超低能耗大型商业综合体—宝坻吾悦广场设计实践

超低能耗大型商业综合体—宝坻吾悦广场设计实践

韩海侠

江苏筑森建筑设计有限公司  江苏常州  213001

摘要：商业建筑的能耗与碳排放问题已经成为全球关注的焦点。发展超低能耗建筑是我国建筑行业发展的必然趋势。为了实现超低能耗商业综合体，我们需要从主、被动两大措施进行减碳设计，被动式措施主要包括前期方案的建筑布局，采光通风，后期施工图的高性能维护结构，气密性设计等。主动式措施包括空调能耗解决方案，照明节能、可再生能源利用等。

关键词：超低能耗建筑、节能、体型系数、可再生能源

一、什么是超低能耗建筑

超低能耗建筑是指在围护结构、能源和设备系统、智能控制、可再生能源利用等方面综合选用各项节能技术，能耗水平远低于常规建筑的建筑物，是一种使用可再生能源的建筑物。超低能耗建筑国内规范主要依据《近零能耗建筑技术标准》，核心标准是建筑综合节能率≥50%，且建筑本体节能率≥25%。

二、项目实践

1、项目概况

宝坻吾悦广场位于天津市宝坻区，与城区联系紧密，交通便捷。地块占地面积约4万平米，总建筑面积13.6万平米，属于寒冷地区大型商业综合体。宝坻吾悦广场秉承“绿色开发，低碳运维，可持续生长”的发展理念，结合商业建筑的特殊性，通过建筑、机电、可再生能源一体化设计，探索寒冷地区大型商场建筑超低能耗建筑技术路径，引领行业绿色低碳发展。

寒冷地区商业建筑具有不同于其他类型建筑的用能特点，例如：幕墙冬季太阳得热和夏季遮阳的权衡设计；主要出入口多，无组织渗风严重；内热外冷负荷大，空调能耗高；新风需求大，新风热负荷占比很高；空间照明需求大，照明能耗占比高；楼层低，可再生能源利用面积大等特点。

2、项目目标

项目聚焦建筑需求侧和用能侧，从建筑本体节能设计、能源能效提升、可再生能源利用等方面，充分挖掘建筑节能潜力和产能潜力，实现超低能耗商业建筑。

（一）被动式实施路径--需求侧节能—建筑本体节能

从建筑本体源头考虑，减少对能源的消耗。主要通过规划布局设计优化，维护结构性能提升，风、光环境的设计优化几方面实现本体节能率的提升，达到超低能耗建筑的指标要求。

1、规划布局设计优化-项目朝向比选：

在项目设计之初，对建筑朝向通过软件分析比选，通过多轮优化和计算比选，和基准建筑能耗模拟比对，选择能耗最低的南北朝向。本项目朝向接近南北向，且主要房间避开冬季主导风向。

2、维护结构性能提升

以全年累计围护结构冷热负荷最低为目标，同时考虑经济性，利用模拟计算工具，对屋面、外墙、幕墙的热工性能进行单因素多工况负荷对比分析；本项目通过改善各项热工参数，与基准建筑相比围护结构冷负荷需求降低了40.8%，围护结构热负荷需求降低了40.2%，其中外窗传热系数和综合太阳得热系数SHGC影响明显。通过围护结构方案迭代寻优，确定围护结构热工方案，围护结构冷热负荷相比基准建筑均下降40%以上。

1）热桥节点优化：项目加强节点处断热桥设计，关键节点保证保温层连续。基层墙体与转接件之间采取断热桥措施；幕墙转接件之间采取断热桥措施；缝隙采用发泡胶填塞；固定保温材料锚栓采用被动房专用断热桥塑料锚栓。

2）气密性优化：本项目采取多种降低建筑渗风负荷措施：第一，门窗气密性等级不低于8级，幕墙气密性等级不低于4级；第二，所有主要出入口及室外商铺均设置门斗，主要出入口设置吊挂式风幕机，风幕机纳入BA控制，实现远程启停。进行气密性专项设计后，建筑冷热负荷降低6.3%。

3）窗墙比优化：传统商业建筑为追求醒目的立面造型，体形系数、窗墙比较大。本项目建筑设计采用简洁的造型，体形系数0.08。通过采取LED屏、幕墙后衬实体墙，降低东、西、北三个朝向窗墙比，在满足商业需求的对外展示面以外，最大限度采用实体墙，最有利于本体节能率提高。

