天津市建筑设计院科技档案楼

工程概况

科技档案楼项目规划用地面积1263m2,建筑基底面积809.49m2,总建筑面积4585m2,地上6层,建筑总高度23.85m.其中：首层为展厅及科技档案库,2层绿色建筑机电技术研发中心,3～6层均为机电设计办公室.

本项目在设计的全过程中坚持绿色建筑设计理念的基本原则,充分考虑建筑的能源,植物、水环境、风环境、光环境、声环境等方面的有效利用,不仅做好建筑护保温结构的保温措施,还严格控制建筑体型系数和窗墙比.既处理好屋顶绿化及垂直绿化与建筑的关系,又选用了高效能的机电设备,采用了太阳能热水系统及光伏发电系统,还采用地源热泵供冷供热等诸多生态技术及设备,体现了节能减排的设计思想.

1　融合绿色技术展示和研发功能的科技档案楼

建筑结合绿色展示和数据研发,一方面使参观者在体验科技之旅的同时感受多样化.多层次的绿色建筑技术,接受绿色环保理念教育,实现建筑本体作为展示的最大展品.另一方面,注重生态技术在建筑的实际运行效果,在建筑的室内外设置了监控围护结构传热效果的传感器,室内温湿度传感器,CO2传感器,同时在太阳能热水,光伏发电、地源热泵等系统设置数据采集设备等.通过软件的编辑,使得展示系统也能对建筑系统运行进行全面的检测,实现实时监控,定期采集数据的原则建立数据库,为设计院对绿色生态技术的研发提供最真实可靠的依据.

2　舒适健康的办公环境

毛细管网末端辐射系统与溶液除湿新风机组系统形式类似人体血液循环系统和呼吸系统.毛细管就是毛细血管,供水干管就是动脉,回水干管就是静脉,机组就是心脏,载体介质就是血液,智能化的温控装置就是神经中枢和大脑,新风系统就是呼吸系统.通过毛细管网和溶液除湿新风机组为我们创造了一个“无风感无噪音、健康卫生、节能高效、安静舒适”的办公环境,打造真正的生态建筑！

3　可再生能源利用的节能示范建筑

充分利用地理、气候优势,采用地源热泵与毛细管辐射吊顶空调系统,设置太阳能热水以及太阳能光伏发电系统为建筑增加特色.

科技档案楼定位为绿色建筑典范,从建筑实际“节能减排”效果和示范意义上考虑,严格按照我国绿色建筑等级“二星级”为设计目标,全力打造天津市第一个绿色建筑项目.并且在设计阶段已于2009年10月获得了建设部审查通过的国家绿色建筑两星级标准,下面阐述绿色建筑的特征.

节地与室外环境

1　基地选址

本项目位于天津市建筑设计院院内,四周情况为东侧为设计院职工家属楼后院,南侧为建筑设计院与华北市政设计院围墙,西侧为4层办公楼,北侧为天津市建筑设计院2层的文体中心.场地性质为科研设计用地,并不破坏当地文物,自然水系,湿地、基本农田,森林和其他保护区：建筑位于百年洪水线上,防汛能力能够达到《防洪标准》GB50201―94的规定要求；建筑位于天津市市区,不存在泥石流、滑坡等自然灾害的威胁.

由于场地先天狭小的不利因素,在对场地进行分析和权衡后,为最大限度地调和与周边建筑的空间关系,选择了将新建筑与原有文体中心贴建的设计方案,与其相互影响不如合而为一,将至少带来三大好处.首先,新老建筑整合为一体,建筑内外空间更易达到和谐统一.其次,贴建使得新建筑北移,让出更多的室外可用地面积,更符合绿色建筑要求的“节地”原则.再次,北移为建筑争取了更多的日照.

2　室外环境

室外噪声环境：天津市建筑设计院科技档案楼的《建设项目环境影响报告表》,项目建设区域环境噪声监测结果统计,昼间环境噪声等效声级平均值为54.7dB(A),低于《城市区域环境噪声标准》(GB3096―93中的1类标准(昼间55dB(A1)要求.该项目为于天津市建筑设计院院内,属性为办公建筑,因此不考虑夜间环境噪声对建筑的影响.

室外风环境：以《中国建筑热环境分析专用气象数据集》天津气象参数的统计结果为依据,进行模拟分析：科技档案楼项目周边人行区域夏季风速约为1.2m／s；冬季风速约为1.2m／s(SW风)、1.5m／s(E风),过渡季节风速约为1.2m／s,上述参数均小于5m／s,满足人的舒适要求.

