【摘 要】随着国家相关规范及政策的推行落实，超高层建筑的可持续性及节能问题的设计已是现代建筑设计的重头之戏；因此，笔者将结合现有超高层建筑的特点及技术特性，综合阐述超高层建筑在可持续性设计、节能设计、再生能源系统等方面的策略及运用,为超高层建筑走上绿色低碳之路提供有益的借鉴。
【关键词】 超高层建筑；可持续性；绿色节能；高效设备；冰蓄冷
0 、引言
超高层建筑作为综合体建筑，分别承载商业商场、办公写字楼、酒店或旅游观光等不同的商业业态，近年来在我国得到了井喷式的发展，单500米以上的超高层建筑就达到七座，如729米的苏州中南中心、632m的上海中心大厦、600m的深圳平安金融中心，606米武汉绿地中心、597米的天津117大厦、530米的广州东塔、528米中国尊（Z15），相继拔地而起，我们必须看到，超高层建筑是具耗资巨大、技术复杂、体量庞大，智能化集中、建筑能耗高、容纳大量人员和活动的多方面特点综合建筑，势必在能耗、环保节能、人文景观等方面对人聚环境产生一定的影响。随着2005年《公共建筑节能设计标准》正式颁布实施，美国LEED的认证引入以及国家对绿色建筑星级认证设立，无论是政府、建设单位还是设计院已广泛重视绿色建筑的建设，并将节能设计作为重点审查项，而绿色超高层建筑必定也是未来发展必备趋势，目前国内各大超高层项目在绿色建筑过程中基本按节能设计七大体系进行节能优化和评估，其中七大体系主要包括从节能与能源利用、室内环境质量、节水、室外环境与可持续场址、节材、绿色施工和运营管理，通过这七大技术体系，绿色超高层建筑能比普通超高层建筑更节能，改善了室内空气品质，缓解室外交通，节约市政用水量，整个过程中低碳排放，真正达到绿色建筑。而超高层建筑由于存在地区气候不同、不同的建筑外形、不同的业态的差异，在引入采用节能设计策略以及需要采纳使用的节能方法则需要结合气候、经济回收进行评估、技术优化匹配来相应选配及落实节能技术措施
1 、超高层建筑的能耗分布及分析
1.1超高层能耗与气象的关联
由于超高层建筑属于纵向建设的建筑体，其建筑的高度变化将导致相关设计参数的变异，进而影响建筑能耗的变化，根据相关气象模拟及风荷载数据的分析，建筑高度超过100米以上除太阳辐射及日光照度、气象参数会有不同的变化，通常根据气象观测资料构建的典型气象年数据中，地面风速是取自地面高度10米处，如地面风速为2米／秒时，则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米／秒，若高达400～600米时风速可达到7~8米／秒以上，相当风速随高度变化也会从底部的2-3m/s 到顶部的7-8m/s变化，温度随高度的变化也会有明显的降低，通常随高度变化-每10米温度降低0.065oC，即每百米高度的温度下降0.6～1.0℃，从温度的变化就相当于把建筑物移动了一个不同气候区。因此，考虑节能的设计策略，必须根据实际情况将建筑物的能耗、气候等特点与节能技术有机的结合在一起，然后将所有的元素按照轻重顺序，进行安排，明确节能目的，优先选择用“被动式”节能方法，这样可以通过可持续的规划，科学合理的布置，实现通过自然环境的资源采用来达到节约。
1.2超高层能耗分析及对策
依据ASHRAE 90.1 – 2004 建筑能源标准，以及根据相关顾问ARUP提供的数据，在现有的超高层综合体建筑中，公共设施能耗占比比较大，初估算年均能源消耗约为190kWh/m2，其中空调系统(制冷+风机+ 水泵+ 热回收等) 42%，照明灯光18%、动力设备(电气+电梯) 38%、其他能耗2%；详见能耗分布图（图1）
从图表能耗分布分析，超高层建筑的主要能耗是集中在通风空调系统、动力设备系统及灯具照明系统的范畴，绿色超高层建筑至少应该节能60%以上且比ASHRAE90.1附录G规定的基准建筑节能10%以上。国家《公共建筑节能设计标准》所要求的节能率是指空调、通风和照明能耗，而ASHRAE90.1则要求比较建筑全能耗，包括设备、电梯、生活热水等能耗。但是，对超高层建筑进行节能优化是一个权衡考虑的问题，需要经验丰富的能耗模拟人员进行优化分析，提出合理的建议。
2、 超高层建筑节能策略及实际运用
2.1 超高层建筑节能策略
超高层建筑的节能问题是一个涉及建筑整体布局、单体建筑设计以及具体的构造方案等需要重点考虑的综合性课题，通常设计单位或机电顾问单位一般是在“采用可持续设计、节能系统、可再生能源系统”等角度对超高层建筑的节能设计策略及方向进行考虑（如下表），然后再综合可以实施的该项节能方案进行技术、经济可行的评估及采纳。
2.2 超高层建筑节能技术实际运用与优化
超高层建筑节能技术实际运用往往需要建立合理、准确的能耗分析模型，而对绿色超高层建筑进行分析既是节能优化的基础也是一项较难掌握的技术，优化分析过程往往需要反复调整参数，甚至建立多个模型进行对比分析，才可以得到最佳且可行的节能效果。而目前超高层建筑的节能措施也是主要通过围护结构优化、空调系统节能、降低照明耗电等方面重点体现。
2.2.1 降低制冷能耗，优化围护结构设计
