浅谈光伏建筑一体化在超高层建筑珠江城项目的应用.pdf

丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 2122 珠江城（烟草大厦） Pearl River Tower Tobacco Building 简介 广州“珠江城”位于珠江新城 CBD 的核心区域， 采用“零能耗”的设计理念，智能型内置遮阳百叶的内 呼吸窄通道双道玻璃幕墙，日光控制及光感应照明，风 力发电建筑一体化，太阳能光伏发电建筑一体化，冷辐 射空调系统，地板送新风的“需求化”通风系统，冷水 机组串联大温差加冷冻水梯级利用系统，开创性采用乙 二醇溶液冷却水水热泵制热系统，全封闭蒸发式排气热 回收系统与空调冷凝水回收系统，PLC 智能控制系统， 高效照明、高效办公设备，双层机械停车位，双轿厢电 梯 11 项绿色节能技术以及可再生能源利用技术，荣获 多项国家专利，节能率 63.2，实现了超高品质、超 低能耗、绿色环保的设计目标。 竣工时间2013 年 3 月 基地面积1 公顷 /10000 平方米 建筑面积21 万平方米 全球最高光伏幕墙和建筑一体化典范 全球首例风力发电建筑一体化 珠江城区位图 2009 年 建设部“双百工程”超低能耗示范工程 2010 年 住建部光伏建筑一体化示范项目 获国家财政补贴 297 万元 2010 年 中国低碳生活设计大奖及“金羊至尊奖” 2012 年 美国暖通协会伊利诺伊州优秀工程 2012 年 广州市优秀工程设计一等奖 2012 年 广州市优秀工程设计一等奖（建筑结构专业） 2012 年 广州市优秀工程设计一等奖（建筑智能化专业） 2012 年 广州市优秀工程设计一等奖（建筑环境与设备专业） 2013 年 广东省优秀工程设计二等奖（结构专项） 2013 年 广东省优秀工程勘察设计奖工程设计一等奖； 2013年 广东省优秀工程勘察设计奖工程设计一等奖 （建筑环境与设备） 2013 年 广东省第二届岭南特色建筑设计奖铜奖 2013 年 美国铂金级 LEED-CS 预认证； 2014 年 第五届中国建筑学会全国优秀暖通空调设计一等奖 2014 年 第五届中国建筑学会全国优秀给水排水设计一等奖 2014 年 第五届中国建筑学会全国优秀建筑电气设计一等奖 2014 年 英国国际地产奖 高层建筑 2014 年 美国全球绿色最佳设计奖 GREEN GOOD DESIGN 2014 年 “大温差串联梯级利用空调制冷系统”获广东省土木建筑学 会科学技术奖励二等奖 2014 年 “智能型内呼吸双道玻璃幕墙系统”获广东省土木建筑学会 科学技术奖励三等奖 2014 年 “基于含湿量控制的冷辐射空调系统技术研究及应用”获广 州市科学技术奖励二等奖 2015 年止，共荣获 17 项国家实用新型专利。 AWARDS获奖情况 获取专利PATENTS 序号专利号专利名称专利类型 1201210054265.0空气源“水 - 溶液”热泵式空调制冷制热系统及其控制方法发明 2201110362877.1带高效照明结构的弧形冷辐射天花一体化装置发明 3201210054282.4下迂回式建筑排水及透气系统发明 4200910036420.4带双向支撑的高层 / 超高层框架混合结构体系发明 5201310473630.6一种空调新风系统的节能方法及新风负荷梯级处理装置发明 6201310473623.6基于绝对湿度控制的新风变风量节能方法及装置发明 7201220077327.5下迂回式建筑排水及透气系统实用新型 8201120453758.2带高效照明结构的弧形冷辐射天花一体化装置实用新型 9201020277927.7超高层的新型框架 - 核心筒混合结构体系实用新型 10201020277929.6在高层 / 超高层建筑中设置风力发电机的结构体系实用新型 11200820201350.4智能型内呼吸双道玻璃幕墙实用新型 12200820205437.9中央空调冷冻水分环路一级泵输送系统实用新型 