绿色生态建筑：张江集电港办公
中心
摘要：通过对张江集电港办公中心的研究分析，了解可持续建筑的建设技术和社会价值。该办公中心采用的活动铝合金外遮阳、绿化种植屋面、双层呼吸式幕墙、太阳能光伏建筑一体化、地源热泵，生态建筑数据采集、监测和展示系统都有很强的应用和推广价值，为进一步进行绿色生态技术和研究和改进提供基础研究数据和实际运营经验，有很强的借鉴作用。现在，建筑能耗不断提高，不利于能源的长久使用，所以建立可持续的建筑是十分必要的。
关键词：可持续建筑，节能，可再生能源
一、可持续建筑的理念及原则
可持续建筑(sustainable building)是查尔斯·凯博特博士1993年提出的，旨在说明在达到可持续发展的进程中建筑业的责任，指以可持续发展观规划的建筑，内容包括从建筑材料、建筑物、城市区域规模大小等，到与这些有关的功能性、经济性、社会文化和生态因素。建筑是影响人类生存和发展最为重要的因素之一，耗费了大量的资源，在建筑的生命周期里面，所耗费的能源所占比例是人类在这一时期所消耗能源最大部分。所以，建筑的可持续发展将很大程度上影响到人类社会的可持续发展。搞好了建筑的可持续发展将对推进整个人类社会的可持续发展有重要意义。我国在可持续发展方面的研究和实践都较晚，但近几年来发展迅速。尤其是最近一两年来，国家将“可持续发展”引入“科学发展观”这一新时期基本国策。因此，可以看出：在中国未来的一段很长的时间里面，可持续建筑将会成为大势所趋，会得到长远的发展。符合可持续发展原理的设计需要对资源和能源的使用效率、对健康的影响、对材料的选择等方面进行综合思考，从而使其满足可持续发展原则的要求。
1 可持续建筑的理念就是追求降低环境负荷，与环境相接合，且有利于居住者健康。其目的在于减少能耗、节约用水、减少污染、保护环境、保护生态、保护健康、提高生产力、有利于子孙后代。
2 世界经济合作与发展组织对可持续建筑给出了四个原则和一个评定因素。一是资源的应用效率原则；二是能源的使用效率原则；三是污染的防止原则（室内空气质量，二氧化碳的排放量）；四是环境的和谐原则。
二、张江集电港办公中心简介
张江集电港办公中心绿色生态改扩建工程是由张江集团开发的建筑项目，总建筑面积约为23710m。，包括四幢办公楼、两幢餐饮会议楼、生态中庭、连接廊道等。该建筑群类型为低层办公建筑，地上三层，位于张江集电港二期五组团13～17、20号楼，共六栋。 项目于2006年12月～2007年12月期间进行了综合技
术改造。园区总平面规划满足相应的规划要求，总布置如左图所示，改造后效果如右图所示。
张江集电港办公中心，是张江高科技园区的管理和服务中心，园区本着建设成为国家自主创新示范基地的目标，倡导绿色、生态、鼓励和引导走可持续发展的道路：通过营造高科技园区的“创新之家”、“服务之家”、“健康之家”的创业氛围，结合自身条件，综合国内外先进生态技术，使生态技术与建筑、景观设计相结合，融人画匠互沽、工作环境，创造节能、健康的高科技生态园区。张江集电港办公中心项目采用了太阳能光伏、太阳能热水、地源(土壤)热泵空调技术。结合先进高效的围护结构节能技术，大面积采用了建筑活动外遮阳，呼吸幕墙+