3　对周边环境的影响

根据场地现有状况,对周边环境所能造成的影响主要有以下两方面：

一方面是新建筑对北侧住宅楼的日照遮挡,借助日照模拟分析及对建筑形体进行控制,使得原有住宅楼的日照仍能满足《民用建筑设计通则》及《城市居住区规划设计规范》的规定(天津地区每套住宅至少应有一个居住空间获得大寒日不小于2小时).

另一方面新建筑所产生的光污染主要为建筑的南、西两侧,南向为规划院办公楼,西侧为原设计院4层办公楼.在光污染的处理上,一方面在立面上避免设计大面积的幕墙,另一面选用低反射率Low-E玻璃,最大化地控制对周边环境产生的光污染.

4　合理采用屋顶绿化、垂直绿化

本项目采用屋面绿化、室外绿化及垂直绿化相结合的综合绿化设计方案.屋面为科技档案馆6层,总面积为702m2,水箱问,太阳能集热板及光伏发电板占用面积94m2,屋顶绿化面积为568m2,占屋顶可绿化总面积的比例为80.9％.屋顶绿化全部采用佛甲草,其特点为易存活,基本免维护,仅在屋顶水箱间内预留中水管,在旱季作为补充浇灌水源.另外,利用建筑首层东,西、南三个方向的花坛作为基槽,种植爬墙植物.

本项目景观设计采用复层绿化,优化乔、灌木的种植位置及灵活搭配,选择乡土植物作为主要绿化物种,适当种植宿根花卉及草坪.由于绿化范围小,建筑周边也种植灌木,花卉及草坪以增加层次.

节能与能源利用

1　围护结构节能

外墙在围护结构的选用上,我们采用的是砂加气砌块保温墙体系,局部采用外墙外保温体系.砂加气砌块保温墙这种新材料不仅具有传统墙体材料的基本功能,更具有节能,轻质、防火、隔音、环保.施工便捷、节省投资等诸多优点.科技档案楼的外墙的形式主要为200～350mm厚砂加气砌块保温墙,局部贴50mm厚挤塑保温板和窗口部位30mm厚胶粉聚苯保温浆料.整个建筑外墙的平均传热系数仅为0.39W／(m2K),远远低于现行节能标准的0.6W／(m2K).

外窗较小的窗墙比有利于冬季节能,而通透的表皮则利于夏季自然风的流通以及自然光的采集.如何解决这一矛盾,成为方案设计中必须考虑的要素.根据天津地区的全年主导风向及冬夏两季的主导风向,在不同朝向的外墙形成不同的窗墙比系数(南向：0.32、东向：0.25、西向：0.29、北向：0.11),均衡了各个考量因素,实现了建筑功能、建筑立面与建筑节能的兼得.外窗的材料为PA断桥铝合金LOW-E中空玻璃,平均传热系数达到了2.0W／(m2K).

外遮阳：外遮阳对于减少太阳辐射热进入室内,降低空调负荷具有巨大的作用.因此在建筑的东向设置了固定外遮阳百叶.在建筑的西向采用了机翼型电动智能外遮阳百叶,可根据太阳入射角度的变化,自动进行调节.

屋顶：屋面选用80mm厚的挤塑聚苯板,在建筑完成面上做150mm厚的佛甲草种植屋面,屋面仅建筑本身的传热系数就达到了0.42W／(m2K),远远低于现行节能标准的0.55W／(m2K).

2　可再生能源的利用

太阳能热水：根据本项目用水特点,生活热水太阳能热水系统采用强制循环直接加热方式,屋顶设太阳能集热板,集热器采用金属――玻璃真空管型,屋顶水箱间内设热水箱及太阳能循环泵,太阳能系统设置温度传感器,冷水首先进入水箱,经循环泵进入太阳能集热器,强制循环,达到设定温度后,停止循环,并同时供应用水点热水,水箱内设电辅助加热设备,生活热水供应范围为每层卫生间内的洗手盆.每天用热水量为1440L,因此,热水箱容积采用1.5m3,满足每日热水用量(表1).

太阳能光伏发电：天津地区太阳能条件为资源较富区,等级为1,年日照时数为3000-3200h,水平面上年太阳辐照量5400～6700MJ／m2a,太阳能保证率50％～60％,因此极为适合利用太阳能.本工程设置一个3kWp的太阳能光伏并网发电系统(表2).

因方阵建设位置受到其右前方高层建筑的影响,在下午时有阴影的遮挡,经我方计算后发电量的系数应为75％,即整个系统的年发电量

3699.6×75％等于2774.7KWh

太阳能光伏并网发电系统的环保效果统计：根据一个3kWp的太阳能光伏并网发电系统的年发电量,如果这些电是用火力发电产生的,则相应地由太阳能发电后,可以减少CO2的排放量约为2.25t、S02的排放量约为0.023t、氮氧化物的排放量约为0.015t.所排放的这些气体如果用森林在一年内来吸收,则需要4.5ha(1ha等于100m×100m)面积的森林,即相当于我们一年种植了这么大面积的森林.一个3kWp的太阳能光伏并网发电系统的年发电量,如果改用燃油来获得,则相当于得消耗674升的燃油.

