浅析绿色综合能源站设计——以天津北辰核心区1号综合能源站为例.pdf
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浅析绿色综合能源站设计——以天津北辰核心区1号综合能源站为例.pdf
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构建新时期绿色建筑设计创新体系示范项目浅析绿色综合能源站设计*以天津北辰核心区1号综合能源站为例AnalysisontheDesignofGreenComprehensiveEnergyStation:
TakingTianjinBeichenCoreAreaComprehensiveEnergyStation1asanExample程轩董妍博常钟隽CHENUXuan,DONGYanbo.CHANG/honjun中国建筑科学研究院有限公司中图分类号:
TU27;TU201.5文献标识码:
A摘獎以天津北辰核心区I号综合能源站为例,从能源系统规划、建筑单体设计、智能能源平台管理等方面阐述绿色综合能源站的设计方案利用可再生能源,巧妙设计自然通风和自然采光,融合海绵城市和节能设计等绿色建筑概念,实现绿色工业建筑二星级的设计标准,总结绿色工业建筑的设计措施和设计方法:
关键i1能源站;绿色工业建筑;设计手法AbstractThispapertakesNo.lComprehensiveEnergyStationinBeichencoreareaofTianjinasanexample,thispaperexpoundsthedesignschemeofthegreencomprehensiveenergystationfromtheaspectsofenergysystemplanning,buildingmonomerdesignandintelligentenergyplatformmanagement.Theprojecthasachievedthegoaloftwo-stardesignstandardofgreenindustrialbuildingsthroughtheuseofrenewableenergy,theingeniousdesignofnaturalventilationandnaturallighting,theintegrationofspongecityandotherconcepts,energy-savingdesignandothergreenbuildingdesignmeasures,thenthedesignmethodofgreenbuildingsaresummarized.Keywordsenergystation:
greenindustrialbuilding;designmethod我国城市的集中供热正处于设备更新、技术改革的关键时期,新技术与新能源的应用、绿色环保的设计理念以及智慧化的管理模式是供热发展的趋势,综合区域能源规划、绿色设计、智慧运维的新一代能源站已逐渐成为建筑设计领域的时代要求。
天津北辰核心区1号综合能源站在项目设计之初定位为绿色工业建筑二星级,在设计过程中注重绿色建筑技术的应用,因此在能源系统规划、场地布置、建筑立面设计、建筑材料选择和后期运维方面都严格遵循绿色节能环保原则,以达到绿色建筑设计目标。
下面以项目为例深入介绍绿色综合能源站的建筑设计方法。
1以综合能源系统利用为导向的总体规划北辰核心区1号能源站位于天津市北辰区,建设用地4972m2,供热范围北至北辰道,南至龙门东道,西至潞江东路,东至外环线。
建筑面积201.91万m2,其中公共建筑面积106.38万m2,住宅建筑面积95.53万m2。
冬季,1号能源站为201.91万m2的建筑提供集中采暖服务;夏季,1号能源站为46.63万m2建筑提供集中供冷服务。
项目供冷供热范围大,建设用地紧张,需要采用高效的能源利用形式,最大限度地保证供能需求。
1.1建筑能源系统规划在能源系统规划方面,结合周边能源规划及建设条件,选定燃气冷热电三联供+冰蓄冷系统+燃气锅炉+冷水机组的系统组合形式(图1)。
在充分调研北辰区环境资源的基础上,按照国家及天津市能源有关政策、招标文件的要求,结合各初始能源的特点扬长避短,设计混合能源融合增效系统,提高能源利用率,缓解电力能源紧张,以达到节约资源的目的。
1.2建筑总体布局规划在建筑总体布局规划方面,将低碳、环保、科普教育和展览展示等功能纳入整个用地,设置乔、灌、草复层绿化和局部镜面水体,调节室外空间微气候的同时提高室外风环境及热环境舒适度(图2)。
选择浅色及可见光反射比小的金属幕墙,减少热岛效应,处理好工业建筑与周边民用建筑之间的关系,实现绿色工业建筑低影响开发的目标。
2以绿色建筑设计为理念的单体设计方案不同于常规的能源站类建筑设计,本项目位于北辰核心区,秉承绿色工业建筑设计理念,在“去工业化”的总体原则下,以工艺要求为基础,注重建筑形体和周边环境的有机结合。
项目在平面布置、立面造型、材料选择等方面均按照绿色工业建筑评价标准中节地、节能、节水、节材、环保的要求执行,在有限的用地范围内,进行空间的高效布置,地下1层,地上5层,各功能纵向串联。
地下层与首层部分连通,功能为水泵及板换间、发电机间、储能罐间;首层功能为门厅及收费大厅;二层功能为走道、工具间、管理用房、管道间;三层58AT2020/07AT2020/07业主:
天津辰恒供热有限公司建设地点建筑设计总建筑面积:
11000m2天津市北辰区中国建筑科学研究院有限公司项目负责人:
丁磊设计团队:
程轩、蠆妍博、吴春玲、付强、张金宝、李颜颐、刘芳、冷娟项目状态设计时间建成时间在建2018.6-2018.122020.9(预计)0y;h:
功能为制冷机间、风机间、水处理间、工具间、管理用房、卫生间;四层功能为管道间;五层功能为锅炉房、变配电室、工具间、电气设备间。