外遮阳、种植屋面、外墙保温体系等，使示范建筑的节能目标达到65％以上。 该项目中最大的亮点是设置了生态中庭，通过地源热泵空调系统以及太阳能光电技术的结合利用，使浅层地热能和太阳能提供的能量足以能够提供A～B楼中庭的所有供热供冷、机械、照明能耗(安全和应急能源除外)，实现零能耗状态。同时利用太阳能光电板，设置在中庭顶棚和玻璃挑檐作为遮阳。既起到遮阳作用，又产生了电能。采用太阳能光热系统承担建筑物的所有生活热水负荷。通过采用中水回用技术，使建筑物所排放的所有生活污水能够回用于建筑物的冲厕用水和绿化用水。为达到节能目标，通过设计分析计算，采用了宽通道和窄通道呼吸式幕墙，传热系数可低至0.87(冬季)，1.14(夏季)。 成套活动外遮阳技术利用光感技术，可自动探测太阳辐射强度，根据当前情况由电脑控制进行开闭控制。根据春夏秋冬四季和不同的周边环境情况，也可由控制系统自动按预设模式进行控制。夏季最大限度遮挡阳光，冬季充分利用阳光辐射采暖。根据项目实际情况，对室内采光进行了计算，大量设置反光和折射板，实现天然光照明。最大限度实现采光和节能的协调。项目进行了风压和热压结合实现自然通风的设计，使用了
玻璃拔风井道、通风百页等产品和技术，在过渡季的办公区域实现全自然通风。 建筑照明节能设计，运用一系列节能灯具和设备，达到建筑照明节能要求。该项目屋面采用保温屋面和种植屋面相结合设计，外墙采用节能保温体系。 以上技术的综合使用实现了夏季低能耗、冬季超低能耗乃至零能耗的目标。
1建筑节能目标 外墙实体部分采用性能优良、技术成熟的内保温构造；屋面也采用高效的保温隔热材料，并结合防水技术，以达到节能和改善顶部房间室内热环境的良好效果；玻璃幕墙(包括呼吸幕墙)使用高保温、高气密性的产品，以提高建筑整体保温隔热效果；建筑外立面考虑采用兼具美观效果的活动外遮阳，以降低夏季建筑整体隔热效果，又不影响冬季建筑采暖需求。
2中庭零耗能 新建中庭的采暖空调冷热源主要由地源热泵系统提供，地源热泵、采暖空调系统的能耗及建筑物照明等其他能耗由太阳能光电系统提供。通过地源热泵系统和太阳能光电的综合利用，使得中庭能够实现自给自足的目的，充分利用了地热能和太阳能，具有显著的示范作用。 3建筑生活污水零排放
所有建筑生活污水统一收集，经过污水处理，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB／T 18920—2002)的水质要求，全部回用于建筑冲厕、绿化用水。
三、张家集办公中心重点技术及规划方法
包括建筑节能设计、高效能设备和系统、节能高效照明、能量回收系统、可再生能源利用等。张江集成电路产业区总体布局按照张江园区内原有结构道路自然形成。基地内共有三横一纵四条主结构道路穿越其中，东西方向路为龙东大道、祖冲之路和高科路，南北方向道路为张东路。基地沿着道路自然分为二块相对独立的开发用地。 1规划概况及理念 规划区域位于上海张江高科技园区中集成电路产业区内，北临龙东大道，西靠申江路，南侧为园区拟建生活区，基地内水系丰富，除吕家浜由北侧穿越，另有创新河自北向南斜穿基地西南侧，规划将约3万平方公里的集成电路产业区分为研发基地和制造基地，其中研发基地共占地170公顷。规划区域主要为科技研发用地，基地东侧将建集电产业生产区，基地建成后，将成为国内外集电企业研发基地聚集区，并向集电企业总部及相关配套公司提供研发办公生活的理想场所。规划利用基地内的多种水系，将基地从中心研发地块辐射到两侧研发地块，使各地块上研发产业区能通过水作为媒介，辅以花园、社区、交通等方面的有机协调能紧密结合在一起，体现出21世纪高科技园区的典范。
2这次规划围绕："
