綠色建筑研習社策劃編著的《超低能耗建筑產業實踐》一書已由四川科技出版社出版發行，其中《項目篇》收錄了11個超低能耗建筑項目，介紹了其規劃設計、節能策略、技術應用、運維管理、能耗數據等內容。本文介紹的項目為：北京市建筑設計研究院C座改造項目，作者為中國建筑科學研究院有限公司建科環能科技有限公司康一亭、吳劍林，北京市建筑設計研究院有限公司何荻。

摘要

北京市建筑設計研究院C座改造項目最大程度地保留了原建筑主體結構，采用高性能保溫體系和門窗，加強建筑圍護結構熱工性能；利用全自動控制電驅動外遮陽，提供高靈活性的遮陽系統；并在方案階段綜合考慮自然通風和自然采光的應用，降低建筑能耗。項目在低碳節能改造方面的增量成本約為1247元/m2，能源消耗量為70.69 kW·h/(m2·a)，節能率達到63.87%。

關鍵詞

節能改造；綠色減碳；增量成本；建筑能耗

北京市建筑設計研究院C座改造項目位于北京市南禮士路62號北京市建筑設計研究院公司院區內中心偏東側地塊。項目總建筑面積8652m2，其中地上建筑面積7690m2，地下建筑面積962m2，建筑功能為辦公。項目于2018年10月開工，2019年底完成改造工作，2020年5月投入使用。

建筑建成于1982年，經過30多年的使用，已出現樓板開裂、鋼筋外露、周邊懸挑梁變形等問題。建筑原圍護結構保溫性能失效，氣密性能較差，節能效果不佳。建筑能源系統和照明系統運行年限長，設備能效水平低，運行安全性和可靠性降低。建筑已經不符合現行國家標準的抗震能力要求和建筑節能要求，存在嚴重安全隱患和能耗偏高問題。由于其位于北京市核心區且南側緊鄰住宅樓，因此，在改造過程中不能開展大規模建筑外立面施工，避免施工過程中噪音、粉塵、廢棄物給周邊居民帶來不利影響。

圖1 北京市建筑設計研究院C座改造項目

為了提高建筑綠色低碳發展水平，基于國內外綠色、健康、節能建筑標準，確定項目1~4層改造目標為LEED鉑金級，WELL鉑金級，健康建筑三星級，全樓改造目標為近零能耗建筑、綠色建筑三星級，旨在建造安全、近零能耗、智慧、健康建筑示范工程。北京市建筑設計研究院C座是國內首個綠色、健康、近零能耗建筑高標準的改造項目。建筑節能低碳改造應優先通過高性能圍護結構系統降低建筑冷熱需求，但考慮到建筑施工條件的限制，最終確定在原有圍護結構外墻內側增加內保溫，提升圍護結構保溫性能。內保溫在建筑關鍵節點工藝做法方面受較多因素影響，須重點把控。為了進一步降低建筑碳排放，建筑采用高效機電設備，充分利用可再生能源，結合智能化運維系統達到綠色低碳運行效果（圖1）。

1 圍護結構被動節能改造

本案例考慮降低拆改過程中造成的碳排放和對周邊環境的影響，采用了增加巖棉和STP真空絕熱板作為內保溫的方式，同時配備高性能外窗與遮陽系統，達到優化圍護結構的目標。

項目改造前圍護結構僅采用200mm加氣混凝土，其中東向和南向在2000年改造工程中增加了50mm的聚苯板保溫層，建筑門窗傳熱性能、氣密性均較差。圍護結構已不滿足現行國家相關節能標準要求。受項目改造條件限制，無法在建筑外立面進行大規模施工，最終確定基于原有圍護結構在外墻內側增加內保溫。

