被动房之家
www.gba.org.cn
 
联系方式
 联系方式
手机电话:18618173826
电子信箱:chtyjy@126.com
办公电话:010-57183865
联系人:周懿

兰州新区中建大厦项目1#办公楼

来源:“建设科技杂志”公众号(JSKJzazhi)作者:彭建明、赵周洋等
文章附图



兰州新区中建大厦项目1#办公楼

寒冷地区净零能耗建筑的实践


项目概况


项目位于甘肃省兰州市,属于寒冷气候区。类型为办公建筑,地上建筑面积 2270.01m²,设计使用人数为 280~350 人,主要设置办公室、阅览室、会议室、多功能厅、设备用房等功能房间。


地下一层地上三层(局部四层),采用框架结构。建筑朝向为正南正北,体形系数 0.31,东向窗墙面积比为0.05,西向窗墙面积比为0.04,北向窗墙面积比为0.34,南向窗墙面积比为0.24。


项目设计目标为净零能耗建筑,预期实现建筑年综合能耗指标:≤66kWh/(m²·a)(包括:供暖、供冷和照明,不包括可再生能源)。建筑本身的光伏板安装面积为 260m²,设计年发电量 6.42 万kWh( 以《近零能耗建筑技术标准》GBT51350-2019 为参考 )。


技术体系


被动式节能技术


(1)高性能围护结构


本项目选用的高性能保温系统如下:外墙、地下室顶板、风井采用 150mm 岩棉保温,屋面采用 120mm 挤塑板保温,周边地面采用 150mm 挤塑聚苯板保温,非采暖与采暖房间隔墙采用 50mm 岩棉保温。各围护结构的传热系数如下表所示。


表1.jpg

围护结构传热系数


外窗采用铝包木130系列内开内倒窗,配进口五金,玻璃采用金晶原片 5low-e+16Ar+5+16Ar+5low-e 全钢化玻璃,low-e 膜为 2、5 面,空气层16mm填充氩气,玻璃间隔条采用超柔性暖边条,可见光透射比为 0.73,太阳的热系数 SHGC 为 0.49。


整窗传热系数为 k≤0.8w/(m²·k);130 系列外平开铝木复合被动门,传热系数为0.9W/(m²·K),气密性为 8 级,水密性为 5 级,抗风压性为 9 级;建筑南向设置可调节内遮阳。外门采用 130 系列外平开铝木复合被动门,传热系数为 0.9W/(m²·k)。门斗选用经 PHI 认证的产品——奥润顺达木索系列 THERM+56,传热系数为 0.85W/(m²·k)。


(2)无热桥设计


2.jpg

外窗与结构墙体连接部位


3.jpg

管道穿外墙部位


(3)气密性节点设计


4.jpg

部分节点构造示意图


在室内外压差 50Pa 的作用下,净零能耗建筑的通风换气次数应小于 0.6h-1。所有穿越气密层的管线洞口均做了防热桥和气密性处理。


(4)自然通风及采光


5.jpg

自然通风换气次数


采暖季通风换气次数取 0.3h-1,过渡季节通风换气次数取 0.5h-1,夏季 8~18时通风换气次数取 5h-1,其余时段取 2h-1。


本项目中,一层侧窗置于 1.2m 左右的高度,二层三层均置于 0.9m 左右的高度。绝大部分外窗尺寸为1800×2000mm 及1800×2100mm,少部分为5000×2000mm,由此较大的采光面积提高室内照度的均匀性。


南向与东西向的采光口采光量大,有直射光,照度不太稳定,北向采光口采光量小,但较为稳定。由于办公楼的朝向为正南正北,大部分窗户的朝向也为正南正北。自然采光结合照明设备,充分满足建筑对光照的需求。


主动式节能技术


(1)照明节能设计


本项目采用低损耗、高效率节能环保型、噪声不超过环保规定的变压器;电梯选用具有节能拖动、节能控制方式的产品,并具备延时自动转为节能运行模式的功能。选用高效 LED 光源;公共走道照明采用自熄控制。0.4kV 配电线路工作压降不大于 5%,一般电力干线的最大工作压降不大于 2%,分支线路的最大工作压降不大于 3%。


(2)高效冷热源系统


本示范工程采用被动式技术措施将冷热负荷降低之后,剩余的冷热负荷由高效冷热源系统提供。


契合兰州干旱半干旱的气候特点,冷源采用高效的蒸发冷却机组;热源采用低温空气源热泵供暖系统为地板辐射采暖系统;设置排风热回收系统;采用浅层地热交换系统作为辅助冷热源。


干空气能间接蒸发冷水机组,充分利用兰州当地气候特点,以干空气能和水蒸发制冷。机组COP可达11.5,系统COP可达 6.25,具有绿色环保、健康安全、节能显著、管理简便和投资经济等优点。


6.jpg

间接蒸发冷水机组原理图


新风经30m地道预热或预冷之后进入位于机房的新风机组,在新风机组内再和排风进行热交换,热交换机组显热回收效率 75%。


由于使用地道对新风预冷预热,新风进入热回收机组之前与地道壁进行换热。通过TRNSYS 软件模拟,根据兰州地区气象历史数据,计算得出地道风与地道壁换热后热负荷可降低 10.9%,冷负荷可降低 36.8%。


地道风采集口在地面 1.5m 以上的位置,且地道入口处设置粗效过滤器,在风道内保持清洁的情况下,对进入室内的新风品质不会产生负面影响。

7.jpg

室外地道风埋管布置图


可再生能源系统


兰州新区中建大厦利用楼屋顶安装光伏支架组件,并网逆变器,底层耳房强化屋顶安装集装箱储能电池及逆变系统。光伏发电系统在白天峰值电价时为负载供电,剩余电量储存在蓄电池中。


储能作用是在市电停电时建立电网使光伏正常并网发电,给本地负荷供电,正常情况下并网(充放电)运行,电网与微网能够实现切换。光伏发电系统采用 375W 单晶组件,安装在楼顶,平铺安装光伏支架光伏板。屋面设置 260太阳能光伏发电系统,年均发电量约为 6.42 万度,实现建筑的产能要求与目的。


8.jpg

屋顶组件布置图



实施效果


建筑全年负荷分析


本示范项目中采用 DeST 软件对兰州新区中建大厦全年能耗进行了模拟计算。全年单位面积总冷负荷(空调冷负荷和新风冷负荷)为9.795kWh/m²·a,全年单位面积总热负荷(采暖热负荷和新风热负荷)为 45.365kWh/m²·a。新风负荷符合国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736 规定:办公用房、会议室、多功能厅、展示厅及阅览室的新风量设为 30m³/h·人。


9.jpg

全年逐时冷热负荷


建筑全年能耗分析


全年单位面积供暖能耗为17.167kWh/m²·a,其中新风加热能耗为 5.999kWh/m²·a,基础采暖能耗为11.168kWh/m²·a。由于公用建筑对新风的较大需求,供暖能耗中新风加热能耗仍然占据相当大的部分,占供暖能耗的34.94%。


空调能耗为2.144kWh/m²·a,其中新风制冷能耗为1.248 kWh/m²·a,而基础制冷能耗为0.896kWh/m²·a。在兰州地区,供暖能耗远远大于空调能耗,这和兰州地区的全年温湿度分布是一致的。


10.jpg

单位面积全年逐时供暖及空调能耗


表2.jpg

基准建筑和设计建筑全年单位面积总能耗


兰州新区中建大厦能耗指标建筑本体节能率为35.32%,建筑可用屋顶面积铺设太阳能光伏时,可实现年发电量6.42万 kWh,可以实现净零能耗目标。