水之园区、花园之园区、社区之园区、具独特个性之园区"四大主题进行园区的构思创意规划。A:水之园区；通过引水入地块，并将水面局部拓宽，在园区的研发区营造出临水而居的氛围，在园区内引入生态概念，丰富园区内的水景，使园区人性化、自然化。B:花园之园区；在园区中心将建一个中央绿地公园，使之成为一个核心地块，并在主道路形成不同形式景观绿化，各地块均形成外围节状绿色屏障，以点带线并牵动面，使公共空间和各地块空间能通过绿化紧密联系，使园区安静化、舒适化C:社区之园区；在每个研发区中均设立独立的生活服务区，使人们步行500米均能到达商业服务设施，能满足工作人员日常要求。D:具独特个性之园区（1） 各研发地块都能通过中央绿地环路送接，使交通便捷，并通过路幅宽度控制园区内的车流量。（2） 通过水景变化不同来建设中央绿地和具有集电产业区风格建筑的办公研发群落，突出园区独特的风格
3具体建造技术
外墙：该工程为改扩建项目，外墙主体及饰面已经施工完毕，为了不破坏原有建筑的外饰面，采用安全性高、维护成本低、使用寿命长、变温方式快的外墙内保温体系。通过热工计算，选用厚度为30mm的挤塑聚苯板，挤塑聚苯板导热系数为0.03，是外墙保温材料中性能比较好的材料，外墙主体传热系数达到0.86W／(㎡·K)。项目所采用的内保温系统主要构造为：外饰面+20mm水泥砂浆+200mm
混凝土空心砌块+30厚挤塑聚苯
板空气层+8mm粉刷石膏。
屋面：本项目的屋面分为两部
分，一部分是原有建筑结构屋
面，已经采用了25厚的挤塑聚
苯板做保温，改造时又将此部分
屋面改造为佛甲草种植屋面，加
强了屋面的保温隔热作用使整
体屋面传热系数小于0.60W/(m2.K)；又将此部分屋面改造为佛甲草种植屋面，加强了屋面的保温隔热作用；另外一部分是新建中庭的玻璃采光屋面，此屋面设计为集太阳能发电（BIPV构件）、采光、铝合金活动遮阳、流水景观为一体的智能生态屋面，夏季通过遮阳和水冷却采光屋面，冬季遮阳打开让阳光射入中庭。 外窗及玻璃幕墙：原有玻璃幕墙采用智能控制铝合金百叶活动外遮阳，夏季百叶闭合时遮阳系数可以达到0.2。新建中庭部分采用双层呼吸式幕墙，夏季外层通风百叶打开外循环利用对流散热，冬季通风百叶关闭形成封闭温室保温，过渡季节里外层百叶全部打开加强建筑的自然通风，同时双层内设活动遮阳百叶，幕墙整体传热系数1.8 W/(m2 .K)，百叶闭合时遮阳系数也达到0.2。本工程为玻璃幕墙体系，且为内框架结构，因此由钢筋混凝土形成的外墙热桥部位并不多，仅出现在部分外墙与屋顶、楼板、阳台连接的部位以及框架柱。考虑到内保温对热桥的割断作用较差，为了避免建筑热桥，在柱、梁、楼板等热桥部位加强处理，外墙的传热系数按照平均传热系数计算。外墙平均传热系数是指考虑了墙体上的热桥的传热损失之后的一个当量传热系数。现行的几本建筑节能设计标准都采用面积加权法来计算外墙平均传热系数，随着建筑保温材料的多样化，节点的构造方式越来越复杂，面积加权法计算得到的结果误差还是很大。本工程参照《居住建筑节能设计标准(征求意见稿)》附录B提出的基于二维稳态传热计算的方法，该方法与现行的ISO标准一致，能够比较好地反映热桥的传热影响。经过节能软件计算，改造后外
墙主体传热系数达到0.724。
4中庭透明屋面 新建中庭部分的屋面为断热铝合金玻璃幕墙，做外遮阳措施，遮 阳系数Sc为0.30，虽然设置了遮阳措施，但为了防止夏季中庭过热引起空调能耗过大，本方案设计了新型的水冷却玻璃屋顶系统。此设计不仅可以冷却屋面，而且动态流动的水给生态中庭带来了生趣，在炎炎夏日形成一道独特的景观。