3、风环境设计优化

1）合理平面优化：通过合理的房间平面布局方式，达到降低围护结构负荷、完善气流组织的作用，实现被动节能。

2）自然通风优化：通过采光顶天窗的启闭状态，调节室内自然通风，改善室内热环境。过渡季节中庭屋顶侧窗打开，自然风带着热量通过中庭屋顶侧窗排出，夜间将建筑内部冷却，降低室内温度；冬季阳光透过玻璃进入室内，中庭屋顶侧窗关闭，使中庭形成一个“暖房”。

4、光环境设计优化

1）照明能耗优化：建筑采光照度达标小时数达到4h/d的房间面积整体达到45%以上，公区达到100%，配合照明日光感应控制，可极大降低照明能耗。

2）增加导光筒自然采光：为室内提供自然光，同时降低照明和空调能耗。项目于6层卫生间和7层商管用房设置导光筒，进一步降低照明能耗。

（二）主动式实施路径--用能测能效提升—高效能源利用

除了建筑本体源头节能减碳外，通过新的技术设备和对既有技术方案的提升改造，进一步降低整个商业综合体的能耗水平，主要通过以下途径。

1、高效机房设计

本项目制冷机房全年平均能效比为5.4，达到国内标准中规定的一级能效水平，通过运行策略优化、输配系统优化以及精密控制等技术措施，实现制冷机房的高效运行。

1）空调系统集成设计

冷源综合互补：充分发挥不同冷源的技术特点集成设计，实现系统全年稳定运行在高效区间。

供热系统创新：项目供热量全部由空气源热泵提供，可再生能源供热量达到100%。

供水效率提升：通过优化水系统方案和设备选型优化，节省水泵的输送能耗>25%。   

系统智能控制：以冷机能效特性为核心，加智能AI控制，解决多能互补的综合能源系统能效耦合问题，实现冷却水泵、冷却塔风机、不同工况之间的切换。通过高效机房群控设计，实现优化控制、智慧决策。

空调系统创新：通过空调系统方案的创新选型和设备选型的优化，暖通空调能耗降低比例达到20.7%。

余热回收系统：新风系统采用全热回收机组，全热效率≥70%。

2）智能照明

合理利用自然采光、选用LED灯具、智能控制系统；相对于传统照明方式，高效照明设计照明能耗降低52.2%。不同场景控制模式采用分区控制+时间表控制+日光感应控制。

3）节能电梯

直梯选用A级节能电梯，结合节能措施比传统C级电梯节能57%。节能电梯措施包括：能量回馈、智能群控、变频电梯。节能扶梯措施：变频感应启动。通过节能电梯设计，电梯能耗降低17.9%。

4）光伏发电

项目探索多种光伏发电系统类型，通过充分利用建筑表面和立面空间，采用自发自用余电上网模式，可再生能源发电量12.7kWh/m²，使建筑综合能耗降低17.3%。发电电力优先供商场使用，多余光伏电力由电网回购。

5）智慧运维

项目运用基于统一标准的信息平台，以多种类智能化信息集成方式，实现信息共享、协同运行，最终实现新城宝坻吾悦广场的节人、节能运营及管理目标。能源管理系统具有监测能耗数据、异常报警、能耗统计记录、数据分析和节能诊断等功能，为专业人员分析建筑节能运行改进建议提供参考。

三、项目总结

通过以上主、被动两大措施的低碳设计，建筑本体节能率45.1%，综合节能率54.6%，可再生能源利用率69.0%。建筑被动式节能设计占比25.0%，高效能源利用占比57.7%，可再生能源占17.2%。达到国家标准《近零能耗建筑技术标准》超低能耗建筑的指标要求，展示了超低能耗建筑技术的可行性，不仅为大型商业综合体建筑的绿色节能低碳发展提供了工程示范，还为寒冷地区商业类超低能耗建筑设计提供了宝贵的经验和模板，为实现碳达峰和碳中和目标提供了成功的案例。对于后续的大型商业综合体超低能耗建筑设计具有开创性的指导意义。

参考文献

[1]《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019

[2]陈光.浅谈被动式低能耗建筑设计的基础及其应用[J].城市建设理论研究,2021

[3]段达.被动式超低能耗建筑设计基础探究[J].低碳世界,2020

[4] 韩静.被动式超低能耗建筑设计与应用研究[J].工程建设与设计,2019