moma工程節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

1當(dāng)代moma工程的環(huán)保目標(biāo)基于“優(yōu)先節(jié)能、結(jié)構(gòu)多、環(huán)境友好”的能源發(fā)展戰(zhàn)略，“節(jié)能減排”已成為世界各國的重要議題。當(dāng)代MOMA工程以降低建筑的能耗和減少對環(huán)境的破壞為首要目標(biāo),研究應(yīng)用了“地源熱泵”、“天棚輻射供冷供熱”、“帶熱回收全置換新風(fēng)”、“中水雨水回用”、“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”等重要系統(tǒng)在內(nèi)的綠色建筑節(jié)能技術(shù)。其成果總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平。2地下空間的組成當(dāng)代MOMA工程位于北京市東城區(qū)東直門香河園路1號,總建筑面積221426m2,小區(qū)建筑包含有地下車庫、8棟高檔住宅塔樓、酒店、多廳藝術(shù)影院、幼兒園。8棟住宅塔樓及酒店由高位空中大型鋼結(jié)構(gòu)連廊連為一體,地下由中間的地下車庫和地下室連為一體,鳥瞰宛如盤旋上升的“中國龍”。在空中連廊設(shè)有會所,包括咖啡廳、畫廊、圖書館、陽光游泳池、健身房、頂級俱樂部等休閑場所。整個小區(qū)是一個從居住到商業(yè)、從教育到娛樂的立體的建筑空間。當(dāng)代MOMA綠色建筑特征:超低能耗綠色可持續(xù)舒適節(jié)能環(huán)保健康當(dāng)代MOMA工程是科技與藝術(shù)完美結(jié)合的新建筑,在創(chuàng)造高舒適度的情況下(全年維持室內(nèi)所有房間溫度在20℃～26℃,濕度在30%～70%,即ISO7730中所認(rèn)為最舒適的熱環(huán)境),其能耗僅為目前中國普通型住宅達(dá)到同等舒適度所需能耗的1/3,成為中國乃至世界居住建筑的標(biāo)準(zhǔn)與人居環(huán)境的典范。當(dāng)代MOMA綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用情況見表1。3主要技術(shù)3.1外墻傳熱系數(shù)k1)外墻外墻采用擠塑聚苯板外保溫,導(dǎo)熱系數(shù)小于0.028W/m·K,厚度為100mm。設(shè)計重點是防止熱撟產(chǎn)生,確保外墻平均傳熱系數(shù)不超過0.35W/m2·K。2)外窗采用斷熱鋁合金窗,窗框具有良好的氣密性和水密性,防止不可控制的空氣滲透。采用高保溫、具有隔熱性能、高透光性的玻璃。窗戶的綜合傳熱系數(shù)k≤1.8W/m2·K。3)外遮陽可調(diào)節(jié)室外遮陽,減少夏季的熱負(fù)荷,同時還具有保溫、調(diào)光、隔聲作用,并能起到豐富建筑立面的作用。遮陽簾在夏季可阻擋90%的太陽輻射。3.2熱態(tài)人體處在20℃～26℃溫度的環(huán)境是最為健康和舒適的,而濕度范圍保持在30%～70%比較合適,當(dāng)代MOMA的室內(nèi)參數(shù)控制如表2所示。3.3聲音的舒適度噪音影響人的睡眠、休息和交談,還容易引起疲勞、過敏、頭疼和重壓。聲舒適度標(biāo)準(zhǔn)對比詳見表3。3.4與室外條件之感當(dāng)代MOMA的自然采光設(shè)計,是要根據(jù)自然光線照度變化大、光譜豐富以及與室外景致有機(jī)聯(lián)系在一起的特點,向室內(nèi)提供天氣氣候變化、時間變化、光線方向和強(qiáng)弱變化以及各種動態(tài)信息所形成白天室內(nèi)自然時空環(huán)境之感。利用自然采光可在室內(nèi)創(chuàng)造富有情感和優(yōu)美意境的環(huán)境,這是極富生命力的室內(nèi)裝飾。