冷却水的水源采用人工湿地的中水，独立设置水箱形成自循环系统，在水箱设置水位探测仪，当水箱水位低于设计值后由中水池补水。部分办公室及走廊斜面玻璃设置固定铝板百叶外遮阳，固定遮阳百叶一般设置在对采光要求较小的位置，否则必须设置活动遮阳，此外，新建工程部分包括连接六栋办公楼的新建连廊，新建连廊底层架空，跟建筑第二层等高，对原有建筑的第一、二层有一定固定遮阳作用。本方案遮阳设计对连廊遮挡较多的区域不再加设遮阳措施，充分利用连廊的遮阳作用。
四、可再生能源的利用
1太阳能光伏发电：张江集电港办公中心项目的中庭实现“零能耗”的建设理念，利用太阳能光伏发电，要求该光伏电站在天气晴好的日子里发出的电量至少保证所有使用太阳能光伏驱动负载不小于2～3小时的用电需求。本项目的太阳光电电池组件，确定太阳电池组件容量为40kW，其所产生的电量足够中庭内所有供热供冷、机械、照明能耗(安全和应急能源除外)。光伏电池、普通光伏组件安装在A、B楼屋顶上，光伏电站实时数据显示屏安装在中庭内的醒目位置处。整个光伏电站要求无人值守、自动保护。本并网光伏电站工程按40kWp设计，其中光伏幕墙按2000×1000m㎡。尺寸设计，共需要89片，约17kwp，其中在10°屋顶安装79片。剩余容量采用传统光伏组件
。
2 地源热泵系统：在中国，地能热泵还是一个刚刚开始的新制冷供热方式。由于北京等城市对大气污染的关注，取消煤锅炉供暖，在1998年-2003年，促使了水源热泵的快速流行，但水源热泵的在国外的应用实践表明，水源热泵只有在特定的条件下，才能取得较好的效果。更多的情况下，由于考虑到开采地下水可能带来的地质限制、水位沉降、水质污染、水井老化、回灌困难等问题，采用水源
热泵从建筑的LCA分析上并不是最佳。所以在2000年前后，国内的一些大学和厂家开始在国外技术的基础上建立了一些研究性的样板工程，从2004年开始，地能热泵的项目越来越多。但中国的现状是多种技术流派各种方案都在尝试流行，不同厂家推广的的技术方式差异很大，虽然相对于空气源和水源热泵，整体效果不错，但不同的系统间，差异却相当的大，在系统的设计中，也暴露了不少的问题。张江集办公中心根据负荷实际需求量，采用地源热泵系统设计容量AB楼700kW，中庭100kW，即满足冷/热负荷的设计要求，又方便调节。该项目A，B楼系统设计154个孔，埋深80m，孔径130-150mm，
孔间距为4m，中庭设计27个孔，埋深65m，孔径
130-150mm，孔间距为4m，系统采用单U埋管形式。
建筑动态负荷及土壤相关参数全部输人地源热泵专
业 模拟软件一地源之星进行模拟计算。系统运行第
一年，地埋管系统夏季最高平均水温为30.53℃，
出现在10月份，制冷季最后一个月，冬季最低平均
水温为11.68℃，出现在2月份，制热季最后一个
月；系统运行20年，地埋管系统夏季最高平均水温
为31.75℃：，出现在第238个月，也就是第20年
的10月份，第20年的制冷季最后一个月，冬季最
低平均水温为11.68℃：，出现在第2个月，第一年
制热季的最后一个月。
3非传统水源利用
（1）中水回用 本办公楼设计工作人员为250人，楼内有食堂可用餐，工作人员平时不住宿，污水性质为卫厕用水和食堂用水。按照常规经验和相关用水标准，这种类型的办公楼，每个工作人员一天的用水量为60L／d，污水产生量取90%，那么设计污水日处理量为：250人×0.06m³／(人·日)×90％=13.5m³／d，考虑污水量的波动性和特殊情况，取变化系数1．53，则本案设计污水日处理为13.5 m³／d×1.53=20 m³／d。 本项目污水处理量不大，处理方法采用人工湿地系统，如图13所示。人工湿地可用面积约260㎡。，根据人工湿地负荷承载能力0．1～0．15 m³／㎡·d测算，进人人工湿地的污水量35 m³／d左右比较适
