摘 要：中建三局二公司依托环境保护部履约中心业务用房工程，以可持续理念为基础，充分考虑建筑与环境的协调，在空气调节、自然采光、太阳能利用等方面突出了生态、节能和环保的特性，克服了诸多新技术、新材料、新工艺以及新设备等应用中的难题，研发形成较为完整的四项绿色建筑成套技术，填补了国内绿色建筑施工领域的空白。
关键词：石材蜂窝铝板；阳光追逐镜；光电幕墙；真空管式太阳能热水系统
1 外幕墙超薄型石材蜂窝铝板组合的选择与应用技术环境保护部履约中心业务用房工程是同类公建中外幕墙应用超薄型石材蜂窝铝板面积最大、平整度要求最高、控制难度最大的工程。目前仅有共青团中央大楼等少量应用且面积不大。超薄型石材蜂窝铝板关键技术的形成必将对同类工程的
建设提供重要的借鉴及指导。为洞石复合板材料的广泛应用提供了依据，使建筑外形布局更灵活、美观。并提升企业科技水平和生产水平，也必将进一步促进高精密加工制造技术的发展。
环境保护部履约中心业务用房工程，在国外先进的设计理念指导下，该工程幕墙的设计新颖独特，整个外围幕墙采用的材料品种多达十几种，主要包括蜂窝石材幕墙、阿鲁克邦铝塑板幕墙、隐框玻璃幕墙、点式玻璃幕墙、光电幕墙等。外围北侧大面及东、西、南面部分位置应用石材蜂窝铝板总面积约为4700m2，其中雅士白石材蜂窝复合板1500m2，白洞石石材蜂窝复合板3200m2。
鉴于复合建筑材料的优质性能，人们对建筑复合材料的运用越来越广泛，而石材蜂窝铝板具有轻便、承载力大、易安装、隔音隔热、防火防潮、绿色环保等优点，逐步被人们所采用。铝蜂窝板是一种夹层结构，用薄的铝板粘接上相对较厚的轻体铝蜂窝芯材，组成一种坚硬轻型板复合材料，是当前最豪华、应用最广泛的一种建筑幕墙材料，是一种利用航空复合技术将石材薄片与蜂窝结构产品复合生产出的石材蜂窝板材。
北方地区室外温度变化较大，铝蜂窝板及石材的热膨胀系数不同，两者受温度影响的变形量相差较大，容易产生较大变形。如何找出符合室外大温差的石材蜂窝复合板组合以及在施工中消除产生变形的不利因素，控制好石材的整体平整度成为本工程应用石材蜂窝铝板的重点和难点。且目前在国内还没有相应的施工规程。
为解决石材蜂窝铝板变形大的技术问题，2008年5月，通过几次试验及聘请国内外知名幕墙专家论证，找出了适合北京气候条件的石材蜂窝铝板组合，同时根据选择出的石材蜂窝铝板组合，拟定了超薄型石材蜂窝板的施工工艺：通过试验方法论证各组合元素对温度的变形特征→确定最佳组合方案→(测量放线及预埋→角钢连接件安装→立柱安装→横梁安装→铝塑板龙骨安装→铝塑板面材安装→铝塑板注胶→淋水试验)→背栓挂件的安装→超薄型石材蜂窝铝板安装→清理。在施工过程中采取措施控制石材变形，解决了其变形大的问题，达到设计要求。
三次试验结果表明：
（1）蜂窝铝板加肋在受热时弯曲变形大，超过设计要求标准，在受冷情况下弯曲变形小，符合要求。但是由于钢材和铝材两种材料的温度膨胀系数不一致，经过时间的推移，加强肋容易失去其物理作用，最终难以解决蜂窝石材的弯曲问题。
（2）第一次试验及第三次试验可以看出，蜂窝板厚度加大，可以增加蜂窝石材的整体强度，石材板的弯曲变形也相应减小，但是由于增大了石材板的厚度，使得蜂窝石材幕墙和玻璃幕墙从节点上产生了冲突，不能保证蜂窝石材和玻璃在同一平面上。
（3）从第二次试验可以看出，将原蜂窝铝板上的铝板换成不锈钢板，石材板的整体变形都在设计要求范围内，解决了石材受冷、受热的变形问题。但是用不锈钢板，成本是铝板的数倍，并且不锈钢和石材粘接上工艺如处理不好，容易产生脱胶。
（4）第三次试验结果表明，在受冷情况下，加密蜂窝芯与未加密的冷热变形基本相同，在受热情况下，加密蜂窝芯的变形比未加密的要小。最佳组合的分析和确定：对以上各种组合元素，通过试验，并运用价值工程方法，对各组合元素进行分析，采纳幕墙专家论证意见，选出组合为雅士白石材/白洞石石材（5mm厚）后面内衬1mm厚铝板+28mm厚蜂窝芯+1mm厚铝板，铝蜂窝芯规格采用6mm×6mm，铝蜂窝板后增加加强肋。这种组合式的复合板受温度变形小，且相对经济。
