清华大学超低能耗示范楼展示生态建筑（第三版）

建造地点：中国　北京

竣工时间：2005年

建筑总面积：3000m2

设计者：Mario Cucinella

清华大学超低能耗示范楼是2008年北京奥运建筑的前期示范工程，旨在体现奥运建筑的高科技、绿色和人性化。它由意大利著名建筑师Mario Cucinella设计，是中国和意大利的合作项目，坐落在清华大学校园内，建于清华大学建筑系馆东侧（见图10-82）。该楼建设用地为南北长、东西短的长方形（见图10-83），占地面积约560m2。它是国家“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，集中了近百项国内外最先进的建筑节能技术。可以说，整栋楼本身就是各种生态技术的实验载体，是一个综合的科技展示品。该楼在以下几方面考虑了建筑的绿色生态化。

图10-82　清华大学超低能耗示范楼

图10-83　超低能耗示范楼总平面(www.xing528.com)

一是在建筑与环境的关系方面，尽量减少建筑对环境的影响。建筑师深入分析了周围的环境和当地气候特征，在设计中采用了微型园林、人工湿地、植被屋面等绿化技术，对被占用的自然环境作出最大限度的生态补偿。常规的人工水体由于循环性很差，再加上雨水含有许多污染物，水体的景观效果很容易被破坏，而示范楼采用人工湿地与景观水池串连的方式对水池中的水进行循环处理，综合了物理、化学和生物三种措施，水池能长期保持较好的水质。屋顶绿化由9块绿地构成，每一块由一种适应北京气候、抗逆性强、观赏价值高的新优植物材料组成，相邻两块为过渡色，在整体上力求和谐统一。考虑到混凝土垫层和种植屋面的综合效果，屋顶传热系数K＜0.1W/（m2·℃），夏季由于植物表面的蒸腾作用，屋顶有时可实现零热流乃至热流从室内传向室外。同时，追求植物景观的季相变化，达到“三季有花，四季有景”的艺术效果。

二是在建筑布局方面，考虑了气候特征。楼梯间、厕所、新风机房等服务空间均安排在西侧中部，起到气候缓冲作用，其余部分为使用空间，达到空间利用的最大化，并为自然通风的组织创造了条件。建筑的北半部外部有风压，采用风压通风，组织穿堂风，而南半部无风压，采用热压通风，发挥烟囱效应。室内楼梯间是一个多功能的综合装置，三跑楼梯中央设置防火玻璃筒作为通风竖井（见图10-84），楼梯间上部设玻璃天窗。这样，三个通风竖井与楼梯间既隔离又透光，同时能满足使用功能、通风功能及消防要求。中央通风竖井还可作为阳光反射通道，为地下室提供自然照明。

图10-84　超低能耗示范楼通风竖井

三是在建筑结构方面，采用轻质结构。考虑到钢结构比混凝土结构轻，排放二氧化碳少，便于材料的回收利用。同时，在使用功能上需要设置一个1.2m高的设备夹层，钢桁架有利于在夹层间设置管道，因此该楼选用了钢结构。围护结构由玻璃幕墙、轻质保温外墙组成，热容较小，热惰性小，容易导致室内温度波动大，尤其是在冬季，昼夜温差会超过10℃。为增加建筑热惯性，以使室内热环境更加稳定，楼层架空地板采用相变蓄热地板，大大增加了地面的蓄热性能，使室内温度波动不超过6℃，有效地调节了室内温度。

四是在外围护结构方面，强调建筑外皮的应变性。可调控的“智能型”外围护结构，能够自动适应气候条件的变化和室内环境控制要求的变化。设计师从采光、保温、隔热、通风、太阳能利用等方面进行综合分析，给出不同条件下的推荐形式，在外围护结构上设计了近10种不同的做法，分别分布在大楼的东、南、西、北以及屋面的各个部分。例如，南立面的幕墙采用了三种不同的做法，其中一种选用5mm+6A+4mm+6A+5mm双中空加真空Low-E玻璃，而与之类似的东立面采用玻璃幕墙+水平外遮阳。透光屋面是生态仓屋顶，为双中空玻璃的倾斜天窗，其玻璃采用自洁净玻璃，其内遮阳卷帘采用半透光的聚酯纤维面料，可避免夏季温室效应。

五是在室内环境控制方面，优先考虑被动的调节方式。根据北京地区的气候特点，春秋两季可通过大换气量的自然通风来带走余热，保证室内较为舒适的热环境，缩短空调系统运行时间。当需要进行主动式调节时，超低能耗楼采用了温湿度独立控制的空调末端设备。湿负荷由干燥新风带走，室内送风末端根据不同房间功能分别进行个性化送风和置换通风，而房间风机盘管和辐射吊顶末端装置仅负责显热部分，送18℃冷水，按照干工况运行，不会结露，彻底避免因潮湿表面滋长真菌而恶化空气质量的现象。照明控制采用一般背景照明与局部照明相结合。全楼一般背景照明随天然采光水平而变化，当天然光充足时，一般背景照明自动变暗，反之，自动变亮。局部照明采用桌面台灯，使用者可根据自己的需要和工作状态自行调节其亮度。当某房间无人使用时，灯自动关闭。

六是在能源和设备方面，采用多项节能措施和可再生能源技术。该楼在高效利用化石燃料能源的同时，积极开发可再生能源。例如，采用楼宇式热电联供系统BCHP，即采用固体燃料电池及内燃机热电联供系统，清洁燃料天然气作为能源供应。BCHP系统总的热能利用效率可达到85%，其中发电效率43%。大楼所发电力除供应本楼使用外，还可并入校园电网供校内其他建筑使用。冬季四种热电联产方式交替运行，夏季三种制冷机可联合或交替运行。这样，冬季及夏季为满足实验需求及负荷特性，可有近10种不同的运行模式。通过多种组合的详细运行数据，可为北京市乃至全国各类建筑的能源系统提供推荐方案。能源系统设计还包括了“高温冷水机组或地源利用”和“溶液除湿的新风处理系统”。该楼充分利用了太阳能这一可再生能源，采用真空管太阳能集热器，为溶液再生器提供能源；在窄通道双层皮玻璃幕墙通道内，利用太阳能光伏电池板为微型排风机提供动力；利用太阳光收集传输系统，为地下室提供自然光照明；屋顶的生态仓也是被动式太阳房与空中花园的结合。

总之，该楼通过各种策略和方法措施实现了超低能耗的目标。冬季建筑物的平均热负荷仅为0.7W/m2，最冷月的平均热负荷也只有2.3W/m2。如果考虑室内人员灯光和设备等的发热量，基本可实现冬季零采暖能耗。夏季最热月围护结构的平均得热也只有5.2W/m2。示范楼的模拟显示，耗冷、耗热量仅为常规建筑的10%，单位面积全年总用电量指标为40kW·h/m2，仅是北京市高档办公建筑平均总用电量指标的30%。