上海生态建筑示范楼简介

上海市生态建筑示范楼简介
上海生态建筑示范楼作为上海市科委重大科研攻关项目“生态建筑关键技术研究及系统集成”成果之一，位于上海市建筑科学研究院科技发展园区内。

该生态建筑示范楼的研究和建设由上海市建筑科学研究院总体负责。

生态建筑示范楼采用了四种外墙外保温体系、三种遮阳系统、断热铝合金双玻中空LOW-E窗及阳光控制膜、自然通风系统、热湿独立控制的新型空调系统、太阳能空调和地板采暖系统、太阳能光伏发电并网技术、雨污水处理回用技术、再生骨料混凝土技术、室内环境智能调控系统、绿化配置技术、景观水域生态保持和生态修复系统、同层排水、环保型装饰装修材料等众多新技术和新产品，通过建筑一体化匹配设计和应用，形成了自然通风、超低能耗、天然采光、健康空调、再生能源、绿色建材、智能控制、资源回用、生态绿化、舒适环境等技术特点。

多种生态技术的应用使得生态建筑示范楼的综合能耗为同类建筑的1/4，再生能源利用率占建筑使用能耗的20%，再生资源利用率达到60%，室内环境达到健康、舒适指标，体现了生态建筑“节约资源、节省资源、保护环境、以人为本”的基本理念。

上海生态建筑示范楼针对上海的地域特征和经济发展水平，借鉴国内外最先进的生态建筑技术成果，通过开展生态建筑成套集成技术体系的研究、示范和推广，建立具有上海特色的生态建筑集成技术体系，并建设两幢具有国际先进水平、体现上海建筑风格的生态办公、住宅示范楼。

背景介绍：
上海市建筑科学研究院有限公司是城市建设管理和运营服务行业中的科技型企业。

集建筑材料、结构、机械、预应力、建筑节能、建筑环境、建筑智能技术于一身，融科研、检测、评估、咨询、设计、监理、特种工程施工能力为一体，形成了“综合、新颖、特种”的技术特色和“以科技创新，技术领先促进全院经济发展”的基本发展模式。

多年来致力于生态新技术、新产品的应用研究，并积极推动我国生态建筑的发展。

2003年11月，上海市科委重大科研攻关项目“生态建筑关键技术研究及系统集成”正式启动。

项目由上海市建筑科学研究院总体负责、上海建筑领域12个交叉学科精英团队协同攻关、国内外60余家单位参与。

通过对生态建筑关键技术的研发、先进成果的集成以及成套适用技术的示范与推广，建立具有上海特色的生态建筑技术体系。

建设具有国际先进水平、体现上海建筑风格的生态办公、住宅示范楼，把最先进的生态建筑技术和成果在样板房中应用，成为上海生态建筑的展示、教育和培训基地，引领上海未来建筑发展方向。

位于建科院科技发展园区内的上海生态建筑示范楼，占地面积905平方米，建筑面积1994平方米,高度17米，南两层、北三层，一层东部是绿色建筑技术交流展示区，西部是研究中心的声光学实验室和空调设备性能实验室；二层为研究中心的办公室和测试室；三层为研究中心的微生物实验室和室内环境模拟实验室（chamber）。

地址:莘庄工业园区申富路568号上海建科院科技发展园区内生态办公楼
下文介绍了上海市科委重大科研攻关项目“生态建筑关键技术研究
及系统集成”的重要成果之一：上海生态建筑示范楼工程。

通过研究办公示范楼各项关键技术的技术目标、技术应用和技术体系集成，探讨适合我国生态建筑的发展的生态建筑技术集成体系。

生态建筑；技术集成体系；技术目标
前言
21 世纪人类共同的主题是可持续发展，树立全面、协调、可持续的科学发展观已成为我国的基本国策。

对于城市建筑来说亦必须由传统高消耗型发展模式转向高效生态型发展模式，生态建筑正是实施这一转变的必由之路，是当今世界建筑发展的必然趋势。

生态建筑遵循可持续发展原则，以高新技术为主导，针对建筑全寿命的各个环节，通过科学的整体设计，创造高效、低耗、无废无污染、健康舒适、生态平衡的建筑环境，提高建筑功能、效率与舒适性水平,体现节约资源、节省能源、保护环境、以人为本的生态理念，充分展示建筑与人文、环境及科技的和谐统一。

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世界各国针对生态建筑的理念，并根据本国的建筑发展水平和特点，开展了生态建筑的实践与示范。

建筑形式包括办公、住宅、学校、商场等，比较典型的有：英国建筑研究总署（简称BRE）的环境楼（Environmental Building ）和Integer 生态住宅样板房；英国诺丁汉国内税务中心；德国爱森RWE 办公楼；丹麦KAB 咨询所设计的斯科特帕肯低能耗建筑；法国巴黎的联合国教科文组织（UNESCO）的办公楼；美国匹兹堡的CCI 中心；德国柏林的新议会大厦等。