3.5空氣的質(zhì)量置換式新風(fēng)系統(tǒng)保證24h連續(xù)提供0.5～0.8次/h的新風(fēng),以置換的方式送入室內(nèi),新鮮空氣利用率高。3.6節(jié)能性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗在滿足北京市居住建筑節(jié)能65%設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再節(jié)能30%,達(dá)到節(jié)能75%的標(biāo)準(zhǔn)。4關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用4.1地源熱泵客觀質(zhì)量控制1)復(fù)合式能源方案的確定采用復(fù)合式系統(tǒng),即地源熱泵+冷卻塔+鍋爐。由于地埋管系統(tǒng)在任何情況下的初期投資均高于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng),如果讓地埋管系統(tǒng)滿足建筑物的總計算負(fù)荷,初期投資將大大增加,但運(yùn)行費用將很低廉。由于系統(tǒng)大部分時間均在部分負(fù)荷下工作,如果采用復(fù)合式能源系統(tǒng),可由地源熱泵系統(tǒng)滿足55%～60%的尖峰負(fù)荷,解決約全年85%的總負(fù)荷。這樣,初期投資將大幅度減少,既增加了系統(tǒng)的安全性,又不會對運(yùn)行費用產(chǎn)生大的影響,還可平衡土壤全年的取熱和放熱總量,防止土壤平衡失調(diào)。故該工程地源熱泵方案采用復(fù)合式系統(tǒng),如圖1所示?？傌?fù)荷分為兩部分,一部分為基礎(chǔ)負(fù)荷,一部分為尖峰負(fù)荷。其中基礎(chǔ)負(fù)荷占總熱負(fù)荷的55%～60%,由土壤換熱系統(tǒng)承擔(dān);尖峰負(fù)荷占總熱負(fù)荷的35%～40%,由冷卻塔和鍋爐承擔(dān)。夏季通過回收土壤熱泵機(jī)組的冷凝熱,循環(huán)加熱一部份生活熱水,當(dāng)回收熱量不能滿足生活熱水需要時,開啟鍋爐補(bǔ)充。2)地源熱泵施工前的測試研究為了使設(shè)計參數(shù)更加優(yōu)化、合理,現(xiàn)場進(jìn)行了換熱孔的具體測試,其目的為:(1)獲取土壤換熱器每延米的換熱量。(2)確定最佳的鉆孔機(jī)具。(3)確定土壤換熱器換熱孔的最佳深度和合理間距。(4)確定最佳填料。(5)結(jié)合鉆進(jìn)難度,合理安排施工工期。3)地源換熱系統(tǒng)布局(1)垂直換熱器布置。地源換熱系統(tǒng)采用垂直埋管換熱,共計鉆孔656個,換熱孔間距5m,全部布置在中央地下車庫基礎(chǔ)底板下,孔口作業(yè)面距自然地面10.15m。鉆孔孔徑為Ф150mm,孔深100m。當(dāng)代MOMA土壤源熱泵分區(qū)如圖2所示,土壤換熱器剖面示如圖3。(2)埋管聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。換熱器水平聯(lián)絡(luò)管在車庫底板下500mm水平敷設(shè),垂直換熱管通過水平聯(lián)絡(luò)管匯集到檢查井(共設(shè)置45個檢查井)內(nèi)的集分水器,各個集分水器通過管道匯集,最終進(jìn)入到機(jī)房內(nèi)與地源熱泵機(jī)組相連。該項目地埋管的數(shù)量大、分布范圍廣,根據(jù)換熱孔的分布區(qū)域,按照相對集中的原則,將整個土壤換熱器分為42個小系統(tǒng),大約每6～8個左右的垂直換熱孔設(shè)置為一個小系統(tǒng),15個左右換熱孔設(shè)置為一個換熱循環(huán)單元,供、回水分別集中到單獨的分、集水器上;分集水器匯入總管接入機(jī)房,使得整個地埋管的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)既統(tǒng)一又相對獨立,從而實現(xiàn)高效、安全運(yùn)行(見圖4)。