2 阳光追逐（反射）镜系统施工技术
阳光追逐镜系统是一套利用太阳光给建筑内部提供自然光采光而节约照明成本的自动化控制系统，它具备了探测阳光、根据阳光角度调整转向并最终将阳光反射进入指定的区域的功能。该系统在国外部分建筑物内投入使用，应用效果良好，在亚洲仅有香港汇丰银行大厦首次安装、使用，但由于后期工程改造，已经拆除。在国内无应用先例，因此没有相应的可借鉴的施工经验。
环境保护部履约中心业务用房工程平面布局围绕两个内部中庭设计，两个中庭用于调节大楼内部的小气候，为最大限度地利用气候和自然条件，达到生态节能的目的，采用一些优化自然光效果和提高环境舒适度的技术手段。在中庭顶部安装了3套阳光追逐（反射）镜系统装置，能够在不同的日照时间有效地将阳光收集到中庭内部。与经特殊设计的低能耗人工照明系统配合使用，可营造一个最佳的照明环境，并使能耗降到最低。人工照明系统通过照度感应器可补偿自然光的不足。
阳光追逐（反射）镜系统由追光镜、反光镜、控制箱及散光片四大部分组成，是通过对追光镜、反光镜基座的准确定位，实现追光镜及反光镜的安装，同时用电缆将控制箱与追光镜连成整体，通过控制箱的调试控制，来确定追光镜对太阳的最佳角度，从而最大程度的将光线反射至反光镜，通过反光镜的反射及散光镜片的散射，实现建筑内部充足的太阳光采光。
其工作原理大致如图2-1、2－2所示。
2008年10月在业主、设计院、施工单位、德方厂家以及国内相关专家协同合作下成功完成阳光追逐镜系统的安装并保证系统最高效率的运行。采用模型预安装实现追逐镜、反光镜基座的准确定位，通过电脑模拟达到追逐镜与反光镜安装所要求的设计工位，采用支架预先定位保证安装精度要求。同时，通过将原设计的固定支架改为电控可升降活动支架，提高了工效，便于施工操作及后期的使用维护。
此系统每平方米反射镜可以减少4kW的照明用电量，按本工程中每日采用此方法照明8h计算，每组镜片面积8m2，共使用三组，计算得到日节约电能至少为768kWh。可代替800只40W照明灯24h持续照明所需电能，同时可以有效减少人工灯具照明带来的热辐射。
以每日节电768kWh换算，按北京市目前非居民用电费用标准计算，每年节约可电费768×0.7575×365＝212340元。
考虑经验统计的不确定性，乘以0.6的折减系数，每年可节约电费12万元。
系统成本构成为：人工费26万元人民币，设备费用约15万欧元。按照现有设备成本，仅节约电费一项，约10年可以收回成本。按照设计寿命50年考虑，扣除维护、维修费用，未来长效运行费用综合估算可节省约合人民币600万元。
阳光追逐（反射）镜系统属于新型能源利用系统，采用德国进口设备，达到充分利用自然光源代替人工光源进行照明的目的，使用区域人工照明大大减少，明显减少了灯具、管线、开关等一系列电气安装的工程量，突出了环保需求，节约了后期使用中带来的相应电器照明系统的维护、更换、清洗以及能源损耗费用。该系统集节能、环保、自然于一体，充分体现以人为本的设计理念，有着极高的推广价值。
环境保护部履约中心业务用房工程由于阳光追逐（反射）镜系统安装与应用技术成功应用被国内媒体认定为国内第一环保楼。
3 单晶体太阳能光伏发电幕墙施工技术
环境保护部履约中心业务用房工程南立面与北立面相比有着不同视觉印象，较为开敞和通透，能够最大限度地利用自然光照和太阳能。其曲线形状和分段形式与对面的居民区相得益彰，较高楼层内，充足的阳光透过大尺寸的窗户洒满室内。为最大限度地提高太阳能利用率特在南立面西侧顶部设置太阳能光伏发电幕墙(单晶硅)，极具现代化气息。同时，服从于首都城市风景既有可识别设计特点又极具特色的统一性。
光电幕墙是一种新型节能环保材料，采用了224块单晶硅光电板与幕墙结合的方式，容量20kW，与大楼并网发电，外观和实用均能兼顾，可以为大楼使用方节约一定的运行成本。该系统集节能、环保、自然于一体，充分体现以人为本的设计理念，有着极高的推广价值，争取在其他类似项目中得以应用，真正积极响应国家节能减排，减少能源消耗的号召。
