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清华节能楼试验:打造超低能耗绿色示范楼

地产新闻 2006-01-06 刘瑞婷

    “这栋楼在冬天不需要采暖,而且大多数建筑一天要用100度电,我们只需要用30度电。”薛志峰指着位于清华大学校园东区的一栋并不起眼的建筑告诉记者。这座总建筑面积约3000㎡、用做办公和开放式实验室的四层建筑,有着“作为2008年奥运建筑的前期示范工程”的任务,目的是达到超低能耗的要求,日后复制下去。

    薛志峰是这个任务的负责人,他提到这个任务的背景是:目前占全北京市建筑面积41.5%的公用建筑每年正在消耗全市78.2%的电量,北京市将对现有公用建筑进行节能改造。

    允许失败的试验台

    “我是看着这栋楼从无到有盖起来的。”这栋国内第一座综合了示范、展示、试验功能的绿色建筑的项目负责人、清华大学建筑技术科学系博士研究生薛志峰这样说。清华大学超低能耗示范楼是北京市科委科研项目,作为2008年奥运建筑的“前期示范工程”,旨在通过其体现奥运建筑的“高科技”、“绿色”、“人性化”。同时,超低能耗示范楼是国家“十五”科技攻关项目“绿色建筑关键技术研究”的技术集成平台。

    我国城镇建筑能源消耗的“冤大头”很多,值得注意的是大型公共建筑,这类建筑目前仅占城镇总建筑面积的5%~7%,但其用电量为100~300度(㎡·年),为住宅建筑用电量的10倍以上(不包括采暖)。在我国大型和特大型城市,这类建筑的总耗电量大于全市所有居民住宅的总电耗。

    “这座超低能耗示范楼正是针对大型公共建筑所设计的节能建筑,我们希望它可以为这类建筑的节能开发提供一个全方位的样本。”示范楼位于清华大学校园东区,总建筑面积约3000㎡,地下一层,地上四层。由办公室、开放式实验室或实验台及相关辅助用房组成。

    这栋建筑所运用的技术产品,颇有“吃百家饭”的感觉。由包括美国、德国、日本、丹麦等国外企业,以及清华同方、秦皇岛耀华等国内高新技术企业在内的近50家单位捐赠了产品,有近十项产品和技术为国内首次采用。尽管示范搂集成了近百项建筑节能和绿色建筑相关的最新技术,但如果把所有技术和产品全部考虑在内,示范楼建筑安装成本为单位建筑面积8000元左右。所以,从技术经济的角度来看,“示范楼本身并不具备整体复制性,”薛志峰说,“它只是一个试验台。”

    薛志峰提醒记者,听到这句话可千万不要泄气,以为它和人类登陆火星一样还只是个蓝图就错了。这座示范楼是把所有现在最先进的技术都用到了,仅在使燃气变为余热的这一个环节,就可以使用四个不同的装置,但在实际的工程应用中只需挑选一种比较适合自身条件的就可以了,这样同样可以达到和示范楼一样的节能效果。

    “大楼的每个部分都是可更换的,如果在产品测试的过程中,发现某种产品的问题、缺点,随时可以将其换下。因为这个大楼本身就是个试验,而试验是允许失败的。”在示范楼的方案论证阶段,就贯穿了可更新、可调节、可拓展的思路,为将来更加深入的试验和科研创造了条件。

    示范楼还将作为一个用于常年技术展示以及培训的平台。比如它的2层是多媒体教室,3、4层是各种研究室,1层则主要用于展示大楼的各种特点。薛志峰介绍说,最近有很多房地产商、建筑材料供应商等群体前来参观。

    低一点,再低一点

    这栋楼从外面看上去实在没什么奇特之处,但“包子有肉不在褶上”,薛志峰说。这句话的确没错,我们就来看看它到底有什么与众不同之处。

    景观水体—人工湿地

    大楼入口处的旁边有一方水池,里面有许多金鱼,很显眼。经薛志峰介绍,其实这不是仅仅用于观赏,而是一个“景观水体—人工湿地”复合生态系统。常规的人工水体由于循环性很差,再加上雨水含有许多污染物,水体的景观效果很容易被破坏。而示范楼采用人工湿地与景观水池串连的方式对水池的水进行循环处理,综合了物理、化学和生物的三种作用,也就是目前实际应用中较为成熟和成功的水平潜流人工湿地工艺,水池能长期保证较好的水质。