4)地埋管材及技術(shù)參數(shù)采用抗高壓的高密度聚乙烯管(HDPE100),其原材料為北歐化工Pe3490進(jìn)口材料,接口穩(wěn)定可靠、抗應(yīng)力開裂性好、耐化學(xué)腐蝕性、水流阻力小、耐磨性好、使用壽命長(壽命可達(dá)50年)。5)地源溫度場模擬監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)在鉆孔區(qū)域內(nèi)底板下100m縱深內(nèi)沿不同方向、不同深度設(shè)置60個溫度檢測點,通過智能巡檢儀實時采集地埋管區(qū)域地下溫度數(shù)據(jù),通過GPRS無線傳輸系統(tǒng)傳輸至地溫場采集系統(tǒng),由系統(tǒng)再進(jìn)行模擬分析。通過該套系統(tǒng)可以實時獲取地下不同深度、不同地層土壤溫度情況以及地埋管換熱器影響半徑,避免了每次由人工到現(xiàn)場從智能巡檢儀中取數(shù)據(jù),為系統(tǒng)運(yùn)行提供了可靠支撐。施工中,根據(jù)地溫監(jiān)測點的布局,選定符合條件的區(qū)域內(nèi)的換熱孔,在換熱孔施工完畢后,將測溫探頭附著在土壤換熱器孔壁,然后隨換熱器同時下入換熱孔。4.2低高差輻射方式的對比天棚輻射采暖/制冷系統(tǒng)是將高密度交聯(lián)聚乙烯盤管敷設(shè)在頂部混凝土板內(nèi),通過載體的不斷循環(huán),加熱或?qū)敳炕炷涟暹M(jìn)行降溫。傳熱以輻射為主,并輔助補(bǔ)充適量新鮮空氣。夏季將冷水通入埋在混凝土中的高密度交聯(lián)聚乙烯盤管中,冷水在夏季供水溫度為20℃,回水溫度為22℃,通過2℃溫差來吸收室內(nèi)熱量,有效地解決夏季降溫的問題;而在冬季,高密度交聯(lián)聚乙烯盤管內(nèi)的供水溫度為28℃,回水溫度為26℃,同樣是通過2℃溫差來向室內(nèi)輻射熱量。此低溫差輻射方式的特點使采暖和制冷的效率高于空氣對流,其輻射傳熱形式無其它傳熱形式因空氣對流所造成的不適感。其均勻的溫度創(chuàng)造出最佳的熱環(huán)境。系統(tǒng)的自身工作原理可以使其具有很好的溫度自動調(diào)節(jié)性能。4.3回排風(fēng)系統(tǒng)MOMA置換式新風(fēng)系統(tǒng)可以保證室內(nèi)24h均有新風(fēng),新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)滿足人體的需求。新風(fēng)量達(dá)到每個房間的換氣次數(shù)為0.5～0.8次/h,每戶新風(fēng)量約300m3/h。按每戶3人標(biāo)準(zhǔn),每人新風(fēng)量達(dá)100m3/h,達(dá)到五星級酒店客房的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?；?排)風(fēng)由衛(wèi)生間集中排出,經(jīng)屋頂新風(fēng)機(jī)組集中熱回收后排出,新風(fēng)機(jī)組帶高效板式全熱回收機(jī)器,新、排風(fēng)無交叉污染,熱回收效率為60%以上。MOMA的新風(fēng)都從房間下部送出,以非常低的速度和略低于室內(nèi)溫度充滿整個房間。居住者和其它室內(nèi)熱荷載加熱新風(fēng),產(chǎn)生上升的氣流。暖氣流帶著新鮮空氣流入人的鼻子,帶走了身上的汗味、人呼出的廢氣及其它混濁氣體,最后,到達(dá)房間的頂部,從排氣孔排出。結(jié)構(gòu)內(nèi)熱回收全置換新風(fēng)系統(tǒng)采用DN75UPVC生活給水管道。