本文是一篇建筑学论文，本文在总结前人研究的基础上，对被动式技术在高层办公建筑中的应用进行了分析探讨，本文创新点在于以严寒地区城市长春为项目选址，以新城大街商务区高层办公楼设计为例，结合长春当地的气候条件和办公建筑现状，分析出采用被动式技术的高层办公建筑是长春地区高层办公楼建设的趋势。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
当今世界能源短缺，各国对能源的保护越发重视，目前世界上所能利用到的不可再生能源主要以煤炭、石油、天然气为主。它们是人类现阶段可以利用的有限资源，这些不可再生能源在使用过程中被逐渐的消耗。在能源消耗和环境污染的双重压力下大力开发和使用新能源的技术，减少人类对有限能源的使用是刻不容缓的事情。当下,可持续、绿色高效、被动式建筑已经成为建筑领域的一大趋势。提倡建筑节能技术的应用和环保材料的选择，做到建筑的绿色可持续发展，是解决能源问题，环境问题的有效途径，也是改善和提高人民生活质量的一种有效方法。
随着我国建筑领域的不断发展，建筑能耗、环境保护和资源开发利用等方面的问题也逐渐的显现出来。据统计在发达国家，建筑总能耗大约占据社会总能耗的百分之三十到百分之四十左右。“我国国务院印发《关于加快发展节能环保产业的意见》中提出，到 2015 年我国节能环保产业总产值达到 4.5 万亿元，成为国民经济新的支柱产业，我国节能环保产业将迎来发展黄金期[1]。”
我国城市办公人群的总量随着中国城镇化发展的不断推进，出现了一段小高潮时期。拔地而起的高层办公楼也理所应当的成为了容纳众多办公人群的标志性建筑。建筑内部使用人群数量的积增必然伴随着大量能源的消耗，这是所有办公建筑在使用过程中所无法避免的问题。尤其是在北部的严寒地区，因其特殊的地理位置，气候寒冷，冬季建筑采暖能耗在建筑总能耗中占据了很大的比重，在采暖方面存在室内热舒适性差，采暖费用高，采暖期能量浪费等现象，这不仅损耗了能源，而且对于我国的环境也造成了不可逆的损伤。
为了解决这一问题，被动式阳光利用、被动式自然通风等技术应运而生。对于大多数主动式节能建筑来说，以各种非常规能源的采集与储存、使用装置等构成的强制能源系统来替代部分的常规能源。但是主要来源依然是常规能源，而且需要较高的成本和技术条件，与现阶段高层办公建筑节能要求不符。
1.2 研究目的与意义
1.2.1 研究目的
和南方地区相比较，北方严寒地区的冬季寒冷且漫长。由于历史、地理等因素的限制，北方建筑技术领域相对发展缓慢，当地办公建筑的节能措施并不完善，同时也经常忽略建筑的保温与隔热，且建筑外围护结构缺乏较好热工性能。而后随着空调系统在建筑中的发展和普及，严寒地区开始在办公建筑中广泛的采用空调系统，因为缺乏相应的节能技术和有效的节能措施，导致夏季空调制冷和冬季采暖能耗的急剧上升，不仅浪费能源，而且并没有从根本上有效的改善室内办公环境。因此，本论文根据我国气候划分，总结出严寒地区特有的气候类型、风环境属性以及太阳辐射能量分布等，并对这些数据进行科学的分析，从而说明被动式技术在严寒地区高层办公建筑中实施的可行性。
我国严寒地区城市办公建筑普遍存在高度偏高、节能措施不完善等问题，这些决定了被动式节能技术在严寒地区高层办公建筑中应用的必要性。通过对高层办公建筑的场地规划、建筑平立剖的设计处理以及外围护结构和材料的选择等方面进行分析，从而找出适合严寒地区高层办公建筑节能设计的方法。并以长春市新城大街商务区高层办公建筑被动式设计为例，推广被动式节能技术的应用，这对于解决目前困扰我国严寒地区高层办公建筑的能源浪费问题有着十分积极的作用。且为长春周边城市及建筑设计人员在进行高层办公建筑节能设计时提供一条可行的途径，从而更好提高严寒地区高层办公建筑室内办公人群的使用舒适度，有效的改善长春地区高层办公建筑的冬季采暖和夏季隔热，降低常规能源的使用量。
第 2 章 严寒地区高层办公建筑能耗构成及新能源应用介绍
2.1 严寒地区气候介绍及环境分析
严寒地区是我国北部的一类气候区，其覆盖了我国北部沿线大部分地区，是我国重要的气候类型之一，严寒地区的气候与寒冷地区气候相似，但又具有其一定的特殊性。
2.1.1 我国建筑气候分布及特征
我国地域辽阔，各地区的地势和气候都存在很大差异，根据我国建筑气候区规划图所示可以划分为温和地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区、寒冷地区和严寒地区五大类（如图 2-1），本文所研究气候区为严寒地区[14]。
严寒地区冬季寒冷，持续时间长，夏季清凉，持续时间短，且冬季阳光辐射量大。严寒地区的建筑物冬季要满足室内防寒保温，夏季要满足室内外通风换气。建筑物周边规划与建筑物单体设计也应该满足冬季日照和夏季通风的基本要求。体型系数较大的建筑物应该尽量减少外露面积，提高冬季建筑外围护结构的保温效率与密闭性，在适当条件时可以考虑利用太阳能等新型节能技术。