外墻保留原有200mm加氣混凝土外墻，在外墻內側增加80mm厚巖棉板和30mm厚STP真空絕熱板，外墻平均傳熱系數達到0.21W/(m2·K)。同時，根據建筑方案和無熱橋設計需求，在局部節點或造型位置增加STP真空絕熱板，保障建筑保溫性能和無熱橋效果。屋面：屋面保溫采用300mm厚擠塑聚苯板，屋面平均傳熱系數達到0.14 W/(m2·K)。

外窗及外遮陽采用TP6（單銀Low-e）+16Ar暖邊+TP5+0.5V+TP5三玻中空，窗框采用鋁合金隔熱斷橋鋁型材，斷橋鋁型材表面采用氟碳噴涂，外窗整體傳熱系數達到1.0W/(?m2·K )，外窗氣密性等級達到8級，水密性等級達到6級。建筑南側、東側外窗設置室外電動遮陽百葉，室內每套外窗側設置遮陽卷簾（圖2）。

圖2 建筑外窗與外遮陽

保證建筑屋面、外墻、地面、外窗等部位無熱橋。建筑采用內保溫方式，其無熱橋設計節點包括保溫層連接部位、外窗與結構墻體連接部位、管道等穿墻或屋面部位，以及遮陽裝置等需要在外圍護結構固定可能導致熱橋的部位等（圖3~圖5）。

圖3 外墻大樣圖

圖4 外窗大樣圖

圖5 屋面大樣圖

按照《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350-2019，建筑氣密性指標達到換氣次數N50≤0.6。建筑氣密性對于實現近零能耗及近零碳建筑目標非常重要。良好的氣密性可以減少冬季冷風滲透，降低夏季非受控通風導致的供冷需求，避免濕氣侵入造成的建筑發霉、結露、損壞，降低室外噪聲和空氣污染等不良因素對室內環境的影響。

項目選用高性能的門窗，外門窗氣密性等級達到8級。在建筑設計和施工過程中，保障關鍵節點的性能，其中對建筑風道、給水排水管、電纜、空調水管、雨水管等孔洞位置均進行有效密封。

2 冷熱源系統改造

項目改造前采用市政熱力和冷水機組提供冷熱源，改造后重新匹配冷熱源機組，采用4臺模塊式空氣源熱泵主機，熱泵制冷COP達到3.75，制熱COP達到4.2。每臺空氣源熱泵主機有4個機頭，可以逐級進行調節，4臺主機共可按照16級變頻調節。建筑末端采用“風機盤管+新風系統”，新風熱回收系統全熱回收段效率為75%，當過渡季室外溫度低于28℃，相對濕度低于60%時，采用自然通風方式（圖6）。

圖6 空氣源熱泵機組

3 照明系統改造

室內照明燈具更換為高效LED節能燈具并配套智能化照明控制系統，實現分區分組、人感光感控制。項目改造前照明系統以普通白熾燈和節能燈為主，手動控制，照明系統節能潛力較大。項目改造后主要功能房間的照明功率密度為4~6.5W/m2。同時，增加智能照明控制系統，按建筑使用條件和天然采光狀況采取分區、分組控制措施。

4 可再生能源應用

為了進一步達到近零能耗和近零碳排放的目標，結合建筑造型和屋面條件，在充分考慮建筑光伏一體化的前提下，采用屋頂太陽能光伏系統，光伏設計面積為400m2。根據北京市氣象條件，全年發電量約為66014kW·h，屋面光伏系統全年發電量可滿足節能需求（圖7）。同時，室內布置綠植墻面和盆栽增加碳匯，間接降低建筑碳排放。

圖7 太陽能光伏系統

5 建筑智控系統

項目采用智能化監控運維系統對建筑室內環境參數、室外環境溫度和建筑能源系統進行實時監測，準確反映建筑的用能情況，監測能源系統運行狀態，實現對建筑的最佳使用效果。項目在建筑室內和室外設置溫度、濕度傳感器，監測環境舒適度。在冷熱源系統、能源系統末端等關鍵部位設置溫度、流量、壓力傳感器，通過監測能源系統的數據，設置合理的系統運行方案，完成自動控制。同時在建筑會議室和公共區域設置人感和光感傳感器，實現照明系統的智能控制。外窗和外遮陽采用自動控制方式，通過室外日照情況和室內人員情況，設定合理的控制方案，集中自動控制。通過監測數據遠程傳輸等手段及時采集分析能耗數據，實現在能耗監測平臺上對能耗統計結果進行分析展示的效果。

