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几天来,建筑设计师、生产厂家和科研单位的代表、多个国家的专家教授,纷纷涌进清华大学建筑馆东侧那幢新落成的建筑。
这是我国首座超低能耗示范楼,也是我国第一个集示范、展示、试验等功能于一体的绿色建筑。或许过不了几年,这些节能新技术就会用到读者身边。
奥运建筑的“前期示范”
仿佛是清华建筑馆向东的延展体,超低能耗示范楼紧临建筑馆,地下1层,地上4层。南面看去,透明的玻璃幕墙,感觉很像普通的现代式建筑。但幕墙外“支棱”着巨大的可调节遮阳板,由此提醒参观者——它与众不同。
别看示范楼的体量不大,可它是北京市科委重点科研项目,作为2008年奥运建筑的“前期示范工程”,这座总面积3000平方米的示范楼集中体现了“科技奥运、绿色奥运”的理念。同时,该楼还是国家“十五”科技攻关项目“绿色建筑关键技术研究”的技术集成平台,用于展示、实验和推广各种低能耗、生态化、人性化的建筑形式及先进的技术产品。
最值得称道的是,示范楼在建筑材料、能源供应和温湿调节设备系统中采用多项节能措施和可再生能源技术,冬季可基本实现零采暖能耗;把照明、办公设备、空调通风系统通通考虑上,示范楼单位面积全年总电耗约为每平方米40千瓦,而北京市高档办公建筑则为每平方米100千瓦至300千瓦。平均起来,建筑物全年电耗仅是北京市同类建筑物的30%,真是一座名副其实的“超级节能楼”!
集中世界上80%节能技术
超低能耗示范楼项目中,包括了对建筑物理环境控制与设施研究(声、光、热、空气质量等)、建筑材料与构造(窗、遮阳、屋顶、建筑节点、钢结构等)、建筑环境控制系统的研究(高效能源系统、新的采暖通风和空调方式及设备开发等)、建筑智能化系统研究等。
中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿说起来很兴奋:“我们把世界上能找得着的、能放到楼里去的最新节能产品、设备以及相关技术都搁进去了。示范楼囊括了世界上80%的节能技术、产品,其实就是一个以真实建筑物搭建的节能技术集成平台。”
示范楼集成了国内外科研单位和制造企业的近百项建筑节能和绿色建筑相关的最新技术,中国、美国、德国、日本、丹麦等国家的近50家企业捐赠了产品。其中还有近十项产品和技术为国内首次采用。
走进示范楼,节能化、生态化、人性化的设计细节随处可见。
耳目一新的节能亮点
地下室里也能有阳光
示范楼南侧有3个彩色立柱,其上将被安装自动跟踪太阳光的透射式采光机。这种采光机能自动跟踪太阳,进行阳光采集,再通过光纤传导,就能把太阳光引进地下室,最远阳光传导距离可达200米。此外,示范楼屋顶还将设置碟式太阳光收集器,利用抛面反射镜将平行的太阳光汇聚,通过传输,也能为地下室提供照明。
“神奇”玻璃能发电
示范楼的南外墙装上了30平方米的单晶硅光电玻璃,这是最新型的建筑用高科技玻璃产品,它竟然能把太阳光转化为可被人们利用的电能,是一种能发电的玻璃。30平方米发电玻璃的峰值发电能力为5千瓦。
光电玻璃位于结构夹层外侧,不影响采光,同时与双层皮幕墙组成光电幕墙。光电幕墙的电能是一种净能源,发电过程无废气、无噪音、也不会污染环境,是一种“绿色幕墙”。
相变地板收放太阳能
把特殊的相变材料作为蓄热体,填充到常规的活动地板就制成了相变地板。冬季,蓄热体白天可以蓄存照进室内的太阳光热量,晚上又向室内放出蓄存的热量,这样室内温度波动将不超过6摄氏度。
