超高层绿色建筑技术的应用

上海中心大厦位于上海浦东陆家嘴金融贸易中心区，建筑总高度632米，是目前中国最高、全球第二高的摩天大楼，也是同时获得中国绿色建筑三星和美国LEED-CS白金级双认证的世界最高绿色建筑。来看看采用了哪些绿色建筑技术。

工程概况

大厦用地面积30368平方米，总建筑面积57.6万平方米（其中地上38万平方米），地上由裙房和塔楼两部分组成，共分9个区设计，1区商业，2~6区办公，7~8区酒店与公寓，9区观光层，主楼地上共124层，地下共5层。

一、机电系统

1.分布式能源利用技术

分布式能源系统是一种成熟的能源综合利用技术，它具有靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点。分布式能源系统有多种形式，独立的大中型建筑使用的冷热电三联供（简称CCHP）就是其中一种。

大厦采用燃气冷热电三联供系统即是以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统，它以城市天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时利用排气热量提供生活热水。能源利用率从一般的40%可提高到80%，大大节省了一次能源。

2.变风量空气调节技术

变风量空调系统是利用改变进入空调区域的送风量来满足负荷变化的一种空调系统，与定风量系统相比最大的优点在于节能。1.减少空调风机运行能耗，空调风机的电力消耗全年平均可减低50%以上。2.利用室外新风作为冷源，降低冷系统的运行能耗。3.能量动态转移。充分考虑了瞬时负荷及内外区的热平衡。

系统总送风量为各时段中所有区域要求风量之和的最大值，而不是所有区域要求最大值之和。前者通常只占后者的70~90%，显著减少系统的总送风量。目前变风量空调系统主要由单风管变风量系统和双风管变风量系统两种。变风量末端有变风量箱和变风量风口两种类型。

3.热回收利用技术

大厦在运营过程中酒店、办公等会产生大量的热空气，特别是大厦有24个直接对外营业的大空间的空中花园，在夏季会集聚温度较高的热空气。热回收利用技术就是将这部分热空气进行回收，采用热泵型热水加热器，为酒店提供生产生活热水。大厦设计成空气—水热泵系统，采用ECM电机的风机盘管机组。

4.地源热泵技术

利用浅层地热资源进行供热制冷的环保型空调系统。在冬季把土壤中的热量“取”出来供给室内用于采暖，在夏季把室内的热量“取”出来释放到土壤中去。它的特点是环保，没有燃烧过程，无污染排放；毋需使用冷却塔，不向外排热；不抽取地下水，不破坏地下水资源。地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%。

5.涡轮式风力发电技术

大厦高空屋顶上，平均风速可达8~10m/s，非常适合利用风力发电。因此，屋顶的外幕墙上开3个很大的开孔，安装上270台500瓦的风力发电机，每年可以产生1135千瓦时的绿色电力，供屋顶、观光层中的设备使用。

风力发电具有如下的优越性：一是风力发电是一种干净的自然能源；二是风电技术日趋成熟，是一种安全可靠的能源；三是风力发电的经济性日益提高，其发电成本已接近煤电，低于油电与核电；四是风力发电建设工期短，单台机组安装仅需几周。风车按旋转轴的方向划分有两种最主要的形式：水平轴式转子和垂直式转子。二者相比，垂直轴式转子的转抽与风向成垂直，设计较简单，不必随风向改变而转动调整方向，轮页的旋转是依赖作用于顺风和逆风叶片部分的阻力差。大厦采用了垂直轴转子涡轮发电机。

6.雨/中水收集利用

作为超高层建筑，其雨水收集系统设计也较为复杂。塔楼屋面雨水接入4根雨水立管并在每区的设备二层转折消能。66层设200m?水箱用于收集屋面雨水，雨水经砂滤处理后泵入同层中水箱。多余的雨水经溢流管进入地下五层8个储水箱（总容量1,365 m?）。裙房因雨水量较大，单独采用一套屋面虹吸雨水系统进行收集后汇入地下储水箱，其他场地的雨水先经室外雨水井再流回大楼地下储水箱。

