摘要： 清华大学建筑技术科学系建造的超低能耗示范楼是绿色建筑相关技术的集成平台，综合了多项建筑节能技术和产品，涉及到智能围护结构、自然通风、个性化空调末端装置、湿度独立控制的送风方式、楼宇式热电联供系统、太阳能利用、监测和控制系统等多相关技术，本文对示范楼的节能设计和方案作了简单介绍。
关键词： 节能，技术集成，示范
Study on the integration of building energy saving technology
--- Introduction of low-energy consumption project in Tsinghua University
Department of Building Science Architecture School Tsinghua University Beijing 100084
Abstract: Low energy consumption project was one demo building constructed by the building science department of Tsinghua University. The energy saving technology integration used in this project included intelligent fa?ade， natural ventilation， personal ventilation air-conditioning terminal， humid dependent air supply mode， BCHP system and intelligent control system. This article introduced the building and technology scheme used in this project.
Key words: energy saving， technology integration ， demo building
清华大学超低能耗示范楼是北京市科委科研项目，作为 2008 年奥运会办公建筑的 “ 前期示范工程 ” ，旨在通过其体现奥运建筑的 “ 高科技 ” 、 “ 绿色 ” 、 “ 人性化 ” 。同时，超低能耗示范楼是国家 “ 十五 ” 科技攻关项目 “ 绿色建筑关键技术研究 ” 的技术集成平台，用于展示和实验各种低能耗、生态化、人性化的建筑形式及先进的技术产品。在此基础上陆续开展建筑技术科学领域的基础与应用性研究，研究和示范系列的节能、生态、智能技术在办公建筑上的应用。包括建筑物理环境控制与设施研究（声、光、热、空气质量等），建筑材料与构造（窗、遮阳、屋顶、建筑节点、钢结构等），建筑环境控制系统的研究（高效能源系统、新的采暖、通风、空调方式及设备开发等），建筑智能化系统研究。超低能耗楼还将成为展示与宣传各种最新技术的舞台，为技术交流、产研挂钩、知识普及搭建桥梁；成为清华大学与企业界合作开发、展示新产品的平台，以及向社会、大众宣传、展示建筑节能和可持续发展建筑概念、技术和产品的展台。
超低能耗示范楼座落于清华大学校园东区，建筑设计如图 1 所示，总建筑面积 3000m2，地下一层，地上四层。由办公室、开放式实验室或实验台及相关辅助用房组成 。从建筑全生命周期的观点出发，采用了钢框架结构。建筑物内部为灵活隔断，空调和强弱电系统为模块化结构，从而可根据不同使用要求极其方便地改变空间布局。
2 ．室内环境控制系统方案
2.1 自然通风利用 【 2 】
室内环境控制系统有限考虑被动方式，用自然手段维持室内热舒适环境。根据北京地区的气候特点，春秋两季可通过大换气量的自然通风来带走余热，保证室内较为舒适的热环境，缩短空调系统运行时间。
利用热压通风和风压通风的结合，根据建筑结构形式及周围环境的特点，在楼梯间和走廊设置通风竖井，负责不同楼层的热压通风。在建筑顶端设计玻璃烟囱，利用太阳能强化通风。此外在建筑外立面合适部位设置开启扇，使得室外空气在风压通风的作用下可顺畅地贯穿流过建筑。
2.2 湿度独立控制的新风处理方式 【 3 】
超低能耗示范楼共设置 4 台 4000m3/h 新风机组，通过溶液除湿设备的处理，可提供干燥的新风，用来消除室内的湿负荷，同时满足室内人员的新风要求。