6 管理模式創新

項目改造期間采用全過程管理模式，從方案設計、施工圖設計、建筑施工、系統調試、建筑運行階段制定技術方案，應用一體化管理流程，組織各個專業和領域的工作人員開展項目研討會，相互協調和響應不同專業的需求。監督實施過程，保障實施效果。見圖8所示。

圖8 全過程一體化管理流程

1 節能降碳效果

針對項目改造方案，以滿足《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2015節能要求的建筑作為參照建筑，參照建筑能源消耗量為195.68 kW·h/(m2·a)，本項目建筑能源消耗量為70.69 kW·h/(m2·a)，節能率達到63.87%。根據碳排放計算結果，常規節能參照建筑碳排放強度為5583 kg CO2/m2，本項目通過采用多項綠色低碳技術后碳排放強度下降30.32%，降碳效果顯著。其中隱含碳排放強度為1142 kg CO2/m2，運行碳排放強度為2748 kg CO2/m2，運行碳排放占比70.64%。

2 經濟與社會效益

項目改造投資約1331萬元，相比常規建筑，改造建筑在根據《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2015建造基礎上，產生的增量成本如下表所示，投資費用增加了925.28萬元，增量成本約為1247元/m2。建筑節能減碳改造增量成本見表1。

表1 建筑節能低碳改造增量成本

既有公共建筑已成為我國建筑節能改造的重點，其具備節能改造的相關潛力。本示范項目為其它公共建筑節能改造項目提供了新技術應用參考，從而引導更多的既有公共建筑以高標準提升建筑性能。為了進一步提升建筑節能水平，強化建筑的綜合性能，延長建筑使用壽命，應積極推動并大量推廣該項目節能減碳改造模式。

本次改造最大程度地保留了原建筑主體結構，在對原主體結構進行加固改造的基礎上，對建筑方案進行了優化設計，采用高性能保溫體系和門窗加強建筑圍護結構熱工性能，利用全自動控制電驅動外窗和外遮陽提供高靈活性的遮陽系統，并在方案階段綜合考慮自然通風和自然采光的應用，降低建筑能耗需求。建筑能源系統以空氣源熱泵系統作為獨立冷熱源。利用高效LED燈具及智能照明控制系統降低建筑照明能耗，全樓機電設備設施完成了更換，對全樓進行裝修改造，綠色化改造。建筑充分利用可再生能源，設置400m2的屋面光伏系統為公共區域照明供電，以進一步達到建筑近零能耗和近零碳的目標。建筑改造應用健康建筑元素，通過在空調系統設置活性炭過濾、高壓靜電除塵等空氣凈化裝置保障室內空氣質量；全樓設置直飲水凈化系統為員工提供便捷干凈的飲水來源；室內采用健康高質量光源，提供舒適的光環境；員工工位配備人體工程學工位，公共區域設置健身工位，鼓勵健康的工作方式；建筑應用智能化監測系統，實現空氣質量監測、水質在線監測、照明分區分組控制、樓宇設備自動化運維等功能。

既有建筑改造項目可以通過：外圍護結構及保溫結構改造、更新外門窗和遮陽、冷熱源機房改造、熱回收機組加裝、應用節能自控照明設備、裝配光伏發電等措施，在不改變主體結構的情況下，在安全改造的同時，開展綜合節能改造工作，解決建筑年代久遠、基礎條件差、鄰近住宅樓等問題，探索并實施近零能耗建筑、綠色建筑、健康建筑、智慧建筑技術改造，提高建筑物使用的安全性、舒適性和健康性。