燃機或者氫燃料電池供應，尖峰電負荷由電網補充。發電后的余熱冬季用于供熱，夏季則當作低溫熱源驅動液體除濕新風機組，用于溶液的再生。

3.2高溫冷水機組或直接利用地下水

配合獨立濕度控制的新風機組，夏季冷凍水溫度18℃即可滿足供冷的要求。采用電制冷，冷凍機COP可達到9以上，高效節能。另一種方式更為簡單，就是直接利用地下水，超低能耗樓所在清華大學校園東區地表淺層水溫基本穩定在15℃，單口井出水量可達70m3/h，完全能夠滿足示范樓的供冷要求。地下水通過板換換熱后全部回灌，僅利用土壤中蓄存的的冷量，不會造成地下水資源的流失。

3.3太陽能利用

超低能耗樓南側立面裝有30平米的光伏玻璃，發電用于驅動玻璃幕墻開啟扇和遮陽百葉。屋頂設有太陽能集熱器，所獲得的熱量用于除濕系統的溶液再生。此外屋面還裝有太陽能高溫熱發電裝置，該系統為拋物面碟式雙軸跟蹤聚焦，峰值發電功率3kW。

4．測量和控制系統方案

4.1智能化的控制系統

控制系統自動采集室外的日照情況，根據不同的朝向方位，調節遮陽百葉的狀態，同時根據室外氣象參數，決定外窗、熱壓通風風道、雙層皮幕墻進出風口的開閉。控制系統采集工作區各點的照度數據，調節百葉的角度和人工照明的燈具。室內的新風量根據房間內的CO2濃度和濕度來調節。其余能源設備、水泵、太陽能裝置等均根據負荷情況自動調節。

4.2實時測量系統

示范樓屋頂布置氣象參數測點，測量數據包括室外溫度、濕度、風速、太陽輻射強度。圍護結構的測試包括各玻璃、窗框、遮陽百葉、保溫墻體的表面溫度、熱流。環境控制系統和能源系統的測試包括各設備的運行參數，如冷輻射吊頂表面溫度、送回風溫度濕度、盤管出水溫度、溶液除濕系統的溶液濃度等。

5．小結

清華大學超低能耗示范樓是建筑節能各項技術和新產品的集成應用，在實施過程中得到了北京市政府、北京市科委、國家科技部的大力支持，同時要感謝在示范樓建設過程中提供技術和產品支持的國內外企業。2004年6月示范樓將全面建成，服務于今后我國綠色建筑的深入研究。

參考文獻

•定形相變材料的熱性能張寅平清華大學學報（自然科學版）2003.6

•太陽輻射下建筑外微氣候的實驗研究李曉鋒太陽能學報2001.3

•溶液空調及熱濕獨立控制空調系統：李震劉曉華暖通空調2003.6

•室內空氣流動數值模擬的N點風口動量模型趙彬.計算力學學報2003.01