目前空调工程中采用的除湿方法基本上是冷冻除湿，这种方法首先将空气温度降低到露点以下，除去空气中的水分后再通过加热将空气温度回升，由此带来冷热抵消的高能耗。此外为了达到除湿要求的低露点，要求制冷设备产生较低的温度使得设备的制冷效率低，因而也导致高能耗。
溶液除湿方式能够将除湿过程从降温过程中独立出来，利用较低品位能源进行除湿，同时减少显热冷负荷，不仅能够保证室内环境质量，而且还能降低空调能耗。
此外为保证室内空气质量要求有足够的新风，随之而来的新风负荷是空调系统高能耗的原因。示范楼的新风机组同时可实现全热回收效率超过 80 ％的高效热回收，可充分利用排风中的全热同时又保证新风不被排风污染。
2.3 模块化的末端调节设备 【 4 】
通过溶液除湿后的新风可带走室内的湿负荷，房间内的末端装置仅负责显热部分（冷冻水温度可采用 18℃ ），按照干工况运行，不存在结露现象，彻底避免了潮湿表面滋长霉菌，恶化空气质量。
示范楼内提供模块化的空调末端配置，根据房间实际使用功能灵活组合。
办公室室内人员密度低，人员工作时间及活动区域相对固定，个人的舒适要求不尽相同，采用冷辐射吊顶或者辐射墙来消除室内的基本显热负荷，溶液除湿后的新风通过置换通风来消除室内的基本湿负荷。工位送风则提供每个办公人员个人活动区域的送风，通过调节风口角度、出风速度来满足自身的要求。
示范楼内另一类房间为报告厅和会议室，室内人员密度高，散热散湿集中，单位面积冷负荷大，且使用时间不稳定。因此除冷辐射吊顶和置换通风外，采用仿自然风的动态风 FCU 来消除室内尖峰负荷。
3 ．能源系统方案
3.1 BCHP 系统
超低能耗楼采用固体燃料电池及内燃机热电联供系统，清洁燃料天然气作为能源供应， BCHP 系统总的热能利用效率可达到 85 ％，其中发电效率 43 ％。基本供电由内燃机或者氢燃料电池供应，尖峰电负荷由电网补充。发电后的余热冬季用于供热，夏季则当作低温热源驱动液体除湿新风机组，用于溶液的再生。
3.2 高温冷水机组或直接利用地下水
配合独立湿度控制的新风机组，夏季冷冻水温度 18℃ 即可满足供冷的要求。采用电制冷，冷冻机 COP 可达到 9 以上，高效节能。另一种方式更为简单，就是直接利用地下水，超低能耗楼所在清华大学校园东区地表浅层水温基本稳定在 15℃ ，单口井出水量可达 70m3/h ，完全能够满足示范楼的供冷要求。地下水通过板换换热后全部回灌，仅利用土壤中蓄存的的冷量，不会造成地下水资源的流失。
3.3 太阳能利用
超低能耗楼南侧立面装有 30 平米的光伏玻璃，发电用于驱动玻璃幕墙开启扇和遮阳百叶。屋顶设有太阳能集热器，所获得的热量用于除湿系统的溶液再生。此外屋面还装有太阳能高温热发电装置，该系统为抛物面碟式双轴跟踪聚焦，峰值发电功率 3kW 。
4 ．测量和控制系统方案
4.1 智能化的控制系统
控制系统自动采集室外的日照情况，根据不同的朝向方位，调节遮阳百叶的状态，同时根据室外气象参数，决定外窗、热压通风风道、双层皮幕墙进出风口的开闭。控制系统采集工作区各点的照度数据，调节百叶的角度和人工照明的灯具。室内的新风量根据房间内的 CO2 浓度和湿度来调节。其余能源设备、水泵、太阳能装置等均根据负荷情况自动调节。
4.2 实时测量系统
示范楼屋顶布置气象参数测点，测量数据包括室外温度、湿度、风速、太阳辐射强度。围护结构的测试包括各玻璃、窗框、遮阳百叶、保温墙体的表面温度、热流。环境控制系统和能源系统的测试包括各设备的运行参数，如冷辐射吊顶表面温度、送回风温度湿度、盘管出水温度、溶液除湿系统的溶液浓度等。
5 ．小结
清华大学超低能耗示范楼是建筑节能各项技术和新产品的集成应用，在实施过程中得到了北京市政府、北京市科委、国家科技部的大力支持，同时要感谢在示范楼建设过程中提供技术和产品支持的国内外企业。 2004 年 6 月示范楼将全面建成，服务于今后我国绿色建筑的深入研究。
参考文献
• 定形相变材料的热性能 张寅平 清华大学学报 （自然科学版） 2003.6
• 太阳辐射下建筑外微气候的实验研究 李晓锋 太阳能学报 2001.3
• 溶液空调及热湿独立控制空调系统：李震 刘晓华 暖通空调 2003 .6
• 室内空气流动数值模拟的 N 点风口动量模型 赵彬 . 计算力学学报 2003.01