低碳健康办公建筑技术路径简析_刘博宇.pdf

江苏建筑2022年第6期（总第225期）图1 2019年全国建筑行业全过程碳排放数据0引言目前节能减排已经成为国家发展的重要战略，为了实现在2030年前碳排放达峰、2060年前碳中和的目标，全国各行各业都在积极行动，减少传统能源消耗，降低碳排放1-3。根据统计，2019年全国建筑行业全生命周期碳排放总量为49.97亿tCO2，占全国碳排放总量的51%。建材生产阶段碳排放量为27.7亿tCO2，占比28%，其中钢铁/水泥/铝材/其它的碳排放量分别为13.34/11.29/2.77/0.30亿tCO2；建筑施工阶段碳排放量为0.98亿tCO2，占比1%；建筑运行阶段碳排放量为21.3亿tCO2，占比22%，主要来自直接消耗的化石能源、电力和热力4。不难看出，建筑行业的节能、减碳对于实现国家宏观碳减排目标具有重要意义，低碳建筑势在必行。2019年全国建筑行业全过程碳排放数据见图1。【刘博宇】男（1979-），建筑学博士研究生，LEED AP，WELL AP，现为上海朗绿建筑科技股份有限公司合伙人、产品总监,多年从事绿色建筑、低碳建筑、健康建筑的设计与实践，为国内最早的WELL AP之一，在知名刊物上发表过多篇低碳建筑、健康建筑论文。摘要建筑领域内的碳减排已经成为行业发展的重要趋势。办公建筑应该采取必要的优化设计与技术措施，在创造健康室内环境的同时，降低建筑能耗，减少碳排放，为早日实现社会碳中和目标作出应有的贡献。关键词低碳；办公建筑；健康建筑；建筑节能；碳减排中图分类号 TU201.6文献标志码 A文章编号1005-6270（2022）06-0008-06Brief Analysis on Technical Path of Low Carbon Healthy Office BuildingsLIU Bo-yu1LI Ji2（1.Shanghai Langlu Building Technology Co.,Ltd,Shanghai 200050 China；2.Southeast University Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu 210096 China）Abstract：Building carbon emission reduction has become one of the most important trends in the industry.Necessary optimization design and technical measures should be taken for office buildings to reduce buildingenergy consumption and carbon emissions while creating a healthy indoor environment.This is the contributionthat should be made to achieve the goal of carbon neutrality.Key words：low carbon；office building；healthybuilding；building energy saving；carbon emission reduction低碳健康办公建筑技术路径简析刘博宇1，李骥2（1上海朗绿建筑科技股份有限公司，上海200050；2东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏南京210096）8江苏建筑2022年第6期（总第225期）图3被动式建筑节能的主要技术手段1低碳健康办公建筑的设计原则办公建筑是公共建筑中的重要类型，具有面积总量大、分布范围广的特点。建设低碳、节能的办公建筑，对于减少社会碳排放具有重大意义。然而，在采取必要的优化节能措施、降低办公建筑的能耗与碳排放的同时，不应忽视室内健康环境的营造，建筑的减碳行为不能建立在损害使用者健康的基础上，这是低碳健康办公建筑应该遵循的基本设计原则。