生态建筑关键技术应用的研究

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【摘要】本文以上海生态建筑示范工程为例，研究生态建筑成套集成技术体系的工程应用，建成具有国际先进水平的生态建筑示范楼，为我国生态建筑的建设和推广提供可行的技术借鉴。

【关键词】生态建筑；技术集成；示范工程

当今世界建筑可持续发展的必然趋势是，变高消耗型为高效生态型发展模式，生态建筑以高新技术为主导，针对建筑全寿命的各个环节，通过科学的整体设计，创造高效、低耗、无废无污染、健康舒适、生态平衡的建筑环境，提高建筑功能、效率与舒适性水平，体现“节约资源、节省能源、保护环境、以人为本”的生态理念，充分展示建筑与人文、环境及科技的和谐统一。

1、生态建筑研究目标及特点

上海建成的生态办公示范楼（简称“示范楼”），汇集了建筑设计、结构、材料、节能、环境、智能和新能源利用、园林绿化、水处理等学科领域的众多技术专家展开攻关，边研究、边设计、边建设，总体设计将各学科领域最新研究成果，在办公楼中集中应用，充分发挥了技术集成的综合优势。

示范楼占地面积905m2，建筑面积1994m2，建筑主体为钢筋混凝土框架剪力墙结构，屋面为斜屋面结构。楼内设技术交流展示区、实验室和办公室。其研究总技术目标是：综合能耗为同类建筑25%；再生能源利用率占建筑使用能耗20%；再生资源利用率达60%；室内综合环境达到健康、舒适指标。

2.示范楼技术集成体系

2.1自然通风设计策略及气流组织模拟技术

通过室外气流组织的模拟计算及建筑物外形的风洞实验，对不同风向和风压下建筑各部分的自然通风效果进行分析，改进和优化建筑外形及房间功能。利用屋顶排风道代替排风烟囱，保证良好的自然通风效果。在排风道内设置7组翅片管式换热器，在过渡季节，利用太阳能热水加热排风道内的空气，产生热压，提供自然通风所必需的动力，强化自然通风，实现舒适的室内风环境，减少夏季空调运行时间、降低空调能耗。

2.2超低建筑能耗节能技术系统

根据示范楼各种建筑工况，通过能耗指标和节能效果模拟分析，将多种低能耗建筑围护结构合理节能设计方案进行比较，确定适合生态示范楼的超低能耗节能技术系统：多种复合墙体保温体系+屋面保温体系+双玻中空LOW一E窗+多种遮阳技术。

（1）四种复合墙休保温体系。从隔热保温性能考虑，示范楼采用了不同的保温体系。其中东西向采用复合外墙构造体系，以混凝土空心小砌块或砂加气砌块为主墙体，90混凝土空心小砌块为外挂墙，中间填充发泡尿素、聚氨醋等高效保温层，构成一种隔热保温性能优异的新型复合外墙构造体系，传热系数分别为0.3、0.34W/（m2・K）。该体系有如下特点：使建筑节能与使用新型墙材相结合，不使用粘土制品；能消除热桥和墙体裂缝及渗水；保护内结构层，延长建筑物使用寿命；隔热保温性能优良，提高建筑热稳定性和改善建筑热舒适性。南北向采用聚苯板外墙外保温体系，传热系数分别为0.39、0.38W（m2・K）。

（2）三种复合型屋面保温体系。示范楼绿化平屋面采用倒置式保温体系，保温层采用耐植物根系腐蚀的XPS板和泡沫玻璃板置于屋面防水层上，再利用屋面绿化技术，形成一种冬季保温、夏季隔热又可增加绿化面积的复合型屋面。

（3）节能门窗。外门窗采用断热铝合金双玻中空LOW一E窗，天窗采用三玻安全LOW一E玻璃，其表层玻璃具有自清洁功能；南向局部外窗采用充氯气中空LOW一E玻璃和阳光控制膜，提高外窗的保温隔热性能。

