倪 明 李朝霞

隨著綠色節(jié)能意識的深入人心,世界各國的建筑設計越來越多的向節(jié)能型、生態(tài)型靠攏。在LEED綠色節(jié)能標準指導下,涌現(xiàn)出了大量零能耗的綠色建筑。美國的里維斯節(jié)能中心就是其中的佼佼者,被評為全球十大節(jié)能建筑之一。該建筑不論是節(jié)能技術、材料選擇,還是內部環(huán)境、廢水處理、資源利用、建設費用各個方面都達到了國際先進標準。它是各國致力于保護環(huán)境,建設綠色節(jié)能建筑的建筑師可學習、借鑒的優(yōu)秀作品,具有很高的參考、借鑒價值。

1 里維斯中心設計理念

美國里維斯節(jié)能中心是一個充分利用自然環(huán)境和多樣節(jié)能技術手段的零能耗建筑,如圖1所示。建筑基地北側是一片居住區(qū),南側是一片植被茂盛、生態(tài)環(huán)境良好的濕地。在這樣的基地環(huán)境下,由里維斯家族投資建設的這個研究中心,不但考慮了建筑與環(huán)境的融合及對歷史文脈的沿用,同時還考慮了建筑對外界環(huán)境的保護與利用及建筑自身自給自足的存在方法。

里維斯節(jié)能中心由兩個2層高的建筑組成,建筑面積1 263 m2。其功能空間由教室、多媒體廳堂、實驗室、機械室四大部分組成。該節(jié)能中心不但要滿足教學實驗的需求,同時還要滿足中心周邊社區(qū)及相關團體在此召開會議、講座、集會和聚餐等多種功能。因此,設計團隊充分考慮了建筑功能與新型節(jié)能技術的結合。設計計劃從1996年開始籌備,建筑在2000年竣工。2005年～2008年節(jié)能中心的各項節(jié)能設施正式投入使用。經(jīng)過近3年的實時檢測,發(fā)現(xiàn)節(jié)能中心的節(jié)能效果十分突出。目前該建筑的節(jié)能效果與普通建筑的節(jié)能效果對比(如圖2所示),該建筑能耗僅為普通建筑的54%。同時通過對太陽能的利用還能夠產(chǎn)生18%左右的能量以供消耗。

2 外部景觀環(huán)境節(jié)能做法

里維斯節(jié)能中心與我國節(jié)能建筑做法的主要區(qū)別在于是否充分保護和利用自然環(huán)境。里維斯節(jié)能中心的外部環(huán)境,包括大面積的草坪、果樹及水池。如何充分保護和利用外部自然環(huán)境,其做法是在外部景觀設計中更多的選擇人行道路系統(tǒng)和自行車行車系統(tǒng),而排除車行道路系統(tǒng)。這樣就能夠最大限度的減少機動車對環(huán)境的破壞。同時,對環(huán)境進行充分利用,利用周圍果樹、草坪、水池等對環(huán)境污水進行循環(huán)再利用。在建筑周邊保留果樹、植被,一方面,保留原有物種作為環(huán)境景觀;另一方面,為建筑的使用者提供食品(如草莓等)。另外,建筑外部的雨水、生活污水可通過建筑外部具有過濾功能的水池、草坪和碎石小路進行過濾,之后為建筑提供生活用水。其過濾過程如圖3所示。

3 建筑節(jié)能手段

1)電力供應。通過對建筑所在區(qū)域的氣候條件進行分析,里維斯節(jié)能中心確定通過太陽能提供整個建筑使用的電力。該中心在建筑屋頂及停車場頂部建設了一個與城市電網(wǎng)相連接的太陽能供電系統(tǒng),如圖4所示。系統(tǒng)最大的特點是,在太陽輻射較強的時期,為建筑自身提供運轉的全部能量來源,同時將過剩的電能向區(qū)域電網(wǎng)輸出;而在天氣較差的情況下,絕大部分電力來自于自身的太陽能供電系統(tǒng),少量電力來自城市電網(wǎng)。該建筑全年的能量供應系統(tǒng)統(tǒng)計如表1所示。可見通過該系統(tǒng)全年節(jié)約能源可達到計劃消耗能源的70%以上。

表1 節(jié)能中心節(jié)能比

2)污水處理。建筑中的污水處理主要是通過與城市污水系統(tǒng)相通的建筑內部多個迷你生態(tài)系統(tǒng)——生態(tài)間完成,如圖5所示。建筑內部的生活污水(淋浴及廚房用水)通過生態(tài)間內部種植的大量植被之后,被分解和部分利用,產(chǎn)生大量的氧氣和清潔的中水,為建筑內部提供良好的空氣來源和調節(jié)室內氣候環(huán)境。