地源热泵系统地源热泵主要负担房间夏季的显热负荷及冬季围护结构的热负荷.根据计算夏季显热负荷为227KW,冷负荷指标为51W／m2,冬季热负荷为104KW,热负荷指标为24W／m2.同时本楼兼顾实验测试所用,需在4层新风机房预留冷热负荷约为60KW冷热水管.

经综合考虑,选用两台模块式地源热泵机组(MWH030CB)(单台制冷量为122KW,制热量为101KW)和一台蒸发式冷凝制冷机组(制冷量为91KW)作为冷热源.这样配置,既能满足功能和预留的需要,又可解决单纯使用地源热泵机组,地源侧会出现的冬夏季吸收排放热量不均衡的问题.

地源热泵采用垂直埋管系统,系统设计为32组换热井,三组测温井,每组换热井有效换热深度120m,井间距5.0m,采用AU形式同程设计,选用HDPE作为管材.

能耗独立分项计量：本项目所有低压柜的馈电回路均设电力仪表,由电力监控系统监视各种电气参数和状态量,减少故障风险,促进节能降费.通过配电系统的监控管理工程,可以实现对照明、冷热源、电梯等用电能耗进行分项计量.

节水与水资源利用

1.透水地面

根据建筑设计及景观设计方案,室外地面主要分为三部分：一部分是建筑首层的花坛,花坛采用下凹式种植土,低于主路面,路面雨水可直接流入花坛内.其次是在停车车位上采用高透草率的高聚化合物植草格.最后,整个室外的铺地全部采用的是透水砖.

2　非传统水源利用

根据项目占地面积小,可回收利用的污废水量少的特点,如单独设置中水处理系统来回收利用,则投资大、很不经济.考虑项目所在的气象台路附近有中水处理厂,可以方便地从其引用市政中水,且天津市建委明确规定,建筑室内冲厕及室外绿化用水必须采用中水,为此,项目由气象台路引入一根DN150市政中水管,供建筑的冲厕,庭院绿化用水及洗车之用.

3　雨水的收集与利用

对于非传统水源的雨水利用因降雨量小,可回收雨水量少,因此本项目设计收集屋面雨水,对建筑的屋面雨水进行有组织的收集,有组织的排入附近绿地.通过管网末端的渗井排入地下,可灌溉绿地及补充地下水,从而节约绿化用水,达到节水的目的.

4　高效的灌溉方式

本项目绿化用水采用滴灌的方式,由中水管道引入供水,在绿地内设置阀门井,沿绿地敷设滴灌管,通过滴灌浇洒绿地,即可达到节水的目的,又可避免中水在空气的弥散.

5　节水器具

选用节水型卫生洁具及配件,所有器具满足《节水型生活用水器具》CJl64及《节水型产品技术条件与管理通则》GB／T18870的要求.

卫生间蹲便器采用脚踏式冲洗阀,一次冲洗水量为6L,比传统冲洗阀节水50％.卫生间采用感应式龙头洗手盆,一次出水量不大于0.15L／S,节水30％.小便器采用无水型小便器,比传统小便器节水100％.卫生洁具给水及排水的五金配件采用与卫生洁具配套的节水型产品.

节材与材料资源的利用

本项目从节约能源和环境保护的要求出发,在保证安全、耐久、经济的前提下,选用资源消耗和对环境影响小的建筑材料.墙体全部采用砂加气砌块,所选用的砂加气砌块积极响应国家提出的合理利用再生资源,其生产的砂加气砌块的主要材料为硅矿尾矿砂,硅尾矿砂为生产平板玻璃原料提取过程中产生的废弃物.利用硅尾矿砂元素含量较高的特点,变废为宝,成功地进行了掺加再生产,大大提高了产品的强度,使产品质量达到并超过了国家标准的要求.硅矿尾矿砂用量占整个砂加气原材料用量的30％以上.

本项目装修工程包括内装修,外装修.室内装修设计做到和土建设计,机电设备设计,施工同步且匹配,做到不破坏和拆除已有的建筑构件及设施.办公区域主要为办公室,设计室、会议室等.其中,设计室为开敞式设计办公室,适宜结合室内装修设计设置能够重复利用的灵活隔断,有利于节约建材.

现浇混凝土采用预拌混凝土,能够减少施工现场噪声和粉尘污染,并节约能源、资源,减少材料损耗.主体结构原采用钢筋混凝土框架结构,后优化设计,在结构设计中增加了消能减震设计,即在两个方向增加了消能支撑,以此来消耗地震能量,最大限度地减少材料用量,最终达到减小资源消耗的目的.

