作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虒帲?980-），女、漢族、籍貫：籍貫河南省新鄭市、碩士、講師，研究方向：建筑裝飾工程技術(shù)。

摘 要：隨著我國(guó)“碳達(dá)峰和碳中和”目標(biāo)，即力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的提出，發(fā)展綠色地毯建筑刻不容緩，超高層建筑作為高耗能建筑，需要在綠色低碳和經(jīng)濟(jì)效益中找到平衡點(diǎn)。文章提出了超高層建筑的低碳設(shè)計(jì)理念，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出了超高層低碳技術(shù)框架和實(shí)施路徑，結(jié)合案例分析了技術(shù)路徑中低碳技術(shù)的適用性，最后以珠江城項(xiàng)目為例分析了低碳技術(shù)的具體應(yīng)用情況。文章總結(jié)的技術(shù)路線和適應(yīng)性技術(shù)可直接指導(dǎo)超高層建筑綠色低碳技術(shù)的選用，為超高層建筑朝著綠色低碳方向發(fā)展提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；標(biāo)準(zhǔn)分析；技術(shù)路徑；技術(shù)適應(yīng)性

1 前言

2020年，中國(guó)向世界提出“力爭(zhēng)于2030年前碳達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2021）》指出，2019年時(shí)我國(guó)建筑全過(guò)程碳排放占全國(guó)碳排放的50.6%。在建筑領(lǐng)域中，超高層建筑能耗高于一般大型公共建筑。研究表明，我國(guó)一般公共建筑能耗水平大約為20～60kWh/m2，而超高層辦公樓的能耗水平可高達(dá)約200kWh/m2，是一般公共建筑的3～10倍，因而研究超高層建筑的低碳設(shè)計(jì)策略對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重要意義。

2綠色建筑與低碳建筑指標(biāo)對(duì)比

綠色建筑在我國(guó)發(fā)展已久，2006年我國(guó)就頒布了第一部綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)超高層建筑可采用的綠色建筑評(píng)價(jià)體系包括：《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2019和《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS727-2020。后者相比于前者更加契合超高層建筑的特點(diǎn)。

當(dāng)前我國(guó)低碳建筑評(píng)價(jià)體系還處于發(fā)展初期，目前國(guó)內(nèi)已發(fā)布的碳排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有2部：《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）和《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51366-2019。國(guó)標(biāo)《零碳建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》正在編制中，預(yù)示著低碳建筑評(píng)價(jià)體系在近年還將得到進(jìn)一步的政策重視和發(fā)展完善。

本文以已發(fā)布的《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS727-2020[3]和《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）為研究基準(zhǔn)，嘗試對(duì)比同類指標(biāo)，見(jiàn)表1。綠色建筑有明確的推薦技術(shù)措施以指導(dǎo)建筑的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)，并以相應(yīng)技術(shù)措施的選用情況作為評(píng)判依據(jù)。而低碳建筑不強(qiáng)調(diào)某一具體技術(shù)的選用，而是以建筑全生命周期的碳排放量作為評(píng)判原則。

從表1中可以看出，《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS727-2020除了未提出購(gòu)買外部可再生能源、碳信用和綠證外，能夠基本涵蓋《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）中對(duì)應(yīng)的建筑性能要求，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具有明顯的相似度。但在具體的指標(biāo)要求上，《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）的部分條款要求更高，如綠色建材的應(yīng)用比例比綠建最高指標(biāo)還高出20%?！毒G色超高層建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS727-2020的內(nèi)容設(shè)定更為詳細(xì)全面，還有較多與碳排放無(wú)關(guān)、但能提高規(guī)劃設(shè)計(jì)和健康安全的條款。