    太阳能的多样利用

    在可再生能源的利用中,当然也少不了我们最熟悉的太阳能,利用的方法也是多种多样。就在“景观水体—人工湿地”的旁边,立着两根不起眼的柱子,这是自动跟踪太阳光的阳光采集系统,利用太阳光为地下室提供采光,减少白天照明电耗。整个系统可最大程度利用自然光,当自然光照度低于设定要求的下限时自动补充人工照明。

    示范楼也选用了太阳能庭院灯为大楼入口处提供夜间照明,蓄电池容量通过优化后能够满足夜晚照明,并把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来,同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

    最让薛志峰得意的是,示范楼运用了一种最新颖的建筑用高科技玻璃产品——光电玻璃。它采用光伏电池、广电板技术,把太阳光转化为能被人们利用的电能。超低能耗楼南立面装有约30㎡的单晶硅光电玻璃,设计峰值发电能力为5kW。位于结构夹层外侧,不影响采光,同时与单元式双层皮幕墙结合组成光电幕墙,作为集合太阳能光伏发电技术与幕墙技术的新型功能性建筑幕墙示范。光电幕墙的电能是一种净能源,发电过程中不消耗宝贵的自然能源,也无废气、无噪声,不会污染环境,是一种“绿色幕墙”,既能满足装饰、围护的功能,同时又产生电能,达到环保、节能的目的。

    种植屋面和透光屋面

    示范楼的屋面有两类,一类为种植屋面,另一部分是透光屋面。屋顶绿化由9块绿地构成,每一块由一种适应北京气候、抗逆性强、观赏价值高的新优植物材料组成,相邻两块为过渡色,在整体上力求和谐统一。同时,追求植物景观的季相变化,达到“三季有花,四季有景”的艺术效果。透光屋面是生态仓屋顶,为双中空玻璃的倾斜天窗,为避免温室效应,采用聚酯纤维面料的半透光内遮阳卷帘。此外屋顶斜面部分还采用了自洁净玻璃,能够保持良好的采光效果。生态仓内可以进行室内绿化技术的相关研究,测试不同种类植物对二氧化碳的固化作用,制定适合办公类建筑室内绿化的种植方案和技术规程。

    有IQ的围护结构

    外围护结构体系主要是针对可调控的“智能型”外围护结构进行研究,使其能够自动适应气候条件的变化和室内环境控制要求的变化。从采光、保温、隔热、通风、太阳能利用等进行综合分析,给出不同环境条件下的推荐形式。所以,外围护就有近10种不同做法。这些不同的做法分布在大楼的东、南、西、北以及屋面的各个部分,分别使用了不同的材料——比如,南立面的幕墙方式就有三种,其中一种选用了5mm+6A+4mm+V+4mm+6A+5mm双中空加真空Low-e玻璃。与之类似的东立面玻璃幕墙+水平外遮阳,则选用了大型遮阳装置。所谓双中空玻璃幕墙就是它的中间一片采用真空玻璃,其原理为将两片平板玻璃四周加以密封,其间隙抽真空并密封排气口。玻璃之间隙为0.1~0.2mm,内有小支撑物承受大气压力,肉眼不易察觉,不影响采光及视野。

    效果明显

    虽然整个示范楼的造价不低,但它的最终目的——节能,确实做到了,而且做得很好。由于采用了近十种不同的外围护结构做法,冬季建筑物的平均热负荷仅为0.7W/㎡,

    最冷月的平均热负荷也只有2.3W/㎡,如果考虑室内人员灯光和设备等的发热量,基本可实现冬季零采暖能耗。夏季最热月整个围护结构的平均得热也只有5.2W/㎡。所以,示范楼的耗冷耗热量仅为常规建筑的10%。

    再比如示范楼的能源和设备系统,采用了多项节能措施和可再生能源技术,包括照明和办公设备在内,示范楼单位面积全年总用电量指标为40kWh/㎡,仅是北京市高档办公建筑平均总用电量指标的30%。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2006-01-06]
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