1） 在建筑围护结构考虑双层low-e 玻璃幕墙，使热缓冲带减少热损失，可以减少17%的空调冷耗，同时内遮阳可以阻止直接太阳照射，通风程式(烟囱效应) 采用排风热回收，双层LOW-E玻璃对于超高层建筑方面既可以减少夏季太阳得热， 提高热舒适度， 降低噪音渗透，实现零能耗，也提高可见光的透视
2） 因为高层建筑的迎光面积很大，所以建筑外墙的保温隔热性能很大程度上是由外墙决定的，高层建筑的外围墙体设计决定了建筑的保温隔热性能。在高层建筑的外围墙体设计中，应有保温层的设置，通过保温层的有效设计，就可以有效的减少室内空调的使用，从而大大降低电能的消耗。
2.2.2 降低照明能耗，优化控制系统
1）充分利用建筑的位置和朝向，降低照明能耗，建筑的选定位置，和朝向是首先要考虑的，由于不同纬度，不同朝向，不同季节，建筑物得到的太阳光辐射能量不一样，合理利用日照，在建筑设计的初期，就应该按照当地的日影响图，作出合理的节能方案设计考虑，达到建筑的节能。
2）使用高效照明系统和高效照明灯具，减少照明功率密度LPD值：LPD值不可过大，应控制在目标值以内，建议高档办公照明功率密度控制在13W/m2左右，客房控制在12W/m2左右；灯具优先选用LED 以及T5 管
3) 日光照明，充分利用自然采光传感器，控制灯光开启；
4) 人员感应控制和时间控制：灯光感应控制等可降低照明功率10%左右，设置人员监测器减少运行时间，减少浪费能源
2.2.3 降低空调系统能耗技术
超高层建筑的空调系统类型和设备数量繁多，空调系统约占建筑总能耗的42%左右，因此是超高层建筑节能务必优化的重点对象。
1）根据各地地区电费鼓励政策条件，利用“削峰填谷“的电价，适当采用冰蓄冷系统，充分利用冰蓄冷运行逻辑，及”日间融冰供冷，晚上蓄冰“的电价差降低能耗的增加，减少运行成本，虽然增加起始投资，但对于有能耗节能方面具备角度的贡献
2）利用高性能设备，将空调系统的所有设备都采用变频处理，如引入高效变频制冷机、变频新风机、变频空气处理机、变频水泵等
3）降低新风负荷，按需通风控制，引入VAVBOX控制系统，全空气或新风量由通过设置在房间内CO2探测器检测人员数量给房间提供适量的新风的自动调节控制，避免由于过量新风带来的能耗。
2.2.4 电梯节能技术运用
电梯采用采用人工智能化控制系统，减少等待电梯的时间，多目标优化MTO系统，减少电梯群组的能耗，当垂直电梯设定长时间无呼叫自动关闭电梯通风及照明功能及满载直驶控制功能，自动扶梯利用光电感应器检测无人/有人乘坐时，自动减速或停止/加速运行。同时利用电梯在“轻载上行或重载下行”时由“势能转化为电能”的原理，装设能源再生驱动器装置产生再生能源，进行回收使用
3、 超高层建筑可持续性设计技术策略研究
3.1 可再生能源的利用
在高层节能设计过程中，要尽量利用可再生能源，如太阳追踪光伏电系统，在高层建筑的外墙，屋顶，都可以安装太阳能光伏电池板，在产生了大量电能的同时，还具有遮阳，反射热能，稳定室内气温的优点。在高层的设计中，有条件的话也可以建设地源热泵，减少空调的使用，建立冷却塔废热利用系统，目前三联供泵组系统技术是一种集制冷、供暖、供热水为一体的三联供机组，将热泵空调技术、热泵技术和换热系统的技术集成，实现空调热水器的结合热泵作为一种新型节能技术，在未来超高层建筑的设计中，可以加以评估，合理使用。
3.2 创新设计
1）采用高层低温新风(免费供冷)，对于超高层建筑利用顶部和地面的温差，顶部引入新风，高层的室外温度较地面为低，从地面开始，每升高10米，温度降低约为0.065oC，而本塔楼地面到顶部的温度差约3.8oC。通过处理较低温度的新风，以减少区域供冷的能耗，从建筑顶部引入的新风将接入设备层的空调主机，引进较低温度的新风以降低制冷能耗。
2）风带和风涡轮机与建筑一体化，於建筑管道内安装风力涡轮机作一体化设计，可以安装在避难层/设备层东立面，南立面和西立面的石材管道内，利用烟囱效应来驱动风箱/涡轮机，管道中的热压来驱动风力发电机达到发电过程
4、 结语
节能减排，低碳生活，是现在政府和社会的响应和号召。能源供给矛盾日益突出，以低碳生活为指引，发展资源可再利用等等一系列的措施政策正在改变着人们的生活。而建筑节能势必是建筑业的发展新方向，当高层建筑向着更高的方向发展的同时，建筑节能设计也在为人们提供舒适居住办公条件的前提下纳入新的发展历程，有效合理的利用能源，是当前高层建筑设计界比较关注的话题，尽管节能技术在不断创新过程不断出现，但最终是否能引入所建建筑物设计使用，需结合不同的建筑构型进行综合考虑，进行技术、成本评估、回报周期等的估算，选取最合适的技术，才是最佳的设计之道。
参考文献：
[1]郭飞，王石原.上海高层住宅自然通风节能设计研究[J].建筑学报，2008（1）．
[2]姜晓明.高层建筑节能设计[J].四川建材，2008（5）.
[3]邓元庆，薛明.可持续发展意识与高层建筑[J].建筑科学，2000（2）.
[4]2005年《公共建筑节能设计标准》
论文作者:方耿华
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/8
标签：高层建筑论文; 节能论文; 建筑论文; 新风论文; 技术论文; 系统论文; 电梯论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;