宜，通过人工湿地至少可提供26 m³／d的中水。
（2)雨水回渗与积蓄利用 海属于降雨量很大的
地区，年降雨量 1300mm以上，在规划设计阶段要设
计好雨 水径流，包括地面雨水和建筑屋面雨水，减
少雨水受污染几率，避免雨水污染地表水体，保证暴
雨时周边地区的地表径流雨水对住区无 不利影响。
本办公楼节水改造中采用透水地面、雨水回收系统来
实现雨水回收及积蓄利用。
① 透水地面 本项目的非机动车道路采用透水地
面，铺设渗透性铺地材料，把不透水的地面砖换成透
水砖，通过透水砖的空隙吸收雨水；并通过透水砖下
面铺设碎石、沙砾、沙子组成的反滤层，让雨水渗入
到地下去，增加雨水的自然渗透，补给地卜水资源。透水地面的面积超过地面总面积的40％。 ② 雨水收集回用 本办公楼对屋顶雨水和其他非渗透地表径流雨水进行收集、利用。雨水收集回用系统设
置雨水初期弃流装
置和雨水调节池，雨水收集流入园区中水系统的调节池，用于冲厕、绿 化和景观水体。
3)污水收集与排放 本办公楼设置中水回用措施，日处理水量20m³／d。室内排水采用污废水合流制，并设置环形透气管。厨房设隔油器，经隔油后排人调节池，超过处理负荷的污水排入市政污水管网。
4节水措施 1)选用节水器具 ①节水龙头：加气节水龙头、 陶瓷阀芯水龙
头、停水自动关闭龙头等； ②坐便器：压力流冲击式
6L直排便器、3L／6I。两挡节水型虹吸式排水坐便器、
感式节水型坐便器等； ③节水淋浴器：水温调节器、
节水型淋浴喷嘴等； ④节水型电器：节水洗衣机。
2)节水效果 ①陶瓷阀芯、停水自动关闭节水
水龙头，节水量为20％～30％； ②6L的便器与9L的
坐便器相比前者可节水33％； 绿化节水灌溉 ③3L
／6L两挡节水型虹吸式排水坐便器可节水60％； ④
选用水温调节器、节水型淋浴喷嘴等节水淋浴器，节
水50％左右。
节水龙头
5节材与材料资源利用 建筑结构体系节材设计、预拌混凝土使用、高性能混凝土使用、建筑废弃物回收利用、可循环材料和可再生利用材料的使用、土建装修一体化设计施工、再生骨料建材使用等情况。
（1）建筑结构体系节材设计：新建建筑选用资源消耗和环境影响小的轻钢建筑结构体系；除功能设计外无任何大量装饰性建筑构件。
（2）预拌混凝土使用：本项目采用预拌混凝土，并采用散装水泥，可减少施工现场噪声和粉尘污染；减少材料损耗和节约水泥的包装纸袋对森林资源的消耗，保护生态环境。
（3）商品混凝土和商品砂浆：本办公楼全部采用商品混凝土和商品砂浆，商品混凝土610吨，商品砂浆总计120吨。
（4）建筑废弃物回收利用：对施工所产生的垃圾、废弃物，现场进行分类处理，直接再利用的材料在建筑中重新利用。本项目就旧建筑改扩建过程中产生的废弃物利用主要有如下几个方面：1、旧钢材和丝网印刷的新材相结合，制成园林指示地图和景观指示；2、旧材电箱背板和烤漆共同制成主要入口门庭等重要场所指示系统；3、旧消防箱剪切板和T型钢和新材玻璃，制成二期东块地图、张江地区地图和浦东地区地图。
（5）可循环材料的使用：1、本办公楼设计的建筑结构形式为混凝土框架钢结构，钢结构本身就是可循环利用的材料结构体系；2、本项目大面积应用干挂石材、涂料地坪、亚麻油地毯等可再循环材料，可再循环材料使用量超过20％。
（6）可再利用建材：本办公楼为改扩建项目，改建部分拆除的建材进行了回收利用，回收利用的建材包括了空心砌块、钢筋、钢楼梯、不锈钢扶手、幕墙玻璃、桥架、门框、电缆，再利用建材的使用量占总建材总量的8.9%。