2.2 严寒地区高层办公建筑内部能量消耗和外部能量损耗
随着办公建筑类型的不断革新，“办公建筑被划分出很多类型，按照使用对象可以划分为行政办公楼、专业性办公楼、商务办公楼、综合性办公楼等；按照建筑高度可以划分为多层办公楼、高层办公楼和超高层办公楼[16]。”办公建筑的革新同时也导致了办公建筑内部使用功能的多样化，这对于分析办公建筑内部能量消耗和外部能量损耗带来了很大挑战。为了进行更有效的分析整合，通过简化研究对象，将研究对象确定为商务类高层办公建筑。通过对具体资料的分析和相关文献的阅览，总结出我国严寒地区办公建筑内部能量消耗和外部能量损耗的相关特征。
2.2.1 办公建筑内部能量消耗
办公建筑对于其室内环境有很高的要求，为了保证办公建筑内部人群的办公舒适度从而引入各种耗能量较大的设备来维持办公建筑的正常使用。“CBECS 为美国商业建筑能耗统计数据库，由美国能源部提供。其主要以商业类建筑的能耗信息为主，调查并分析商业类办公建筑的能源消耗结构和支出等方面的数据[17]。”与本次设计的研究对象一致，均为商业类办公建筑，因此可以以 CBECS 对于商业办公建筑的相关研究数据作为参考，分析商务高层办公建筑的能耗构成特点。从图 2-7 中可知，商业类办公建筑的能源消耗类别结构主要划分为 8 类，供暖耗能占据 25%，空调耗能占据 9%，餐厨耗能占据 1%，通风耗能占据 5%，办公耗能占据 16%，照明耗能占据 29%，热水耗能占据 9%，其他耗能占据 6%。
第 3 章 严寒地区高层办公建筑节能设计方法..............................25
3.1 严寒地区高层办公建筑体型系数的控制...........................25
3.2 严寒地区高层办公建筑外部环境规划.............................26
第 4 章 设计实例----长春新城大街商务区高层办公被动式设计........................46
4.1 项目概况....................................46
4.1.1 背景介绍...................................47
4.1.2 项目设计方法及过程.........................47
第四章 设计实例----长春新城大街商务区高层办公被动式设计
4.1 项目概况
本项目以严寒地区城市长春为背景，分析了当地传统高层办公建筑的现状，通过模拟长春市新城大街商务区高层办公建筑的节能设计从而改善当地传统高层办公楼的室内热工环境。以此项目为试点工程，将被动式技术向长春各地区高层办公建筑进行推广。
4.1.1 背景介绍
项目地块位于长春市净月开发区新城大街与飞虹路交汇，如图 4-2 所示,绿色地块被规划为居住区域,橙色地块为本次项目的建设范围，占地约为 6 万 m2,容积率约为 4，可建设约 24 万 m2的商业建筑。其中 B1 区被规划为高层办公建筑的建设用地,B2区则被划分为多属性商业建设区如商业步行街、商业综合体、多层商贸楼等。目前该项目和红星美凯龙商谈，准备投资建设爱琴海项目,同时又与沃尔玛进行沟通,预计建设沃尔玛购物广场或山姆会员店。
该地区汇集了长春市部分高校资源,项目地块周边楼盘林立，人口密度较高。项目北邻吉林农业大学，南侧与吉林建筑大学和拟建医院相邻(见图 4-3)，西邻商业区,东邻住宅区。其中，吉林农业大学是一所综合性农业大学，占地面积近 1500 万m2，在校学生约为 27000 余人，教职员工 2000 余人，多数居住在农大附近的家属楼。吉林建筑大学是省内重点建设建筑类本科高等学校，拥有全日制本科生 16000 余名，研究生 1000 余名,教职工 1100 余人。拟建医院是一家综合三级甲等医院,医院总体规划面积为 10 万 m2，总建筑面积为 30 万 m2。
项目地块周边交通便利,西临新城大街城市主干道，南临飞虹路城市支干路，由于净月开发区位于长春市郊，现阶段车流量适中，预计未来车流量会有明显提升，将会带动该地区的商业活力。
结论
随着我国经济的快速发展，就业率的不断提高，办公人群所处的办公环境也越发得到重视，尤其是处于严寒城市的办公建筑，不仅要考虑到冬季寒冷气候对办公建筑室内热环境的的影响，还要考虑到冬季采暖条件下空调设备的运作能耗。这些因素促使建筑师们将更多的注意力放在建筑的节能、绿色、低成本等层面上。被动式技术是一种低能耗、重环保、绿色发展的建筑节能技术。本文在总结前人研究的基础上，对被动式技术在高层办公建筑中的应用进行了分析探讨，本文创新点在于以严寒地区城市长春为项目选址，以新城大街商务区高层办公楼设计为例，结合长春当地的气候条件和办公建筑现状，分析出采用被动式技术的高层办公建筑是长春地区高层办公楼建设的