4.4水景的處理及設(shè)備選擇當(dāng)代MOMA日產(chǎn)生廢水總量482t,其中58%的廚房及洗浴廢水作為中水水源,約283t,通過中水站采用膜生物處理技術(shù),經(jīng)生物反應(yīng)器、消毒裝置等處理后全部用于商業(yè)、幼兒園、影劇院及部分住宅的沖廁,其余用于綠地、澆灑道路、景觀水景等補(bǔ)水?？紤]到噪聲、異味及固體廢物等不良因素對小區(qū)整體環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響,對于處理設(shè)施中的兩個水池,采用地下全封閉的建設(shè)形式;設(shè)備的選擇綜合考慮噪聲、檢修、能耗等多種因素;在小區(qū)的整體規(guī)劃階段,充分考慮中水設(shè)施的建設(shè)形式和規(guī)劃位置,盡可能降低管網(wǎng)建設(shè)、水池等系統(tǒng)的造價,并使中水構(gòu)筑物更好地與小區(qū)的整體風(fēng)格相融合。4.5雨水入滲,降低地表徑流考慮北京市年平均降雨量及降雨量按季節(jié)分布情況,屋面雨水及道路雨水均通過管道系統(tǒng)排入市政雨水管網(wǎng)。小區(qū)內(nèi)道路采用滲水材質(zhì),以利于雨水入滲;綠化面積達(dá)21135.6m2,有效地降低了地表徑流。當(dāng)代MOMA在景觀綠地下修建了一個2000m3的雨水蓄水池,收集的雨水經(jīng)處理后供景觀補(bǔ)水、園林澆灌使用。5主要合作技術(shù)的研究和應(yīng)用5.1導(dǎo)電系數(shù)及厚度外墻采用外保溫,設(shè)計重點是防止熱撟。保溫材料選用擠塑聚苯板,導(dǎo)熱系數(shù)小于0.028W/(m2·K),厚度為100mm。外墻的外裝飾材料用裝飾鋁板,裝飾鋁板與保溫層之間的流動空氣層有利于隔熱和干燥保溫層。5.2屋頂和地下隔熱系統(tǒng)1保溫板厚度設(shè)計屋面采用防水保溫倒置做法,保溫板采用歐文斯科寧生產(chǎn)的擠塑泡沫保溫板,厚度為120mm(70mm+50mm)。在女兒墻內(nèi)側(cè)、外側(cè)和頂部滿粘100mm厚擠塑聚苯板,可有效阻斷熱橋。2室外地面保溫地下室外墻外保溫綜合傳熱系數(shù)同正負(fù)零以上外墻外保溫,外保溫伸至冰凍線以下。該工程設(shè)計伸入室外地坪以下1.0m,超過北京地區(qū)冰凍線-0.8m。地下室采暖房與不采暖房之間墻體設(shè)置保溫,做法為輕鋼龍骨(d=100mm)單面水泥壓力板,內(nèi)填充100mm厚玻璃絲棉。采暖房與不采暖房之間頂棚設(shè)置保溫,做法為粘貼100mm厚玻璃絲棉。5.3鋁合金的性能MOMA外門窗采用斷橋鋁合金框,L-E中空玻璃(6mmLow-E+16A+6+0.76PVB+6),有良好的氣密性、水密性、斷熱性能,能防止不可控制的空氣滲透,克服了鋁合金固有的高熱導(dǎo)率,起到冬天室內(nèi)暖流不流失,夏天外部熱量不流進(jìn)室內(nèi)的屏障作用,還保持了鋁合金的重要性能,如易擠壓成型、易加工、抗腐蝕、美觀堅固、經(jīng)久耐用、重量輕等特點。外窗的綜合傳熱系數(shù)k小于1.9W/(m2·K),低于《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ01-602-2004)所規(guī)定的外窗傳熱系數(shù)2.8W/(m2·K)。5.4預(yù)埋件的選用MOMA采用外遮陽系統(tǒng)。其材質(zhì)為進(jìn)口鋁合金簾片,表面粉沫噴涂,內(nèi)填充保溫、隔音材料。預(yù)埋件輕便、簡潔,有良好的斷橋措施,滿足承重要求,并做防腐防銹處理,與結(jié)構(gòu)有相同的使用壽命。檢修部位位于室內(nèi),便于檢修。卷簾性能優(yōu)良,使用壽命長,在陽光下的工作性能不會受到影響,