在实践中，办公建筑应坚持以人为本的理念，在为使用者提供良好的室内环境的前提下，采用低碳节能措施，最大限度地降低建筑能耗与碳排放5。低碳健康办公建筑应提供充足的室内空气、水与光照条件，消除污染物及噪声的危害，为使用者创造健康、舒适的工作环境。应优先利用自然资源，减少常规能源的消耗。应充分应用智能化技术实现建筑的智慧运行管理，提高能源利用效率，避免不必要的浪费。除此之外，低碳健康办公建筑还需要充分关注使用者的精神需求，体现人文关怀，提供具有活力与创造性的现代办公场所。在具体工作中，应采用科学合理的技术手段，确保目标的可实现性。在项目前期，需要成立专门的技术团队，对低碳健康办公建筑的建设目标展开充分的分析论证，选择适合的技术路径，明确实现方法。在设计阶段，要开阔思路，积极学习国内外先进方法与技术，采用精细化设计，运用科学的分析工具，对建筑能耗、室内风光热声环境等展开分析，并提出切实有效的改进方法。建筑、结构及机电专业设计师协同配合，提供低碳节能设计建议，协调多方能力共同完成整体方案的优化工作。在建设实施阶段，要重点关注各项低碳健康技术的落实情况，确保相关产品选择正确、工艺流程合理、成果真实有效。在工程竣工、投入使用之后，应注意低碳健康办公建筑的科学运营与管理。可以借助智慧能源管理云平台，及时了解项目中各项设备设施的运行情况，定期进行必要的维护保养，及早发现异常状况并有效处理，通过数据分析优化设备运行状态，从而提高设备运行效率，让建筑实现持久的低碳节能运行。2低碳健康办公建筑的技术路径2.1技术路径选用原则低碳健康办公建筑的技术路径应选择遵从“先建筑，后设备”的基本原则，优先采用被动式建筑节能技术。通过优化建筑形体，充分利用自然采光、通风，避免不利的环境条件与额外能耗，确保建筑自身功能合理、物理性能优良，使其能源需求保持在一个较低的水平上。在此基础上，采用高效低耗的建筑机电设备，控制建筑日常使用中的能源需求，提高能源利用效率，减少运行阶段的碳排放。建筑及其配套机电设施应与智慧化的运营管理系统相结合，便于管理者及时掌握其运行情况，发现不合理的能源使用情况，并采取必要的应对措施，最终实现节能减排的目标。低碳健康办公建筑的主要技术路径见图2。2.2被动式超低能耗建筑节能技术被动式建筑节能技术是指以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体是在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理选择、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热、有利于自然通风的建筑开口等措施降低建筑在采暖、空调、通风等方面的能耗需求。在建筑设计中，优先采用被动式技术，可以有效降低建筑本体的能源需求，为实现低碳健康目标创造有利的条件。被动式建筑节能的主要技术手段见图3。2.3超高能效暖通设备系统据统计，办公建筑中暖通系统的能耗占到建筑总能耗的60%以上6。采用超高能效设备系统，包括冷热源、输配系统、末端产品等，能够有效提升其运行效率，减少能源消耗，降低碳排放。推荐采用的冷热源及系统形式包括：空气源热泵、地源/水源热泵、蒸发冷却图2低碳健康办公建筑的价值维度9江苏建筑2022年第6期（总第225期）图5 BAPV与BIPV的区别式热泵一体机、热源塔、高效磁悬浮冷水机组等。2.4高效健康舒适末端设备传统室内空调与新风系统采用对流、顶送的方式，不具备独立除湿能力，对室内湿度处理能力较差，且容易产生冷风直吹、冷凝水滋生霉菌等现象。采用辐射式空调形式，在天花板或侧墙敷设毛细管网或集成辐射板形成冷热辐射面，依靠辐射换热方式能够有效地提高换热效率，具有温度均匀、舒适性高的特点，是理想的高效换热方式。同时结合置换新风系统，具有独立的湿度控制能力，室外新风经过滤、除尘、除湿、再热等处理后，经由房间下部的出风口送入室内，自下而上形成“新风湖”，将旧空气自房间顶部排出，能够有效改善送风效率，消除冷风直吹，改善室内的温度、湿度环境。