大厦同时也收集建筑优质杂排水进行回收，用于办公、裙房冲厕、室外水景补水、绿化浇灌、室外道路冲洗、地下车库冲洗等，以实现非传统水源利用率最大化。中水原水收集、处理系统分为两套。一套设置在66层，负责收集、处理66层以上的中水原水；另一套设置在地下室五层，负责收集、处理地下五层至65层的中水原水。中水处理采用MBR膜生物反应器处理工艺，年最大可用中水量达到24.6万吨，非传统水源利用率超过25%。

7.绿色智能运营管理

大厦作为一栋多功能性超高层商业建筑，为保证节能高效运营，完善的能源分项计量和智能管理系统必不可少。根据设计，大楼智能化系统包括：安全防范系统（SE）、信息通信系统（TC）、音视频系统（AV）、楼宇设备控制管理系统（BMS）、时钟系统和中央集成管理系统（IBMS），其可监控机电设备运行工况，创造良好空气环境和照明环境，提供安全可靠工作和消费环境及快速、安全的网络平台和便捷信息交互平台。

二、建筑结构

1.幕墙被动式节能设计

大厦采用内外双层幕墙形式，外幕墙采用夹胶玻璃，内幕墙采用低辐射中空玻璃，内外层幕墙之间的空间为热缓冲区域，以降低玻璃幕墙的传热系数。

为降低太阳辐射对于建筑能耗的影响，并综合考虑安全、美观与后期维护因素，整体采用玻璃自遮阳和水平固定外遮阳方式。其中外层幕墙采用的遮阳措施为：1.采用彩釉玻璃和玻璃肋降低幕墙综合遮阳系数；2.采用固定水平遮阳板降低幕墙综合遮阳系数。幕墙采用退台式方案，设计过程中在单元幕墙上外挑100mm水平遮阳板以进一步提高遮阳效果。不仅如此，退台式设计方案还可有效降低幕墙给周边环境造成的光污染。

2.建筑结构优化设计

大厦结构设计综合经济性及对抗侧刚度贡献和安全性等因素后，采用巨型框架-核心筒-外伸臂体系，并在此基础上进行了多方面的节材优化。

选定旋转角度为120°，不仅满足建筑要求又达到风荷载较小目标的最佳角度。与原方案相比，风荷载减小25%，从而减小了巨柱尺寸，节省了结构材料、增大了可利用楼层面积。

三、其他

1.自然光综合利用

大厦上部分兼顾考虑幕墙的节能性和可见光透射性，以在满足节能的前提下，尽可能多地利用自然采光。地下部分则通过下沉式广场和地下花园等措施强化自然采光效果。根据图9中的分析结果，大厦地上部分约89.9%的主要功能空间满足采光标准要求，地下一层采光系数大于1%的面积约占38.1%，地下二层约占19.7%。

2.建筑节材策略

大厦大量采用本地化材料，根据施工资料统计，其本地化材料利用率达到94%。基础、柱、核心筒墙中使用强度等级C60及以上混凝土，组合楼板使用强度等级为C35的混凝土，项目在竖向承重结构中使用C50及以上高强混凝土占竖向承重结构混凝土总用量的72.1%，高强度钢筋使用比例达到77.35%，使用的大量钢材、玻璃幕墙等可再循环材料使用比例达到28.9%，在施工过程中材料回收利用比例达到了38.68%。

3.绿色建筑目标全过程控制

鉴于大厦特殊性与复杂性，为确保三星级目标实现，项目采用全过程目标控制咨询模式，即首先基于现有绿色建筑评价标准在超高层建筑应用中存在的不适应性，根据超高层建筑特点与绿色建筑发展理念，提出绿色超高层建筑评价技术指标体系与评价方法，在此基础上结合国内外先进绿色技术发展动态架构大厦绿色建筑整体解决方案与技术路线，提出具体阶段目标要求，编制绿色建筑设计指南，开展重大问题专项攻关，优化建筑设计方案与技术参数，审核建筑设计图纸，把关招投标文件，分阶段组织项目评审，分步骤实现项目建设目标。

结语

通过上述技术实施，理论上大厦每年可以节约能源成本1930万元，成本节约率达25%。

不难看出，绿色建筑能耗显著降低、室内环境质量显著提高、对周围环境影响显著下降、高效稳定运行的低碳和可持续发展的特点离不开科学的技术手段。而机电系统是绿色建筑的重中之重，也是铂诺客一直潜心研究的方向。