项目最终建筑面积11000m2,建筑密度46.26%,容积率2.07。
在设计阶段充分考虑场地情况,对室外场地进行绿色规划布局,对室内环境进行绿色节能设计。
在实际进行绿色建筑设计中,遵循绿色建筑理念,结合当地气候合理利用风能、光能等绿色能源,在保证建筑功能的同时节约能源。
2.1双层围护结构项目位于非工业区,周边为住宅和商业用地,除了满足工艺技术的要求以外,设计从建筑本身出发,力求绿色环保、去工业化,与周边建筑和谐融洽(图3)。
建筑的墙体并不是单单一层而是分为两层,夕卜层幕墙作为建筑的整体装饰构件,而内层围护墙体则起到防风、遮雨、保温的作用,并且在内外墙之间有将近2m的间隔,既能保护围护结构墙体也能隔热保温,使建筑产生冬暖夏凉的效果。
外层幕墙充分考虑建筑与周围环境的关系,以水的波动及白蓝两种基本颜色寓意水这一能源站运行的基本载体。
考虑到幕墙对建筑主体带来的采光影响,幕墙系统由若干六边形铝单板拼接而成,以边长为1m的正六边形为基础模块,其他六个模块由基础模块演变而来。
基础模块为白色整体铝单板,其他模块均为白色铝单板内嵌蓝色穿孔铝板(图4)。
2.2室内风环境的营造通过对建筑设计与气候的研究可以发现,建筑对气候的适应性已经成为绿色建筑的主要特点。
本项目在方案设计之初就采用模拟手段,对项目通风进行有效模拟,确定最优的建筑布局,保证办公区域的自然通风。
以含有展示区的三层为例(图5),左侧为办公管理用房、展示区、休息厅、走廊等空间,其他部分为设备空间,功能空间能进行有效自然通风,换气次数在2次/h以上(表1)。
表1三层室内换气次数情况统计表1项目能源系统图2总平面图3透视图4幕墙节点5三层1.2m高度平面风速矢量图房间编号房间名称房间体积(m3)房间面积(m2)通风量(nf/h)换气次数(次/h)1走廊、大厅444.4556.260.786.353普通办公221.0427.980.396.366展示区170.7221.610.428.967休息厅181.7023.000.234.6412走廊、大厅727.3592.071.467.21判断三层的主要功能房间换气次数均能达到2次/h,能有效自然通风;f4II000#糞鼷鑛8|署|僉|蠄0BAT2020/072020/07596S表2各层采光情况汇总表楼层房间面积(m2)达标面积(rrf)达标面积比例(%)1层2147.942097.1497.602层2127.731607.8375.573层2117.261912.0190.314层1989.571977.1799.37汇总8382.507594.1590.596首居采光系数分布图7绿色技术体系汇总示意图8智慧供热平台经过模拟,项目在过渡季工况下,各层的管理用房、设备房等可以形成有效的自然通风,换气次数均在2次/h以上,满足绿色工业建筑评价标准(GB/T50878-2013)第5.2.3条对自然通风设计的要求。
2.3室内光环境的营造本项目在设计阶段采用PKPM-Daylight软件进行建模和室内采光计算,分析室内主要功能空间的采光效果。
通过模拟优化空间布局,使人员长期停留的地方能充分利用自然光,达到既舒适又节约源的目的。
以首层为例,其采光系数分布如图6所示。
从模拟结果可知,本项目的功能房间能满足绿色工业建筑评价标准(GB/T50878-2013)和建筑采光设计标准(GB50033-2013)的要求,各功能房间均能有效自然采光(表2。
2.4高性能的建筑设备体系本项目的工艺设备经过优化组合,选用高能效机组实现高效率运行。
在生活给排水方面,卫生器具均采用1级节水器具,生活用水设置减压阀,保证阀后压力不大于0.2MPa;在暖通空调方面,办公区采用能效为1级的空调机组;在电气方面,选用高性能变压器和节能灯具分区控制照明,以达到节能效果。
综上所述,本项目的绿色建筑设计以“被动优先,主动优化”为原则,从被动与主动两个层面进行考量(图7)。
被动层面从城市微环境、建筑形体、海绵设计及内部空间组织、自然通风、自然采光等方面来营造节能舒适的建筑内外环境;主动层面主要涉及高效的建筑设备系统,如节水系统、节能电器系统、绿色照明及智能控制系统等。
3以绿色运维为目标的智能化运营管理项目依靠“一中心+三平台”的智慧运维进行多级化的调度管理(图8),中心是指能源站调度中心,三平台包括能源全网监测与控制平台、客服维修与设备管理平台、能源公司项目管理平台。
4结语综合能源站以绿色设计理念为导向,以“被动优先,主动优化”为原则,以工艺需求为基础,以被动式绿色设计技术为主导,综合考虑区域能源系统,进行全过程的服务设计。
同时,能源站还以集约的设计实现“节地与可持续发展”,以气候适应性的建筑造型和构造形式实现“节能与能源利用”,以高效低耗的设备实现“节水与水资源利用”,以绿色建材的选用和绿色建造理念实现“节材与材料资源利用”,最终完成绿色综合的能源站设计。
+注:
本研究由国家重点研发计划“地域气候适应型绿色公共建筑设计新方法与示范”(2017YFC0702300)资助:
图表来源图18,表1,2均为作者自绘。
参考文献1绿色工业建筑评价标准:
GB/T50878-2013S.北京:
中国建筑工业出版社,2014.2赵蓉.浅析工业建筑的绿色节能设计以深圳东部环保电厂为例J.建筑技艺,2019
(1):
122-123.3刘抚英.绿色建筑设计策略M.北京:
中国建筑工业出版社,2013.4王战武.绿色建筑技术在建筑设计中的优化与结合探讨J.建材与装饰,2018(40):
92-93.程轩(通讯作者)中国建筑科学研究院有限公司城市生态设计研究院设计所助理建筑师。
董妍博中国建筑科学研究院有限公司城市生态设计研究院设计所副所长.常钟隽中国建筑科学研究院有限公司副总建筑师、教授级高级建筑师,国家一级注册建筑师,60AT2020.0760AT2020.07
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