室内环境质量

1　室内噪声环境

本项目建筑布局动静分开.制冷机房噪音较大布置在首层,和档案库(库房,基本无人)相邻,制冷机房顶棚做吸音无机纤维喷涂20mm厚.位于4、5层的新风房机房,机房门为防火隔音门,与相邻房间的隔墙做吸音无机纤维喷涂20mm厚.通过模拟分析,结果如下：

昼问,科技档案楼1层室内噪声为27～33dB(A)水平,2层室内噪声为27-36dB(A)水平,3-4层室内噪声为26～32dB(A),建筑整体噪声水平在36dB(A)水平以下.

夜间,科技档案楼1层室内噪声为21～31dB(A)水平,2层室内噪声为24-35dB(A)水平,3～4层室内噪声为23～32dB(A),建筑整体噪声水平在35dB(A)水平以下.

模拟结果表明,科技档案楼室内外噪声环境在周围外部区域噪声影响下,可以满足现行国家标准《声环境质量标准》GB3096,2008中1类区限值要求室内噪声昼间小于45dBA,夜间小于35dBA.

2　室内自然采光

科技档案楼为科研办公类建筑,主要功能区域为档案库、办公室、会议室、设计室等,因此本项目主要考虑在除档案库外的其他主要功能空间来实现自然采光.《天津市建筑设计院科技档案楼项目室内自然采光模拟分析报告》中显示,天津市建筑设计院科技档案楼室内自然采光水平较好,整楼90％以上的主要功能空间采光系数达到《建筑采光设计标准》BG50033的规定.同时在六层的卫生间前室处采用了光导管技术,以改菩采光效果相对较差区域的自然采光.

3　室内空气质量监控系统

为使室内维持一个良好的空气品质与环境,预防和控制室内空气污染,科技档案楼室内设置了空气质量监测系统.监测系统主要监测数据参数为：温度、湿度、二氧化碳浓度等有关的参数,对应的在典型办公区域,设计室等区域安装温度、湿度传感器、C02浓度传感器,根据上述参数监测及分析,调整自然通风,空调状况等多种室内运行实际环境工况运行模式.

4　采用调节方便.可提高人员舒适性的空调末端

风机盘管设置冷热转换功能的温控器,设置风机三速开关和水管电动二通阀,每个回水支管均设有电动二通阀.当房间相应区域温度达到设定温度时,电动阀关闭,切断供水；当房间相应区域温度偏离设定温度时电动阀打开,恢复供水.风机盘管设置温度控制的同时,设置三速开关,调节风量,达到节能及舒适的目的.

毛细管辐射系统设置冷热转换功能的温控器,采用每个房间独立温湿度控制方式,每个房间配备一套温度控制器,露点探测器,二通电磁阀及相应的控制元件等.温度控制器安装于每个房间室内的墙壁上,集温度传感器和温度控制功能于一体.控制器具有开,关、温度设定、冬夏切换等功能.当温度控制器开关处于开的状态时,温度控制功能有效,水开始在毛细管内循环流动,空调系统开始工作.二通电磁阀根据室内负荷变化和温度控制器的房间温度设定值,自动进行打开和关断调节.当温度控制器开关处于关的状态时,室内二通电磁阀关闭,毛细管中水流停止,空调系统停止工作.各房间满足分室控温的要求.达到节能及舒适的目的.

运营管理

针对科技档案楼的独特性,制定节能、节水、节材和绿化管理制度,包括建筑运营,工作人员管理,日常管理的详细记录.物业管理公司对垃圾和废弃物进行分类收集和处理,避免二次污染.对于建筑装修、维护过程中出现的渣土、散落的砂浆和混凝土、剔凿产生的砖石和混凝土碎块等统一收集后外运.对于金属、橡胶、装饰装修产生的废料、各种包装材料、废旧纸张等,进行回收后供给专业废弃物再利用公司.根据建筑垃圾的来源,可否回用性质、处理难易度等进行分类,将其中可再利用或可再生的材料进行有效回收处理,重新用于生产.

要求选择通过lS014001环境管理体系认证的物业公司,同时物业管理应具有完善的管理措施,定期进行物业管理人员培训.同时采用合同能源管理、绩效考核等方式,使得物业的经济效益与建筑用能效率、耗水量等情况直接挂钩.

绿色建筑设计与实践在天津市尚属起步阶段,我院作为天津地方主力设计院,有责任也有义务为天津的绿色建筑实践做出贡献,通过绿色建筑设计实践与运营管理过程中积累和跟踪科研数据,使绿色建筑科研成果更完善,更具有实用意义,推动我市绿色建筑实践迈上新台阶.