根据示范楼建筑形式与日照规律，采用户外电动遮阳百叶、水平、垂直铝合金遮阳百叶、电动天顶篷遮阳、曲臂式电动遮阳篷等遮阳形式，提高外窗的保温隔热性能。（1）天窗根据节能与采光要求，外部采用可控制软遮阳技术，达到有效节省空调能耗的作用。（2）南立面根据当地日照规律，采用可调节的水平铝合金百叶外遮阳技术，通过调节百叶角度，即能阻挡多余光线照射，达到节能效果；也能使光线进入室内深处，提高舒适性。（3）西立面考虑到夕晒对室内的影响，根据太阳能入射角度，采用可调节垂直铝合金百叶遮阳技术。

2.3天然采光设计优化及模拟评价技术

采用天然采光模拟技术优化中庭天窗、外墙门窗等采光及遮阳设计，冬季北面房间可透射太阳光，夏季通过有效遮阳避免太阳直射。白天室内纯自然采光区域面积达80%、临界照度100lx，在营造舒适视觉工作环境的同时降低照明能耗30%。

2.4高效、环保、健康新型空调系统

示范楼里研发热泵驱动的热、湿负荷独立控制的高效、环保、健康新型空调系统：通过避免使用有凝结水的盘管，解决目前空调系统中存在的霉菌滋生问题，通过除湿机内盐溶液的喷洒，除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其他有害物，体现生态和环保的理念。

2.5再生能源利用建筑一体化

（1）太阳能光热技术

示范楼设计了斜屋面放置太阳能真空管集热器（150m2）和多晶硅太阳能光电板（5KW），实现太阳能光热光电综合利用与建筑一体化。

（2）太阳能光电技术

在斜屋顶下部选用光电转换效率≥14%的高效率多晶硅太阳能光电板，建立5KW光伏电站并采用并与电网并网。

2.6绿色建材

示范楼中3R材料使用率达60%，采用大量绿色工程材料，如墙体采用再生骨料混凝土空心砌块；基础应用了C20垫层再生混凝土和C30再生混凝土；上部结构混凝土采用了C40大掺量掺合料混凝土，可降低水泥用量60一70%；砌筑、抹灰和地面砂浆采用了再生骨料、粉煤灰等制成的商品砂浆，可减少天然砂用量25%，水泥用量15%。

2.7智能控制

以数据采集、通信、计算、控制等信息技术为手段，运用成套先进智能集成控制系统，包括室内环境综合调控及软件、照明及空调节能监控、安全保障及办公设备控制系统的集成平台和应用软件等，实现大型遮阳百页的转动控制、空调等设备的节能监控，照明采光监控，室内空气质量、温湿度、个性化通风，噪声等室内环境的动态调节，确保生态建筑运行的节能、舒适和高效。

2.8水资源回用

示范楼雨污水ICAST回用处理系统的处理水量为20m3/d，污水源为生态示范楼全部建筑污水、部分幕墙检测中心的实验冲墙污水及雨水。该系统设有雨污水收集、处理和回用等三个子系统，将生态示范楼雨污水收集后，经调节池进入ICAST池生化处理，并由过滤消毒后的出水（其水质达到中水回用标准）用于回用，如用于生态示范楼顶平台浇灌绿化、景观水池用水、冲厕所和清洁道路等。

2.9生态绿化

示范楼在平屋顶屋面上，设计了8处屋顶花园和一个室内中庭绿化，共计400多平方米。屋顶绿化层包括保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、栽培基质层、植物层。

通过屋顶花园、垂直绿化，室内绿化和室外绿化等生态绿化植物群落配置技术，改善住宅的室内气温、形成生物气候缓冲带、净化空气、降低噪音、有效保护屋顶、延长建筑物寿命、减缓风速和调节风向等作用。有效改善建筑微环境、营造视觉舒适的、实现夏季建筑外植物群落降温1-2.5℃，夏季屋顶及垂直绿化降低室内温度1-1.5℃，建筑周围植物群落减弱噪音能力为1-2dB（A）等生态效益指标。

3、结语

示范楼全面展示了生态建筑理念和集成技术体系，为我国生态建筑研究和推广应用提供了示范平台，已作为生态建筑技术产品后续研发实验平台，列入国家“十五”科技攻关重点项目“绿色建筑关键技术研究”，为推动我国生态建筑技术发展提供了技术借鉴。