2.5高效照明及控制系统办公建筑中照明能耗约占总能耗中的20%30%，高效的照明节能设计可以有效减少能耗与运行费用。有效的照明节能措施包括：采用节能灯具、进行功率密度和照度控制、分区分组精细化控制、时间场景照明控制、自然采光光感控制、人体感应控制、工位照明独立控制、梯度照明、等效生理照度设计、智能化场景照明等。2.6智慧能源与运维管理系统为了更好地实现建筑用能管理，在保证良好室内环境的前提下实现设备的节能目标，采用基于大数据云平台技术的智慧能源与运维管理系统，能够有效地优化运行，减少建筑碳能耗与碳排放。该系统能够对建筑主要用能设备和用能环节的信息进行采集、监视、分析、记录、优化和控制，协助管理者及时掌握建筑运行中出现的问题并有效处理。建筑物运行数据宜使用云存储方式，支持通过固定终端或移动终端访问管理，在方便用户访问的同时降低数据丢失的风险。智慧能源与运维管理系统结构示意图见图4。2.7可再生与清洁能源可再生能源包括地热能、风能、太阳能、生物质能等多种形式。其中太阳能（包括光伏发电、太阳能热水等）在建筑中的应用最为有效。将光伏产品与建筑进行结合，产生电能供建筑使用，是一种有效的节能减排手段。具体的做法包括“建筑光伏安装”（BAPV：Building Attached PV）以及“建筑光伏一体化”（BIPV:Building Integrated PV）。前者将光伏产品直接附着安装在建筑物上（如屋顶）；后者将光伏产品集成到建筑物上（如外墙、门窗、幕墙等）。二者在低碳健康办公建筑中都有广泛的应用。BAPV与BIPV的区别见图5。2.8节能型电器办公建筑中的各种电器同样具有较大的节能潜力。比如电梯，作为垂直交通运输设备其上行与下行的工作量相等，驱动电动机通常工作在拖动耗电或制动发电工况下。通过设置电能回馈器，可以将电梯制动电能再生利用，有效地减少电梯日常能耗。同时采用电梯智能控制技术，如轿厢无人自动关灯技术、驱动器休眠技术、自动扶梯变频感应启动技术、群控智能管理技术等均可达到很好的节能效果。2.9基于模拟工具的性能化设计方法建筑性能化设计方法是指利用建筑环境性能模拟技术，依靠专业模拟软件工具（比如Fluent、Ener-gyplus、IES、DesignBuilder等），建立专业的建筑性能模型，模拟仿真建筑物实际使用中的各种工况与性能，从而获得实现相应的建筑环境所需要的设计参数，并寻求有效的技术手段加以实现。在建筑设计的早期，通过对设计方案进行充分的模拟分析，优化建筑的多项性能化指标，从而实现建筑性能优化设计的目的，是当今建筑设计领域中较先进的设计方法，也是实现低碳健康建筑的有效手段。2.10装修污染物管控室内装修污染物尤其是甲醛带来的健康危害，已经得到社会的普遍重视。在办公建筑中有效消除图4智慧能源与运维管理系统结构示意10江苏建筑2022年第6期（总第225期）图7上海朗诗绿色中心项目实景装修污染物的健康威胁，需要从源头管控，在设计之初便精选材料、建立模型；在实施过程中要建立完善的数据库与管理体系，进行全流程监管；在项目竣工后进行室内污染物浓度检测，确保最终结果满足最初的管控要求。2.11碳汇、碳普惠与碳抵消植物碳汇（carbon sink），是指通过植树造林、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。碳普惠是一种行为碳减排机制，指对企业、个人的节能减碳行为进行具体量化和赋予一定价值，并建立起以商业激励、政策鼓励和核证减排量交易的引导机制。碳抵消（carbon offset）指的是排放单位用核算边界以外所产生的温室气体排放的减少量以及碳汇，以碳信用、碳配额或（和）新建林业项目等产生碳汇量的形式，来补偿或抵消边界内的温室气体排放的过程。以上机制都是对实现低碳办公建筑的有效补充手段。部分低碳健康技术在建筑工程中的应用见图6。3低碳健康办公建筑案例解析3.1项目概况上海朗诗绿色中心项目位于上海市长宁区虹桥商务板块内，建筑面积5 700 m2，地上4层，地下1层，由既