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张江集电港办公中心改造工程项目名称张江集电港办公中心改造工程建设地点上海市浦东新区张江高科技园区集电港二期改造设计时间2006年12月资料提供单位中国建筑科学研究院上海分院、上海张江集成电路产业区开发有限公司改造施工单位上海张江集成电路产业区开发有限公司建筑面积23710㎡改造面积23710㎡结构类别混凝土框架结构、钢结构竣工时间2007年12月1．工程概况张江集电港创新之家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，总布置如图1所示，绿化率、绿化面积和停车数等规划指标，主要技术经济指标如表1所示，改造后效果图如图2所示。图1总布置图图2张江项目改造后效果图主要技术经济指标表1基地面积32093㎡地下停车位127总建筑面积23710㎡非机动车停车位240绿化率44%地上停车数84地下车库5076㎡2．改造目标2．1坝目背景张江集电港办公中心(创新之家)，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。2．项目改造前存在的问题张江集苎港办公中心原建筑建成于2005年，用途为小型双单元连体办公空间。改造前的项目(见图3)存在着一些问题，主要有以下几个方面：图3项目改造前实景照片2.2.1整体环境方面1）中央环岛人车混流，楼前停车，形成区内空气污染和安全隐患；2)建筑体形系数较大，结构复杂，运营能耗比较大；3)泊车位未满足规范标准；4)未满足绿化种植标准2.2.2建筑围护方面1）建筑外墙未满足《公共建筑节能标准》的要求；2)大量玻璃幕墙均采用的是普通中空玻璃及非断热铝合金型材；3)屋顶未满足《公共建筑节能设计标准》的要求；4)整体节能率不高。2.2.3能源利用方面1)无可再生能源的利用；2)无非传统水源的利用。2．2．4连接功能方面未满足六栋楼的整体内部使用。2．3项目改造技术特点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。2．4改造技术目标2．4．1建筑节能目标≥65％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。2．4．2中庭零能耗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。2．4．3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／T18920—2002)的水质要求，全部回用于建筑冲厕、绿化用水。3．改造技术3．1建筑改造3．1．1选址与规划本项目位于浦东张江高科技园区东部扩展区一集电港二期东块内，该区域属“聚集张江”宏伟战略的核心区域。项目中的原六栋单体建筑，属于张江集电港二期五组团，经扩建后形成A栋、B栋、C栋、D栋、E栋、F栋和A+B扩建区(中庭)，C+D扩建区(多功能厅、休闲，餐厅、展厅)。此外，由于改造前各栋建筑都相互独立，缺乏连贯性和整体性，在改扩建设计中特地加入新建连廊部分，与原建筑和改扩建部分组成了完整的办公中心。3．1．2旧建筑利用本改造项目充分利用尚可使用的旧建筑，既是节地的重要措施之一，也是防止大拆乱建的控制条件。“尚可利用的旧建筑”系指建筑质量能保证使用安全的旧建筑，或通过少量改造加固后能保证使用安全的旧建筑。在建筑型体设计中，原建筑为三层结构，四面玻璃幕墙，大于1：1的建筑间距。为了解决夏季过量太阳烤炙的问题，同时又能确保在冬季最大限度地采集有用的热能，本项目设计通过在原有建筑上增加连接体，减少表面积和体积之比，以减小室外负荷并同时考虑阳光的遮挡和采集。外置连廊既满足了六栋楼之间的内部联系，也起到了自身遮阳的效果。3．1．3地下空间的利用1)地下车库新建部分全部设置地下车库，实现土地多重利用，提高土地利用效率，实现了节地的要求。地下车库面积5076．32㎡，地下机房面积239㎡，共计5315．32㎡，地下面积与建筑占地面积比为17．7％。2)地源热泵的地下空间利用本项目充分利用中庭、C楼南部停车场和B楼西部道路地面的地下空间布置地源热泵系统的地埋管，利用面积200㎡以上。3．2围护结构节能设计3．2．1外墙节能改造方案本工程为改扩建项目，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，如图4所示。图4天然粉刷石膏聚苯板外墙内保温系统构造图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，如图5所示。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。3．2．2生态种植屋面基于绿化、功能和视觉需求，本项目将原有的建筑普通屋面改造为生态屋面，布置位置如表2所示。同时，考虑到老屋面防水翻修和新屋面防水施工，在原有屋面防水层上加设一层耐根穿刺防水卷材，在植物选择上以耐寒、耐旱、耐贫瘠的浅根性苗木为主配以简单的日常养护，长势良好，景观效果佳，种植屋面效果如图6所示。生态屋面设置表2A、B楼靠近中厅位置A、B楼为主要办公场所，特别是靠近中厅位置多位高级办公人员的办公场所，为保证良好的办公环境，因此选用生态屋面。中厅北侧屋面中厅为生态中厅，屋面大多为玻璃幕墙屋面，为保证中厅的生态环境、凸现中厅的生态果，决定在此处选用生态屋面。E、F楼E、F楼由于房间功能的需要，应具有良好的室内环境、温湿度应较为恒定、室内空气也应保证质量，满足休息和参观的要求，因此在此处选用生态屋面。图6种植屋面效果图本项目的部分屋顶荷载属于小于150kg的轻型屋面，因此要注重选择轻型、免维护的种植屋面，植物注意选择无需浇水维护的佛甲草。3．2．3中庭透明屋面本项目AB楼之间的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，效果图和实景图如图7、图8所示。图7中庭外遮阳措施图8生态屋面外遮阳实景照片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。3．2．4建筑外遮阳本项目六栋建筑物为大面积的玻璃幕墙，原幕墙采用普通铝合金+镀膜中空玻璃幕墙，根据所提供资料，镀膜中空玻璃的传热系数为2.8，遮阳系数为0.69。经综合能耗测算，远远达不到《公共建筑节能设计标准》节能50％的要求。为了弥补原幕墙的先天不足，就必须考虑采用外遮阳减少太阳辐射热进人室内以降低空调负荷。本项目采用DOE-2对整个工程进行建筑能耗模拟，经过DOE-2的模拟计算，考虑到施工难度和成本，本项目决定采用部分活动遮阳配合固定遮阳的遮阳方案。1)电动百叶卷帘活动外遮阳在东向、西向、南向没有建筑和连廊遮挡的部位设置电动遮阳卷帘，遮阳卷帘的遮阳系数SD=0.1，考虑外窗后的综合遮阳系数0.069，活动遮阳实景图见图9。图9活动遮阳实景图图10固定遮阳实景图2)固定铝板百叶外遮阳本项目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，如图10所示。此外，本项目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。3．2．5新建中庭采用呼吸式幕墙本项目中庭的双层呼吸式幕墙的通风百叶控制分为夏季模式、冬季模式、过渡季节模式三个状态。1)夏季模式夏季时，打开外层玻璃幕墙进排风百叶，在阳光照射下换气层空气温度升高自然上浮，形成自下而上的空气流，烟囱效应带走通道内热量，降低内层玻璃表面温度，减少制冷费用2)冬季模式冬季时，关闭通风层两端的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个温室，有效地提高了内层玻璃的温度，减少建筑物的采暖费用。3)渡季节模式过渡季节时，内外层百叶全部打开，加强室内的自然通风，提高室内舒适度。通过CFD风速和温度模拟，low-e玻璃的外表面的平均温度为33.05℃，外层玻璃内表面的平均温度为44.1℃。外循环呼吸幕墙可以使low-e玻璃的表面温度比室外温度低1℃左右，并且通过自然循环起到幕墙内通风的作用。3．3可再生能源利用3．3．1太阳能光伏发电张江集