表1為本文的超高層建筑綠色低碳設(shè)計(jì)策略提供了基礎(chǔ)研究框架。低碳建筑以建筑全生命周期的碳排放量作為評(píng)判原則，在具體低碳技術(shù)定性選用上仍可繼續(xù)參考綠色建筑的成熟技術(shù)。但在定量計(jì)算碳排放量時(shí)需要依據(jù)《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）和《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51366-2019的公式。此外，本文聚焦低碳設(shè)計(jì)策略，購(gòu)買外部可再生能源、碳信用與綠證來(lái)抵消碳排放量的措施不在本文探討范圍內(nèi)。

3超高層低碳建筑技術(shù)路徑

超高層綜合體對(duì)于可持續(xù)性來(lái)說(shuō)既有有利因素又有不利因素。有利因素包括節(jié)約用地，減少交通需求，可進(jìn)行功能復(fù)合和設(shè)施共用，在提升城市形象、拉動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要的作用。不利因素包括形成“熱島效應(yīng)”、光污染和高層風(fēng)，需要大量的能耗來(lái)維持良好的室內(nèi)空間環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行。

根據(jù)《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（下文簡(jiǎn)稱“碳中和導(dǎo)則”），建筑領(lǐng)域碳排放包括建材生產(chǎn)及運(yùn)輸、建造及拆除、運(yùn)行等建筑全生命期內(nèi)各個(gè)階段的碳排放總量，其中運(yùn)行階段碳排放在建筑全生命周期中占比最大，其次是建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段的碳排放。結(jié)合表1總結(jié)的技術(shù)路徑，本文探討超高層建筑在建材生產(chǎn)運(yùn)輸和運(yùn)行兩個(gè)階段的低碳設(shè)計(jì)策略。

3.1建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段的低碳設(shè)計(jì)策略

建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段的碳排放包含建材原材料獲取和上游生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸至建材加工生產(chǎn)地及建材加工制造過(guò)程消耗能源所釋放的二氧化碳。“碳中和導(dǎo)則”提供了具體的碳排放量計(jì)算公式。

其中，CJC代表建材在生產(chǎn)階段的碳排放量，Cjc，i和Crm，j分別達(dá)標(biāo)第i中建材的產(chǎn)品碳排放量和第j種原材料的產(chǎn)品碳排放量，Mjc，j代表第i種建材生產(chǎn)用第j種原材料的重量，Dj代表第i種建材生產(chǎn)用第j種原材料的平均運(yùn)輸距離，Tj代表第i種建材生產(chǎn)用第j種原材料的平均運(yùn)輸距離，Ejc，j代表第i種建材生產(chǎn)用第j種原材料的平均運(yùn)輸距離，EFj代表第i種建材生產(chǎn)制造過(guò)程使用的第j種能源的碳排放因子。

結(jié)合公式（1）和（2），為了降低建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段的碳排放，超高層建筑應(yīng)從“節(jié)材”和“本地化”兩方面實(shí)現(xiàn)低碳設(shè)計(jì)。參考綠色建筑設(shè)計(jì)措施，“節(jié)材”可包括：結(jié)構(gòu)優(yōu)化節(jié)材，材料循環(huán)利用，土建裝修一體化，大空間設(shè)計(jì)，采用高性能建材和具有EPD環(huán)境產(chǎn)品聲明的綠色建材等，最終目的是減少建材用量?！氨镜鼗敝竷?yōu)先采用本地化建材，從而減少建材的運(yùn)輸距離。

3.2.建筑運(yùn)行階段的低碳設(shè)計(jì)策略

建筑運(yùn)行階段碳排放計(jì)算范圍應(yīng)為建設(shè)工程規(guī)劃許可證范圍內(nèi)能源消耗產(chǎn)生的碳排放量和可再生能源及碳匯系統(tǒng)的減碳量，具體包括暖通空調(diào)、生活熱水、照明及電梯、可再生能源、建筑碳匯系統(tǒng)等。本文依據(jù)《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51366-2019分析運(yùn)行階段碳排放，包含可再生能源和碳匯系統(tǒng)的減碳量。建筑運(yùn)行階段的碳排放計(jì)算公式為：