相变地板、Low-e镀膜玻璃、真空玻璃、遮阳装置等各种材料配合使用,可使我国各类建筑的冬季采暖能耗降低到每平方米10瓦,仅为目前采暖能耗的三分之一。由于围护结构导致的建筑耗冷耗热电量仅为常规建筑的10%。在非潮湿地区,甚至可以建造出接近“零能耗”的建筑。
地板送风更快更直接
示范楼2层铺的蓄热地板中有几块“特殊分子”,它们的表面布满小孔,跟其它地板不一样。其实,它们是孔板送风地板,可以把新风送到二楼。
比起从头顶天花板送风,从地板送风的好处是可以更快、更直接到达人的活动区域。孔板送风地板的送风量和风速由藏在其下的控制系统控制,而控制系统连着屋顶测二氧化碳浓度的装置,作用是测试出屋内的人数,并由此决定送风的多少。
Low-e玻璃冬保暖夏隔热
玻璃幕墙中用到一种Low-e玻璃,它是由秦皇岛一家企业生产的。这种玻璃表面所镀的膜层厚度还不到头发丝百分之一,它的低辐射膜层能将80%以上的远红外热辐射反射回去。就像一面反射镜,冬季,它将室内热量的绝大部分反射回室内,由此保暖;夏季,它又可以阻止室外的热量进入室内,隔热效果很棒。
客观说来,玻璃幕墙可不招节能设计人员的“待见”,在保温、隔热等方面透光型外围护显然不如非透光型的。
不过,北京街头透光型外围护的建筑已经越来越多。记者从市建委节能办了解到,新型Low-e镀膜玻璃已经引起政府注意。
发电还可同时供热制冷
示范楼的大部分能源来自地下室的美国产燃气内燃机,机组看上去也就半人来高,延伸出大大小小的管道。它燃烧天然气发电,再由发电后的烟气余热产生热水供热或作为空调吸收式制冷机的动力,就好像一个小型的热电厂。燃料利用率非常高,正是所谓的热电冷三联供。
目前,天然气已成为北京城区主要能源,热电冷三联供设备对天然气的利用率非常高,已在本市一些公共建筑中得到使用。
个人身边温湿度自定
办公室人员密度低、人员工作时间及活动区域相对固定,个人对温度、湿度的要求不尽相同。示范楼3层还展示了一处“个性化工位”。它跟一般写字楼里的“阁子”间大同小异,所不同的就是多出一个莲蓬式的风口,能提供新风。隔板内还暗藏一根根塑料辐射细管,用以调节温度,能满足个性化的需求。
新系统取代传统空调
示范楼一层的天花板上,密布的蓝色网栅最“抢眼”。设计人员管它们叫“辐射吊顶”,其实就是一根根直径6毫米的塑料管,靠毛细作用使一定温度的水充满其中,通过水循环带给房间增热或者降温。冬季取暖时,循环在系统中的热水温度为22摄氏度到24摄氏度,夏季为18摄氏度到20摄氏度。
这里必须提到一项关键性技术:温度、湿度独立控制。传统空调系统使用同一冷源对空气进行降温和除湿,不得不采用5摄氏度到7摄氏度的冷源(单纯的降温只需采用15摄氏度的高温冷源),结果造成能量利用上的浪费。
温、湿度独立控制空调系统的难点是新风的高效大幅度除湿。清华大学的研究成果是一台“溶液热回收新风机组”,简单说来就是利用具有吸湿能力的浓盐溶液吸收水分、把新风弄干,干燥的新风将室内湿负荷带走。江亿教授说:“这种技术领先美国起码两年。”
温、湿度独立控制的研究,主要针对降低大型公共建筑能耗,该技术的突破可使大型公共建筑采暖空调能耗再降低30%,这意味着大型公共建筑总能耗降低15%。
排风孔开启冬夏有别
排风立柱的作用是把质量不好的气体排出,进行再循环处理。一般建筑内的排风立柱只有一个排风孔,但示范楼里的排风立柱有上下两个排风孔。这是根据热空气在上、冷空气在下的简单道理设计的。
冬天需要保暖,就打开下面的排风孔,上面的热空气就能有所保留。夏天,打开上面的风孔,下面的冷空气就留下不少。只是多开了一个孔,却变成了匠心独具的节能设计。
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