3)采光措施。為了實現(xiàn)良好的采光,建筑布局上采用了東西軸向的布局。建筑內部使用率高的房間南向開窗。建筑內部加大了建筑層高和開窗的高度。建筑中部設置的采光大廳,并通過建筑內部淺色的裝飾層,很好的提高內部照度水平。同時,使用了充有氦氣的三層Low-E玻璃窗,很好的解決了采光與保溫的矛盾。對于大尺度的空間內部大量使用了玻璃隔墻,這樣能夠提高室內空間的采光效果,形成了大空間內部良好的光環(huán)境,如圖6所示。

4)通風系統(tǒng)。建筑的通風系統(tǒng),由布設在建筑多處的CO2自動感應器與門窗的自動控制系統(tǒng)形成聯(lián)動,在室內空氣環(huán)境下降的情況下自動開啟。同時,建筑內部也設計了方便手動開啟的門窗,可根據(jù)使用要求自行進行通風采光。

5)保溫措施。在這個大小空間相互穿插的復雜建筑中,建筑師考慮了建筑材料的特征對建筑節(jié)能的影響。這個鋼結構建筑中使用了大面積磚墻:一方面延續(xù)了建筑的文脈;另一方面則起到了隔熱和保溫的作用。結合建筑的外層玻璃,形成了日光間,起到了調節(jié)室內溫度的作用。建筑室內大廳采用了傳統(tǒng)的水泥地面。水泥良好的蓄熱系數(shù)使地面起到了白天吸熱、晚間放熱的作用。對室內溫度穩(wěn)定性的調節(jié)起到了很好的作用。

6)節(jié)能材料選擇。該建筑的大量建筑材料來自于當?shù)氐氖?、木材和原有建筑拆除后的建筑材料。其?建筑墻體中的磚來自于其他教學樓拆除后廢棄的磚塊。而隔熱保溫砌塊則來自于粉碎后重新加工而成的建筑垃圾。建筑內部各個教室的梁、屋頂及多功能廳堂的室內修則全部都由木材制成。木材不但符合FSC環(huán)保標準,零甲醛排放,而且這些構建都可以在被拆除后再次利用。另外,建筑室內的座椅全部為木質,符合FSC環(huán)保標準。室內的地毯也來自于廢棄塑料的再加工,并且該地毯能夠在使用破損之后,進行重新回收再翻新,可以循環(huán)使用。以上這些做法,一方面減少了自然環(huán)境的壓力,同時也為建筑室內提供了健康的空氣環(huán)境。

4 結語

1)充分利用環(huán)境形成低成本的綠色建筑設計。既利用內部、外部環(huán)境的營造形成適合建筑存在的小氣候,并為建筑的污水處理、空氣凈化提供條件。2)高技術智能控制系統(tǒng)與低成本節(jié)能做法相結合。這種做法改變了零能耗建筑必是高技術、高投入建筑的傳統(tǒng)觀念。利用特朗伯墻、自然通風、充分采光等傳統(tǒng)的建筑手法與節(jié)能控制系統(tǒng)、太陽能技術等相結合形成優(yōu)勢互補的節(jié)能大系統(tǒng),共同完成建筑能耗的節(jié)約。3)通過廢棄材料的再利用,降低建筑成本。在我國和其他國家的零能耗建設的前期,建筑材料多使用非可再生材料,如鋼材。而對廢棄的工業(yè)材料和生活垃圾的利用的考慮則較少。4)對建筑材料、裝飾材料的生命周期的考慮。通過使建筑材料、裝飾材料的使用時間延長,能夠在很大程度上減少建筑垃圾和生活垃圾向自然界的排放。隨著預制裝配式建筑的不斷發(fā)展,相信越來越多的建筑材料會被二次利用或三次利用,從另一個側面形成建筑的生態(tài)節(jié)能技術。

[1] http://www.eere.energy.gov/buildings/highperformance/case-studies/overview.cfm ProjectID=5.

[2] Petersen J.Oberlin College Lewis Center for Environmental Studies[J].A Low-Energy Academic Building,2004(3):27-28.

[3] 丁沃沃.適用、堅固與美觀——談學校建筑的設計與建造[J].建筑學報,2004(8):67-69.

[4] 閻國忠.對建筑的審美解釋[J].北京大學學報,1991(5):61-63.