1 高层办公建筑的能耗特点及常见问题

2021年，我国建筑运行总商品能耗为11.1亿tce，约占全国能源消费总量的21%。其中，高层办公建筑的能耗问题尤为突出。相比同等面积的低层和多层办公建筑，高层办公建筑容纳人数众多，信息处理量大。高层办公建筑的照明与办公设备比例较高，加之人员相对密集，导致内热源发热量较大，照明能耗偏高。由于办公时间固定且办公人员作息规律明显，办公建筑具有间歇使用的特点，即白天使用频率高、能耗高，夜间无人使用、能耗低。

高层办公建筑被动式设计使建筑具备适应当地气候环境和自我调节的能力，满足采光、蓄热和通风等性能要求，总体能耗较少。运用被动式技术策略，能有效地提升建筑室内舒适度，降低建筑能耗，对于节约资源和能源具有重大意义。

2 被动式节能设计措施

创业大厦（图1）位于烟台市高新区，为高层办公建筑，占地面积2.95万m2，总建筑面积14.9万m2，主楼16层，容积率3.8，建筑密度26?%，绿化率33?%。建筑形体采取简洁方整的“门”，以突出“创业之门”的设计理念，运用未来感、绿色化的设计手法打造充满生态效果的外立面。

图1 创业大厦南侧

基于地域性气候与建筑功能分析，设计团队从建筑形体设计、自然采光设计、自然通风设计和建筑遮阳和幕墙保温一体化设计4个层面探讨适用于寒冷地区高层办公建筑的被动式设计策略，并借助计算机模拟软件对设计策略进行定量分析。

采取空中花园的办公模式，强调绿色设计，设置若干空中花园以调节室内微气候、改善办公景观，同时改善自然采光和通风效果。两个塔楼间的连廊作为一种空中庭院，增强了建筑空间绿色属性，丰富了建筑内部空间的趣味性。在风模拟和光模拟实验中，相比于传统无中庭模式的室内环境，设计的建筑内部的通风和采光得到了改善。

通过建成后的调研，中庭的采光和通风效果在实际使用中效果理想，达到了建筑设计的初衷和要求。另外，建筑设计强调外遮阳的隔热效果和幕墙的内保温措施，在平衡采光效率的同时，减少建筑空调能耗。

2.1 加强自然采光的措施及验证

由于首层入口平台受阳光遮挡面积大，方案通过设置采光天井来加强入口大厅采光效果。二层主入口大厅采光较好，能满足采光要求。裙房为办事大厅，进深较大，设置采光中庭，加强中庭及周边房间的采光效果。标准层东西两侧设置若干错层空中庭院，与走廊结合且东西端部打开，加强建筑内部自然采光效果。标准层电梯厅通过玻璃幕墙采光，自然采光基本满足要求。地下一层餐厅设置下沉花园，加强地下餐厅采光效果。

采用Ecotect和Radiance模拟软件进行分析。采光分析对象包括对首层入口大厅、二层入口大厅、裙房东西两侧中庭、地下一层餐厅、办公层扩大走廊、办公楼的典型房间等区域（图2）。在设定条件下，对扩大走廊区域的方案进行模拟分析。

图2 办公层扩大走廊及空中庭院示意

经过建筑光环境模拟软件运算，可得到每层及剖面采光分布（图3）。结果显示，具备中庭空间的楼层采光比没有中庭的楼层采光要好。中庭1对采光的改善效果优于中庭2。由于完全依靠侧面采光，距离窗较远处的空间采光较差，如图4、图5所示。

图3 扩大走廊采光模拟结果示意

图4 扩大走廊采光模拟结果示意图（剖面）

图5 扩大走廊采光模拟结果示意图（没有中庭）

创业大厦因为中庭设计、扩大走廊设计、办公标准层玻璃幕墙设计、房间进深等因素，建筑总体利用自然采光情况良好，室内多数区域可获得优质的自然采光效果，从而节约照明电耗。

2.2 加强自然通风的措施及验证

在自然通风过渡季节中，建筑尽可能依靠自然通风满足工作环境的需求，既可节省大量的空调能耗，还能塑造更加健康的工作环境。根据英国学者J·Roben对44座全空调、部分机械通风及自然通风建筑中病态建筑综合症（SBS）症状进行调查，发现相比于全空调的工作环境，在自然通风的办公建筑中，SBS发生率较低。

烟台地区过渡季室外气象条件较好，有利于自然通风的效果。因此，办公建筑的单体设计过程中，将有效强化自然通风作为重要的构思原则，并将之贯穿于建筑的各个细节中。

在自然通风设计上，每块玻璃幕墙均可开启，建筑室内外连通面积大，非常有利于自然通风；核心筒偏向连通走廊的一侧放置，为置入中庭提供空间。

在整体建筑的东西两侧，设置了一系列错层式的空中花园。错层庭院将各层之间连通起来，在各层外窗之间创造足够高差，增强热压通风效果。

庭院错层设计可引导风向横向分布，有效地利用庭院的竖直通道大风量，使其向横向平面流动，有利于各层平面的自然通风。

各层外区办公室及会议室与走廊设置连通的高窗，极好地连通错层庭院、走廊及办公室会议室的外玻璃幕墙，使得整体通透，自然通风效果更加良好。

各层内区办公室会议室与走廊连通的高窗的设计利用热压通风的原理，解决室内区域难以获得自然通风难题，疏通各层平面的横向气流。

采用多区域网络模拟工具CONTAM验证自然通风效果，如图6~图8所示。

图6 25层自然通风情况

图7 26层自然通风情况

图8 整体纵向自然通风情况

对方案的每层空间进行通风情况模拟，各区域温度及PMV范围见表1。

表1 各区域温度以及PMV范围

在现有设计情况下，绝大多数区域的自然通风效果都能满足人员热舒适性需求（PMV介于–1~1）。因此，此建筑可利用自然通风满足人员热舒适需要。通过风模拟研究，错层中庭的设计能够增强室内空气流通，建筑建成后实际使用中靠近中庭区域风力确实非常明显。