我国在生态建筑领域也开展了积极的探索和研究，如清华大学设计中心楼（伍维权楼），北京科技部大厦、锋尚国际公寓等。

这些示范建筑通过集成各项技术，充分展示了生态建筑的魅力和广阔的发展前景。

2003 年11 月，由上海市建筑科学研究院总体负责，上海建筑相关领域12 个交叉学科团队协同攻关的上海市科委重大科研攻关项目“生态建筑关键技术研究及系统集成”正式启动，针对上海的地域特征和经济发展水平，借鉴国内外
最先进的生态建筑技术成果，通过开展生态建筑成套集成技术体系的研究、示范和推广，建立具有上海特色的生态建筑集成技术体系，建设具有国际先进水平、体现上海建筑风格的生态办公、住宅示范楼。

二、工程概况、技术目标及特点
1. 工程概况
2003.11 动工,位于上海市建筑科学研究院莘庄科技发展园区内(上海市闵行区中春路申富路口)，建筑面积1900m2 ,钢混主体结构，南面两层、北面三层。

一楼东半部约350m2 大厅用于生态建筑集成技术展示，并成为生态建筑关键技术和产品研发的实验平台。

计划办公示范楼于2004.9 建成(图1)。

2.技术目标
上海生态建筑示范楼的总体技术目标将达到：综合能耗为普通建筑的1/4；再生能源利用率占建筑使用能耗的20%；室内综合环境达到健康、舒适指标；再生资源利用率达到60% 。

3. 主要技术特点：
为实现项目的总体目标，同时基于上海经济发展水平，地域气候特征、周围环境特点，充分考虑示范楼建成后的使用功能需求，通过研究示范楼集成了国内外最新生态技术及产品，形成了自然通风、超低能耗、天然采光、健康空调、再生能源、绿色建材、智能控制、资源回用、生态绿化、舒适环境等十大技术特点，实现建筑一体化匹配设计和应用。

三、技术集成体系介绍
1.自然通风设计策略及气流组织模拟技术通过室外气流组织的模拟计算及建筑物外形的风洞实验,对不同风向和风压下建筑各部分的自然通风效果进行分析，改进和优化建筑外形及房间功能。

同时利用面积达15 平方米的屋顶排风道代替排风烟囱，保证良好的自然通风效果。

最后在排风道内设置7 组加热器，在过渡季节，利用太阳能热水加热流道内的空气，产生热压，提供自然通风所必需的动力，强化自然通风。

分析过程中，通过对室内气流组织在不同风压、热压状态下的模拟计算和优化，计算各房间自然通风风量，然后比较、优化和确定自然通风的技术方案，合理组织自然通风的风道，优化自然通风口的建筑设计，实现舒适的室内风环境并减少夏季空调运行时间、节约空调能耗（图2,3 ）。

2. 超低建筑能耗节能技术系统根据生态办公楼建筑各种工况，通过能耗指标和
节能效果能耗模拟分析，将多种低能耗建筑围护结构合理节能设计方案进行比较，确定适合生态办公楼的超低能耗节能技术系统：多种复合墙体保温体系（表1）+双玻中空LOW-E 窗+多种遮阳技术。

如东面复合外墙构造体系中采用混凝土空心小砌块或伊通砂加气砌块为主墙体，90 混凝土空心小砌块为外挂墙，中间填充发泡尿素、聚氨酯等高效保温层，构成一种隔热保温性能优异的新型复合外墙构造体系。

该体系有如下特点：①使建筑节能与使用新型墙材相结合，不使用粘土制品；②能消除热桥和墙体裂缝及渗水；③保护内结构层，延长建筑物使用寿命；④隔热保温性能优良，提高建筑热稳定性和改善建筑热舒适性。

生态办公楼的绿化平屋面采用倒置式保温体系，保温层采用耐植物根系腐蚀的XPS 板和泡沫玻璃板置于屋面防水层之上，再利用屋面绿化技术，形成一种冬季保温、夏季隔热又可增加绿化面积的复合型屋面（表2）。

外门窗采用断热铝合金双玻中空LOW-E 窗，其中天窗采用三玻安全LOW-E 玻璃，其表层玻璃具有自清洁功能；南向局部外窗采用充氩气中空LOW-E 玻璃和阳光控制膜，提高外窗的保温隔热性能（表 3）。