13200820204522.3封闭母线槽接头 / 插头测温装置实用新型 14200820201349.1大温差串联梯级利用空调制冷系统实用新型 15200820206456.3建筑物钢柱与基础抗拔锚杆接地连接结构实用新型 16200820201931.8制冷冷水机组冷冻水侧串联式大温差供冷装置实用新型 17200820206453.X超高层建筑风洞风力发电一体化装置实用新型 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 2324 序号项目名称 1光伏建筑一体化在高层建筑应用关键技术研究 2风力发电建筑一体化安全性的关键技术研究 3双层智能主动内呼吸玻璃幕墙连遮阳百叶结合冷辐射天花技术 4大温差串联梯级利用空调制冷系统的研发 5高效照明及智能照明控制节能技术在办公建筑的应用研究 6建筑排水系统伸顶透气管下迂回侧排方式研究 7基于绝对湿度控制的冷辐射空调系统节能技术研究与应用 PLC 在空调自控系统中的技术应用研究 序号论文题目出版刊物出版时间 1绿色节能建筑技术在亚热带地区超高层建筑中的应用 建筑学报2009 年第 9 期 （中文核心期刊）,ISSN0529-1399 2009 年 9 月 2珠江城项目绿色、节能技术的应用建筑创作2010 年第 12 期2010 年 12 月 3“0 碳”绿色建筑 珠江城 --- 关怀生态文明的现代性建筑典范 建筑设计管理2014 年第 4 期；CN21- 1311/TU，ISSN1673-1093 2014 年 12 月 4广东珠江城结构设计若干关键问题 建筑结构2012 年第 6 期 ISSN1002-848X；CN11-2833/TU 2012 年第 6 期 5新型超高层结构体系的抗风设计研究 山西建筑2009 年第 23 期 CN14-1279/TU；ISSN1009-6825 2009 年第 23 期 6浅谈风力发电机在超高层建筑珠江城项目的应用 电气应用2010.11（中文核心期刊） CN11-5249/TM 2010 年 6 月 7浅谈光伏建筑一体化在超高层建筑珠江城项目的应用 电气应用2010.15（中文核心期刊） CN11-5249/TM 2010 年 8 月 8广州珠江城项目建筑节能新技术应用综述 智能建筑电气技术2011 年第 3 期 CN11-5589/TU，ISSN1729-1275 2011 年 6 月 9管道直饮水系统在 71 层超高层写字楼珠江城中的应用 给水排水2012.6 ISSN1002-8471,CN11-4972/TU 2012 年 6 月 10珠江城给排水及消防系统设计问题及解决办法 给水排水2012.6 ISSN1002-8471,CN11-4972/TU 2012 年 6 月 11串机大温差梯级使用与双工况分系统的能效比分析比较 制冷2009 年第 6 期 CN44-1220/TB/ISSN1005 － 9180 2009 年 6 月 12关于空调冷冻水输送能效比计算的一点看法 制冷2009 年第 1 期 CN44-1220/TB,ISSN1005 － 9180 2009 年 1 月 13空气源“水 - 溶液”热泵式空调制冷系统的能耗分析 中国能源2008 年第 9 期 CN 11-2587/TK,ISSN 1003-2355 2008 年 9 月 14基于温湿度独立控制系统的新风变风量系统分布式预测控制研究 智能建筑与城市信息2011 年第 3 期 ISSN1671-9506,CN11-4835/TU 2011 年 3 月 15广州珠江城大厦空调系统设计 暖通空调2012 年第 42 卷第 6 期 ISSN1002-8501,CN11-2832/TU 2012 年 6 月 16混凝土楼板冷辐射空调系统在亚热带地区适用性分析 暖通空调2012 年第 42 卷第 6 期 ISSN1002-8501,CN11-2832/TU 2012 年 6 月 科研论文THESIS 科研题目RESEARCH PATENTS AND SCIENTIFIC RESEARCH专利及科研成果 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 2526 设计获奖 AWARDS 美国国家地理频道人类伟大工程巡礼（NG Megastructures）栏目为 珠江城制作了 50 分钟的特辑， 以“中国智慧大楼 China‘s Smart Tower/ 珠 江城 Pearl River Tower”为题报道。 