工作原理：将已安装于幕墙的电池板串联连接好，分别引出总的正、负极，每两组引入一个阵列接线箱。通过桥架，将阵列接线箱的线引至光伏设备间的并网逆变器，再通过配电柜，将并网逆变器转换的电能送至配电室，完成大楼太阳能系统的并网发电，实现与大楼配电系统的一体化。
其主要特点和优势有：
（1）光电幕墙首先是一种高科技的建筑外壳，可满足抵御恶劣天气的所有要求，当然也可满足建筑物理上的要求，比如阻燃、隔热和消音等。同时，光电幕墙本身还具有很强的装饰效果。
（2）光电幕墙大大减轻了环境的负担，因为它保护自然资源免受损失。特别是太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种净能源，与环境有很好的相容性。
（3）光电幕墙的最大优点在于，它不需燃料，不产生废气，无余热，无废渣，无噪音污染，可用来发电，是一种可以产生经济效益和绿色环保效益的高科技新产品。
2008年8月，通过与设计单位以及厂家等沟通，采用了在太阳能光电幕墙构件与支撑体系之间增设弹性定位垫片的安装方法，幕墙安装达到了平整、密封、防水、减震的良好效果。为复杂曲面光电幕墙施工提供了可借鉴的先进方法。通过用螺丝（M6×14）拧入支架底部的螺孔，支架固定好后，将并网逆变器挂至固定支架上，利用上面的固定铁板放好逆变器。成功解决并网逆变器产生侧滑的施工难题。依托典型工程应用，开发了一套规范的“晶体硅太阳能光电幕墙”的施工工艺和有效的质量控制方法，可供同类工程借鉴。
4 现场组装真空管式太阳能热水系统施工技术
在世界能源形势不断严峻的大环境下，各国都投入大量资金进行新能源开发利用，而太阳能作为一种清洁能源，被广泛开发和应用。为降低能耗，从而减少CO2的排放。环境保护部履约中心业务用房工程设置了真空管式太阳能生活热水系统，提供楼内生活热水的供应。该系统由36组真空管集热器、系统循环管路、循环泵、膨胀罐、电加热器、控制系统等组成。其中真空管集热器设置在屋面，循环泵、膨胀罐等均设置在地下二层太阳能生活热水泵房内。
真空管式太阳能热水系统核心元件是玻璃真空太阳集热管，它采用了真空夹层，消除了气体的对流与传导热损，并应用选择性吸收涂层，使真空集热管的辐射热损降到最低，从而充分利用太阳能量，给建筑使用方提供热水。
真空管式太阳能热水系统工作原理：
（1）当真空集热器出口温度达到设定温度时，控制器命令太阳能系统水泵启动，将热水排入储水箱中（定温产水优先利用太阳能源）。
（2）当真空集热器的水温降到设定温度下限时，控制器命令太阳能系统水泵停止，这时系统管道的水排入储水箱中。
（3）当储水箱水满后太阳能继续产水，此时，储水箱的水通过溢流管流入补水箱中，此时太阳能将继续提高整个储水箱的水温（充分利用太阳能源）。
（4）当储水箱的水低于警戒水位（可设定）时，控制器命令辅助能源启动，将热水排入储水箱中达到警戒水位即停，达到最少使用常规能源并保证24小时供应热水的目的。
（5）当储水箱中水温低于用水温度要求时，启动水箱内保温电加热装置，达到使用温度即停止。
在系统安装过程中，通过查阅真空管集热器及太阳能热水系统相关资料,了解了真空管式太阳能热水系统的组成及工作原理，同时充分与设备厂家及施工方沟通，加强对真空管式太阳能热水系统安装施工的管理，严格执行太阳能热水系统施工方案，取得了良好的效果。通过采用经纬仪投测的方法，定位其轴线和间距，使之满足设计精度要求，保证了真空管对接的同轴度及可靠的固定方式，并自行设计和制作真空管支架，能满足真空管抗风压要求，且便于后期维护。
以一套现场组装真空管式太阳能热水系统为例，设计使用年限20年，每天按10h计，每小时制造的热水相当于30kW制造，则可以节约电费20×365×10×30×0.8=175.2万元，经济效益显著。
随着人们环保意识不断提高，新型环保节能产品得到广泛的关注和应用，目前，国家已计划投入大约30亿元投资到太阳能热水器、热水系统的应用当中去，在此背景下，本文四项创新推广应用符合社会对能源的利用趋势，应用前景相当宽广。