同时根据该楼的建筑形式与日照规律，确定多种遮阳技术，以提高外窗的保温隔热性能。

（1）天窗根据节能与采光的要求，外部采用可控制软遮阳技术达到有效节省空调能耗的作用。

（2）南立面根据当地的日照规律采用可调节的水平铝合金百叶外遮阳技术，通过调节百叶的角度，即能够阻挡多余光线的照射，达到节能效果；也能使光线进入室内深处，提高舒适性。

（3）西立面主要考虑到夕晒对室内的影响，根据太阳能入射角度采用可调节垂直铝合金百叶遮阳技术。

为评定各节能措施的节能效果，采用了DEST 动态分析软件，对各种工况条件进行节能效果分析。

♦计算工况1：不采用节能措施（对比基准）0 V# C0 g* @$ a
♦计算工况2：采用外遮阳
♦计算工况3：采用外遮阳，采用节能窗（表3）
♦计算工况4：采用外遮阳，采用节能窗，提高围护结构保温隔热性能（表1～2）
♦计算工况5：采用外遮阳，采用节能窗，提高围护结构保温隔热性能，夜间通风计算结果如表 4 所示。

通过以上对外墙、门窗和屋面的节能研究与综合措施的应用，仅围护结构的节能措施可将能耗降低47.8% 。

3.天然采光设计优化及模拟评价技术采用天然采光模拟技术优化中庭天窗、外墙
门窗等采光及遮阳设计，冬季北面房间可透射太阳光，夏季通过有效遮阳避免太阳直射。

白天室内纯自然采光区域面积达到80%、临界照度100lx，在营造舒适视觉工作环境的同时降低照明能耗30% （图4，5）。

4. 高效、环保、健康新型空调系统针对现行空调系统普遍存在的霉菌问题、高能耗问题和臭氧层破坏问题，我们在示范楼里研发热泵驱动的热、湿负荷独立控制的高效、环保、健康新型空调系统：通过避免使用有凝结水的盘管，解决目前空调系统中存在的霉菌滋生问题，同时通过除湿机内盐溶液的喷洒除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其他有害物。

由于该空调系统同时了热泵的冷、热量，并且排风采用全热回收等技术，可以使空调能耗降低20％左右；而且机组可以采用全新风运行，提高了室内空气品质。

最后，系统通过使用绿色环保制冷工质（溴化锂溶液等），减少林氟锂昂制冷剂的使用，减少对大气臭氧层的破坏，体现生态和环保的理念（图6）。

建筑污水、幕墙检测中心实验用冲淋水及雨水。

5.再生能源利用建筑一体化示范楼设计了斜屋面放置太阳能真空管集热器（150m2）和多晶硅太阳能光电板(5m2)，实现太阳能光热综合利用与建筑一体化（图7）。

太阳能真空管集热器为太阳能热水型吸附式空调和地板采暖(300 m2)提供热源，该系统的示意图（如图8），其主要作用是：夏季利用太阳能吸附式空调与建科院设计的溶液除湿空调耦合，分别负担一层生态建筑展示厅的显热冷负荷以及潜热冷负荷；冬季利用太阳能地板采暖系统负担一层生态建筑展示厅以及二层大空间办公室的热负荷。

太阳能地板采暖系统负担的总采暖面积为390 m2，采暖设计热负荷25 kW；在过渡季节，利用太阳能热水强化自然通风。

生态示范楼的吸热塔顶设置了太阳能平板式集热器（4 m2），并采用电辅助加热，可提供300升热水供应。

在斜屋顶下部选用光电转换效率≥14%的高效率多晶硅太阳能光电板，建立5kw光伏电站并采用并与电网并网。

6.绿色建材3R 材料（Reduce、 Reuse、Recycle）使用率达到80%，采用大量绿色工程材料，再生骨料混凝土多孔砖；C20垫层再生混凝土，C30再生混凝土，C40大掺量掺合料混凝土（水泥用量为胶凝材料总用量的30％）；掺建筑渣再生骨料粉煤灰商品砂浆（用作砌筑、抹灰和地面砂浆，用25％再生骨料替代天然砂，粉煤灰掺量大于30％，水泥用量减少15％以上）（图9）；环保装饰装修材料100%采用环保低毒产品，旧木材回收用于建筑装饰；并采用防霉、抗菌、吸声等环保功能材料。

7.智能控制以数据采集、通信、计算、控制等信息技术为手段，运用成套先进的智能集成控制系统，包括室内环境综合调控系统及软件(图10)，照明及空调节能监控系统，安全保障及办公设备控制系统的集成平台和应用软件等，实现大型遮阳百页的转动控制，空调等设备的节能监控，照明采光监控，室内空气质量、温湿度、个性化通风，噪声等室内环境的动态调节，确保生态建筑运行的节能、舒适和高效。