英国 BBC，美国 CNN、华尔街日报、财富杂志，法国探索与发现 频道以及建筑界权威杂志建筑报告、土木工程、建筑学报等，都已 对珠江城进行了全面的报道。 One of the worlds most energy-efficient commercial offices tower. The Wall Street Journal 全球最节能的商业办公建筑之一 华尔街日报 The worlds greenest skyscraper coming soon to China. FORTUNE 世界最环保的摩天大楼即将在中国诞生 财富 One of the greenest structures on earth is rising. Discovery Channel Plant Green Ultimate Power Builders 地球上最环保的建筑正在冉冉升起 探索发现频道绿色地球超能建筑 The first high perance super tall building on the planet Find out how a multitude of energy efficient technologies power one of a new generation of super skyscrapers. National Geographic Megastructures The Smart Tower 世界首个高效能超高层建筑揭示诸多节能技术如何助力新一代摩天大楼 的奥秘。 国家地理频道伟大工程巡礼珠江城特辑 China Boasts worlds greenest tower BBC 中国将以这座世界最绿的大楼为傲 英国广播公司 COMMENTARY社会评价 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 2728 工程管理 A在规划阶段进行建筑生命周期分析并筛选方案。 制定绿色设计施工方案目标。 B 制定绿色目标 经过技术上科研创新，切实实 施业主配套专项人才，并培训投入运营管理。 C 项目信息化管理对工程建设项目的全过程及 其资源进行计划、组织、指挥和控制，实现项目 建设全生命周期内的合同、采购、投资、进度、 质量、安全、信息、沟通协调等的全方位管理提 供一个信息平台。实现对项目可视化管理。 D 搭建项目绿色技术研究平台 搭建包括清华大 学建筑技术科学系、中国科学院广州能源研究所、 广州市建筑节能办公室、德国英科公司和开思拓 公司、香港迈进外墙设计有限公司等绿色技术顾 问研究平台，进行综合决策。综合考虑了广州当 地的气候条件，项目的场地、资源条件，各项措 施的技术经济评价、无形资产增值，最终确定采 用 18 项可持续性技术中的 11 项效果显著、性价 比高、技术切实可行、无形资产增值巨大的技术。 施工及运营管理 A 建立结构施工监控和运营健康监测系统建筑 构件上设置各类型的传感器，利用远程监控系统， 进行日照变形、砼徐变收缩、垂直度、内力变化 等监测，监视工程变化过程。 B 施工过程结构仿真技术利用 MidasGen 软件， 对钢外筒操作平台、地下室底板、核心筒整体提 升钢平台、钢外筒和砼核心筒施工过程、M900D 塔吊外挂荷载对核心筒的影响等进行各种工况的 变形分析， 从而对施工方案进行模拟、 对比、 验证， 实现施工方案的优化。 C 施工项目管理软件大量应用。 D 采用真空垃圾管道系统，分时段分类集中收集 并运输到城市管道集中处理。 