四，张家集电港办公中心的可持续建筑对社会的影响
张江集电港办公中心绿色生态改扩建工程是顺应我国建筑产业的未来发展趋势的，改工程从绿色建筑市场需求出发，又回报于市场，主要反映在： 以科技革新建筑发展观。绿色建筑的发展将使我国建筑产业向注重科技含量，注重技
术集成，注重循环经济，彰显地域特色，强调整体设计，崇尚环境品质，凸显质
量和效益的方向转变。这是建筑发展观的重大更新，将引领中国建筑产业摆脱传统的落后局面，向重科学、重节约、重效益、重质量、健康协调的方向发展。能源使用方式的更新。绿色建筑将通过技术的集成，实现建筑能源利用方式的彻底更新，其中关键是逐步改变目前建筑能源利用的粗放状况，使建筑能耗实现非石化的低品质能源基础性、整体性的利用和高品质石化能源的局部性、精细性利用相结合的能源使用方式的更新，同时充分利用再生能源和清洁能源，并注重能源使用的适宜性要求。建筑营造技术的更新。主要包括设计技术体系的全面更新、建筑全生命周期的维护与更新技术的培育、建筑智能化使用与控制体系的培育和建筑材料体系更新、建筑结构体系更新、建筑设备体系更新、建筑施工体系更新以及建筑质量评价体系更新等。建设开发运行方式的创新。其中主要包括建筑质量的评价标准的更新、建筑开发的流程和过程控制模式的更新、施工过程技术含量的更新以及建设领域社会分工与专业细化方式的全面更新。张江项目正是从以上市场需求为切实出发点和最终回归点，通过各项节能技术、产品、施工和管理，进一步促进了绿色建筑市场的健康发展。
五文献综述
可持续性建筑涵括了很广的范围，包括自然通风（德国-北德清算银行），采暖制冷（荷兰-森林与自然研究所），室外百叶控制太阳光（英国-建筑研究所环境楼），对回收的建材进行加工（美国-GENZYME中心）,遮阳系统（德国-北德清算银行）和节能设计等等。 法国科学家克洛德·阿莱格尔在《城市生态，乡村生态》一书中写到“人类自从在非洲森林旁边出现以来就为了生存而与自然搏斗。人类在自然中‘盗取’了伙，挖走了金属；人类改造了它的土壤,整治了它的空地，开采了它的地下矿藏，污染了它的大气。现在的人类必须明白，开采时代结束了，展现出来的是一个管理与保护的时代。对抗的年代过去了，展现出来的是和睦的年代。”这也正是如今可持续建筑大热的原因！
参考文献
【1】姚成先.《建筑工程与环境保护》．中国建筑工业出版社．2005年出版，
【2】大卫·劳埃德·琼斯．《建筑与环境—生态气候学建筑设计》．中国建筑工业出版社、建筑轻工 业出版社．2005年出版
【3】初操,钱宜伦 2000年小康住宅[A].现代与未来的国内外新型建筑材料[C].中国建材工业出版社,1995.
【4】曹伟 生态建材。生态建筑。发展战略[J].新建筑,2001（5）。
【5】张帆,杨静 固体废物的污染防治及其管理[J].中国建材科技,2001（5）。
【6】聂梅生。论新世纪的我国住宅产业化[J].中国建材科技,2001（4）。
【7】祖奇根.《浅析我国绿色建筑的发展及对策》．科技创业月刊．2008\08
【8】建筑技术及设计.中国建筑技术研究.2000.10 参考文献
【9】刘颂豪 光电子技术与产业2004-4
【10】张居正;刘英义;;地下水源热泵技术在人防工程中的应用探讨[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年
【11】 邱丽娜;建筑领域节能减排步伐加快冰城新老住宅携手节能[N];黑龙
江经济报;2010年