其中：CM代表建筑運(yùn)行階段單位建筑面積碳排放量，Ei代表建筑第i類能源年消耗量，EFi代表第i類能源的碳排放因子，Ei，j代表j類系統(tǒng)的第i類能源消耗量，ERi，j代表j類系統(tǒng)消耗由可再生能源系統(tǒng)提供的第i類能源量，CP代表建筑綠地碳匯系統(tǒng)年減碳量，A代表建筑面積。

結(jié)合公式（3）和（4），為了降低運(yùn)行階段碳排放，超高層建筑應(yīng)從“減荷”、“提效”和“碳抵消”三方面實(shí)現(xiàn)低碳設(shè)計(jì)?！皽p荷”指的是被動(dòng)式設(shè)計(jì)節(jié)能，包括微環(huán)境設(shè)計(jì)、建筑本體設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能和熱橋氣密性處理，約可實(shí)現(xiàn)節(jié)能15%的目標(biāo)。“提效”指的是采用高性能機(jī)電設(shè)備、節(jié)能照明和電梯等措施，約可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%的目標(biāo)?！疤嫉窒敝傅氖强稍偕茉春吞紖R抵消，并通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)和運(yùn)行管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能15%～30%的目標(biāo)。歐洲部分零能耗和零碳建筑就是靠被動(dòng)式技術(shù)和可再生能源實(shí)現(xiàn)的。

4案例分析

珠江城大廈位于廣州珠江新城，由美國(guó)SOM設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目用地面積約1.06萬(wàn)m2，建筑面積約22萬(wàn)m2，包括309.4m高71層的塔樓和3層裙樓。項(xiàng)目充分利用廣州地區(qū)氣候特點(diǎn)，以“零能耗”作為最高設(shè)計(jì)目標(biāo)，在建成之初就被稱為“世界最節(jié)能環(huán)保的摩天大廈”。與第2節(jié)提出的低碳技術(shù)措施一致，珠江城大廈主要通過(guò)節(jié)材、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能、設(shè)備提效和可再生能源利用實(shí)現(xiàn)低碳超高層建筑，與同等規(guī)模的其他建筑相比，珠江城大廈的總能耗可以減少58%。

4.1體型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

項(xiàng)目進(jìn)行了體型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。珠江城大廈體態(tài)呈流線型。大廈外立面在設(shè)備層24層與50層各設(shè)置一對(duì)貫穿南北的風(fēng)洞，風(fēng)洞的設(shè)計(jì)減緩了風(fēng)力對(duì)建筑的橫向沖擊，從而降低了建筑對(duì)鋼材與混凝土的用量，相應(yīng)的也減少了建材生產(chǎn)運(yùn)輸階段的碳排放量。

4.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

廣州地處夏熱冬暖地區(qū)，夏季炎熱，建筑遮陽(yáng)技術(shù)是該地區(qū)節(jié)能技術(shù)的重要組成部分。為了起到降低運(yùn)行階段碳排放的目的，珠江城項(xiàng)目南、北立面采用內(nèi)呼吸雙層玻璃幕墻、中空Low-E玻璃、電動(dòng)遮陽(yáng)百葉等，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能。雙層玻璃幕墻同時(shí)也具有自然采光和自然通風(fēng)效果好等特點(diǎn)，可根據(jù)氣候與天氣條件的變化統(tǒng)一智能控制空腔內(nèi)遮陽(yáng)百葉，將自然光引入辦公室。

4.3高效機(jī)電設(shè)備

珠江城項(xiàng)目使用了輻射制冷帶置換通風(fēng)系統(tǒng)，充分應(yīng)用了先進(jìn)的革新技術(shù)，包括：冷卻盤管冷凝水回收、熱冷回收以及高效加熱和制冷機(jī)房等，可以在整體節(jié)能率上達(dá)到46%左右。冷輻射吊頂使用范圍為9～58層的標(biāo)準(zhǔn)層，面積共35，000m2。由于溫差不同，在空調(diào)的冷負(fù)計(jì)算上可以節(jié)省25%的能耗。冷輻射吊頂不僅節(jié)能，還可以節(jié)省材料，吊頂系統(tǒng)可以使層高降低，增加了室內(nèi)空間的利用率。