E 采用 PLC 网路智能化控制手段，进行空调运行 精密控制。 F 智能照明控制系统采用照度传感器，办公室照 明充分利用玻璃幕墙透入的自然光，实现日照自 动补偿。 G 能源综合计量系统按照用户实际的直饮水、电、 中央空调等实际使用量进行计量和收费，空调系 统并能按分项计量。 H 智能应急疏散指示控制系统及安防管理等智能 管理系统 绿色管理 双层智能型幕墙、日光控制技术与冷辐射天花空调结合技术 针对岭南特征而设计的智能型双层玻璃及遮阳系统。 清洁维护设计。 温室效应等技术应用的地域差异。 材料 / 空腔排气 / 可调节百叶的节能构造设计。 辐射制冷带连置换通风空调方式采用温、湿度独立控制系统，冷辐 射空调系统和干式风机盘管系统消除室内大部分显热负荷、控制室 内温度。 绿色创新设计 太阳能光伏一体化太阳能光电系统 根据太阳运行轨迹及广州的经纬度，计算出全年太阳高度角和方位 角变化数据。 使用安全夹层玻璃。 太阳能芯片用激光刻蚀出 10 的透光率满足采光和视觉要求。 空调 冷水机组串联大温差制冷系统。 梯级利用冷冻水输送系统 空气源乙二醇溶液水热泵系统 非接触蒸发式全热回收 制冷机组冷凝热回收 风力发电建筑一体化 噪音级别无噪音，从风机 2 米处测得的噪音小于 10dB。 机械振动风机系统不会产生任何干扰建筑结构的振动。 持续发电风速40 米 / 秒。 保证能承受的疾风（骤风）75 米 / 秒。 产电的风速范围2.7 米 / 秒至 40 米 / 秒 单机的年产电量风机 在平均风速为 8.25 米 / 秒的情况下至少能产出 33 兆瓦时 / 年电量。 突破性的结构 端部巨型桁架及短向钢支撑的超高层框架 - 核心筒混合结构体系。 实现了设置风力发电机的结构型式。 在关键节点采用结构健康监测系统。 节能、节地的高性能技术 ; 综合技术集成 平面利用系数达 80。 塔楼办公部分采用双层轿厢电梯使原 27 单层电梯的配置减少为 22 台。满足英 CIBSE 标准要求，同时提高了办公标准层平面的使用效 率，由 75 上升为 80。 层高 3.9 米，净高达 2.73 米，节省并增加 5 层建筑高度，技术集 成所 形成的高效空间，共增加 2 万平方米建筑面积。 太阳能光电系统 双层智能型幕墙 地板送风和辐射天花板系统 风力发电建筑一体化 突破性结构 热回收，冷凝水回收技术 现代性价值观与高效建筑空间 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 2930 “绿色规划手段是“可持续发展”和“生态优先”原则得以实施的第一步。“珠江城”项目南偏东 12.8 度进行调整，使建筑获得了开阔的江面 视野和极佳的城市景观，同时成为本项目利用可再生能源技术的最主要因素之一。平面朝向充分考虑了日照的因素，在充分利用了中午自然光的同时， 也尽量减少了午后西晒。 同时，建筑的朝向对准“双塔（东塔、西塔）”巨门空间的中心点，并且与电视观光塔遥相呼应，从而与周围环境建立了和谐的空间关系。 南偏东 12.8 度规划布局 首层平面图 南入口大堂实景 与 309 米高的常规建筑相比，3.9 米层高，2.8-3.0 米净高节约装修空间 21 米，建筑面积净增约 1 万平米，相当于 5 层楼高。天花多义性的一体化设计包含有 空调制冷末端的冷辐射板，照明反射板，吸 音板，安装有喷淋及烟 感。地板也是多义的，包括新风系统，智能管线。多义性的一体化设计使建筑 与装修可以一次性完成 , 并使选用超常的层高标准称为可能。 双轿厢电梯的应用，使原 27 单层电梯的配置减少为 22 台。同时提高了办公标准层平面的使用效率 由 75 上升为 80。高效的建筑空间体现的是摒弃奢侈主义的价值观，回归理性高效率、高实用率的 现代性价值观，追求合理空间尺度。 