8.资源回用生态建筑示范楼雨污水ICAST回用处理系统的处理水量为20m3/d，污水源为生态示范楼全部建筑污水、幕墙检测中心实验用冲淋水及雨水。

该系统主要装置包括调节池、ICAST 反应池、二沉池、中间池、过滤柱及消毒池，ICAST 反应池由兼氧区和好氧区（主曝气区）组成，采用连续运行方式。

其工艺流程及连续运行方式如（图11）所示。

ICAST 反应池设计兼氧区目的不仅可有效地缓冲进水水质波动对好氧区活性污泥的冲击，而且可起到生物选择的作用，抑制丝状菌生长，控制污泥膨胀。

运行过程中，兼氧区还可减轻好氧区部分的有机物负荷，使残留有机物更有效地去除。

此外，考虑到进水水质可能有较大波动，因此在原污水污染物浓度较大时可在中间池加入微量混凝剂。

由中间池出水经过滤柱进行过滤，并送至清水池，消毒后的出水水质可达到中水回用标准（CJ/T 95—2000）。

本系统采用自动在线监测仪器对出水水质、ICAST 反应池内的运行条件以及系统设备的运行参数等进行监测，根据进水水质、水量和ICAST 反应池内DO 值，自动设定各工艺阶段的运行参数，使该系统处理运行安全、可靠。

将生态建筑雨污水经调节池处理后进入ICAST 池生化处理并由过滤消毒后的出水（其水质达到中水回用标准）用于回用的系统，称为中水回用系统，一般由管道、水泵及喷嘴等组成。

中水经回用系统可用于生态建筑楼顶平台浇灌绿化、景观水池用水、清洁道路等。

9.生态绿化生态建筑示范楼在平屋顶屋面上设计了九处屋顶花园和一个室内中庭绿化，共计400 多平方米。

屋顶绿化层包括保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、栽培基质层、植物层。

（1）保温隔热层采用倒置式保温屋面。

同时考虑到防止植物根系的侵蚀作用，保温层采用挤塑聚苯乙烯泡沫板或泡沫玻璃铺设而成。

（2）防水层采用聚氨酯防水涂料或防水卷材，并采用两道防水措施。

（3）排水层（疏水板）设在混凝土保护层上，过滤层之下。

其作用是排除上层
积水和过滤水，但又储存部分水分供植物生长之用。

并与屋顶雨水管道相结合，将过多水分排出，以减轻防水层的负担。

（4）为防止种植土中小颗粒及养料随水而流失，且堵塞排水管道，需在种植基质层下铺设过滤层（无纺布）。

（5）种植层一般多采用无土基质，以蛭石、珍珠岩、泥炭、草炭土等轻质材料配制而成。

根据屋顶花园的大小，合理的设置活动区域、场地及设施的位置和空间大小，使之符合人的行为模式，在园路的组织、建筑小品的位置与尺度、地形的处理及植物的选择等方面，以精美为特色。

植物配置宜选用小乔木、灌木、花草等62 种植物，构成层次丰富、四季变化的景观，使人感到亲切、自然。

通过屋顶花园、垂直绿化，室内绿化和室外绿化等多种生态绿化植物群落配置技术，改善住宅的室内气温、形成生物气候缓冲带、净化空气、降低噪音、有效保护屋顶、延长建筑物寿命、减缓风速和调节风向等作用。

有效改善建筑微环境、并营造视觉舒适的，实现夏季建筑外植物群落降温1-2.5℃，夏季屋顶及垂直绿化降低室内温度1-1.5℃，建筑周围植物群落减弱噪音能力为1-2dB/2m 宽绿化等生态效益指标（图13）。

10.舒适环境通过室内污染源浓度分布预评估、环保建材和室内设备的选择和新风量的控制，确保室内空气品质；通过热环境模拟评估，确定满足热舒适的空调系统运行参数和气流组织、风口的选择；通过室内外噪声调研和建筑隔声模拟，并综合考虑噪声控制与节能、通风、采光之间的协调，提出室外交通噪声、室内设备房、中庭、管道、电梯等重点区域隔声降噪控制方案；通过光环境模拟分析，将人工照明与自然采光相结合，确定分区照明设计方案。

最终通过室内环境综合智能调控系统，实现健康、舒适的室内环境控制目标（图14）。

四、结束语
上海生态建筑示范楼的建设汇集了国内外60 多家产学研联合体，是建筑设计师和各技术领域工程师、产品供应商及施工企业伙伴密切合作、协同攻关的产物；目前已作为生态建筑技术产品后续研发的实验平台列入2004 年国家“ 十五”科技攻关重点项目“绿色建筑关键技术研究”，通过跟踪实测评价其生态技术集成体系效果，并开展生态新技术、新产品的应用研究，形成适宜推广的适用生态技术集成体系，为房产商建设生态建筑提供技术支撑，进一步推动我国生态建筑的发展。