4.4建筑光伏一體化

廣州地區(qū)在6至10月的太陽(yáng)輻射充足，適合利用太陽(yáng)能。珠江城大廈采用了建筑光伏遮陽(yáng)一體化設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)在珠江城東西兩個(gè)側(cè)面的31～70層所有遮陽(yáng)百葉的上半部分以及屋頂玻璃位置。東西兩側(cè)系統(tǒng)采用“5mm超白鋼化玻璃+PVB膜+硅電池片+5mm普通鋼化玻璃”組成的光伏組件，用以取代位于建筑東西兩側(cè)水平機(jī)翼型遮陽(yáng)板的上半部分。在采光頂位置采用光伏組件替代原有建筑材料，既能利用太陽(yáng)能電池片達(dá)到遮陽(yáng)效果，又不會(huì)對(duì)室內(nèi)及室外產(chǎn)生眩光影響。這種立面做法適應(yīng)廣州地區(qū)東西向時(shí)段太陽(yáng)高度角較低的氣候特點(diǎn)，保證了視線通暢，遮擋了大量太陽(yáng)輻射，確保電池板有充足的受光時(shí)間，從電池板面積與發(fā)電時(shí)間上保障了建筑整體的太陽(yáng)能發(fā)電效率。在經(jīng)濟(jì)效益方面，整個(gè)光伏系統(tǒng)總功率為24KWp，系統(tǒng)輸出電量為20164.4KWh/年。按照25年的使用期限可累計(jì)發(fā)電約50.41×104KWh，比傳統(tǒng)的發(fā)電模式節(jié)約電費(fèi)50萬(wàn)元。

4.5屋面風(fēng)能一體化

珠江城項(xiàng)目在設(shè)備層24層與50層的風(fēng)洞內(nèi)安裝了4個(gè)垂直軸風(fēng)渦輪發(fā)電機(jī)，見(jiàn)圖2。垂直軸風(fēng)機(jī)可以適應(yīng)廣州不同的季候風(fēng)風(fēng)向，其最低啟動(dòng)發(fā)電機(jī)風(fēng)力僅需2.7m/s，設(shè)備運(yùn)行噪聲較小，對(duì)上下樓層影響低，維護(hù)方便。據(jù)測(cè)算，4臺(tái)風(fēng)機(jī)每年可產(chǎn)電20多萬(wàn)度，節(jié)約電費(fèi)約17萬(wàn)元，節(jié)能20%。

5結(jié)語(yǔ)

文章以《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》T/CECS727-2020、《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（第一版）和《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51366-2019為基準(zhǔn)確定了研究基礎(chǔ)框架和低碳技術(shù)路線，通過(guò)案例調(diào)研總結(jié)分析了低碳技術(shù)的適應(yīng)性，指出在具體低碳技術(shù)選用上仍可繼續(xù)參考綠色建筑的成熟技術(shù)，具體包括5大類21種技術(shù)措施，并對(duì)具體技術(shù)的選用提出了指導(dǎo)建議，最后通過(guò)具體案例分析了低碳技術(shù)的應(yīng)用情況。這五大類技術(shù)中，節(jié)材、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能、設(shè)備提效、可再生能源利用是超高層建筑主要采用的較為成熟的低碳技術(shù)措施。文章總結(jié)的技術(shù)路線和適應(yīng)性技術(shù)可直接指導(dǎo)超高層建筑綠色低碳技術(shù)的選用，為超高層建筑朝著綠色低碳方向發(fā)展提供有益的借鑒。

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