现代性价值观与高效建筑空间 合理的装修空间节约净高 所增加的 5 层办公空间 核心筒平面 双轿厢电梯 珠江城剖面 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 3132 风力发电理论模型风力发电装置 风力发电装置幕墙大样风力发电装置机组大样 灵感珠江城流线型的外形就是受到赛车引擎的启发才会产生这样富 有空气动力学美感的流畅曲线。建筑在 100 米和 200 米的高度设立了四 个垂直轴风力发电机，建筑犹如一个可以运转的机器，富有活力。对比水 平轴的风力发电机，垂直轴风力发电机的优势在于受风向影响小，发电效 率高，结构安全性高。 风力发电一体化技术作为建筑创作灵感的源泉，以及其实际工程项目 应用成功、运行安全，不仅是一次跨领域科研设计的成功，也为建筑设计 领域开辟了新的创作之路，为此项技术推广与应用提供了有力的技术支撑 和研究经验。 风力发电一体化技术 珠江城可调节的内呼吸双层幕墙系统设计由多层材料系统组成玻璃围闭系统，可调节遮 阳系统、光控系统、温度调节阀、外区湿度调节系统。这是一个机电、建筑、环境设计、管理 一体化的多学科交叉领域设计。幕墙在新的语境里被重新定义，它不仅是建筑物的壳、一个独 立的不受其他系统控制的区域，而且是个能量站。照明、隔热、保温、遮阳、空气动力学、防 止眩光、防止视线干扰、防止噪音、能量储存与利用（发电与发热）、室内的空间利用、审美 等指数被综合考虑，幕墙变得具有多义性。 这种新型智能控制的内置电动百叶内呼吸双道玻璃幕墙技术，由双道玻璃幕墙、玻璃表面 温度智能控制的内呼吸空调通风系统以及自动调节遮阳百叶组成。是一项将舒适、节能以及环 保有机结合的先进绿色技术。内、外层玻璃表面温度控制的内呼吸通风空调系统在确保室内热 舒适的前提下，节省空调能耗；室内照度控制的内置电动百叶有效地避免室外眩光的光污染， 节省照明电能和空调能耗；内层可开启的玻璃，便于百叶的清洗，节省维护费用；同时双层玻 璃结构减少室外噪声的传入。 外遮阳百叶未开启实景 双层幕墙 外遮阳百叶 外遮阳百叶半开启实景外遮阳百叶全开启实景 幕墙的具有适应能力的“皮肤” 丨珠江城丨 GZDI 丨丨 GZDI 丨珠江城丨 3334 在地处夏热冬暖地区率先创造性的实施“需求化置换送风 冷辐 射”空调系统，为空调领域舒适节能设计的一大创举。 作为项目的核心系统，冷辐射系统是整座大楼温湿度调节、新风 供应的中枢，承担室内制冷、通风、天花等功能。系统包括两部分 末端系统（水冷媒辐射供冷系统、干式风机盘管、需求化置换送风） 和冷热源机房。末端系统采用温湿度独立精确控制的空调系统水冷 媒辐射供冷系统根据水体良好的热交换特性，通过精确的温度检测， 采用水作为冷媒，循环降低金属天花板温度，并向办公空间辐射冷量， 连同干式风机盘管（近幕墙热负荷较大区域设置的冷梁），达到消除 室内显热负荷（处理室内空气来自人体和设备的发热，降低室温）、 控制室内温度的目的，形成人工洞穴效应。金属天花板还实现了冷辐 射、照明、消防烟感温感探头及吸音隔噪一体化。 周遍区冷梁可以降低天花结露的风险、强化冷辐射板的对流换 热，另外风机盘管可以实施变工况运行，缩短准备期（如上班前）的 新风系统的运行时间，降低空调能耗。同时结合双道玻璃幕墙可实现 智能控制内呼吸系统，保证室内的热舒适性。 末端系统之外，空调系统还综合采用了冷冻水梯级使用系统、冷 水机组串机大温差制冷系统、排风热回收系统、冷凝水回收系统、变 频变流量控制、大跨度垂直布置二级调节等具有开创性的方案，机组 结合的方式将新式空调系统的潜力进行了最大限度的发挥。 周边冷梁 办公空间实景 冷辐射板 冷辐天花单元件置换送新风系统 冷辐射系统的节能技术 带端部巨型桁架及短向钢支撑的超高层框架 - 核心筒混合结构体系。主体结构是由钢框架、 钢筋混凝土核心筒组成的框架 - 核心筒混合结构体系；在建筑物长向两端、沿短向全高设置钢支 撑，这些钢支撑与巨型钢骨混凝土柱组成巨型桁架体系（端桁架）。建筑立面上设有沿高度布置 的 4 个风洞，结构上在风洞附近楼层沿建筑物长向、短向均设置钢支撑，与框架柱共同组成空 间桁架体系（带状桁架及外伸桁架）。 施工过程现场实景珠江城结构体系 新颖的结构体系