夏偉 栗徳祥／Xia Wei, Li Dexiang

“綠色”概念強(qiáng)調(diào)實(shí)事求是和因地制宜。中國幅員遼闊，氣候條件、地理環(huán)境、自然資源等建筑設(shè)計(jì)外部條件差異性極大，因此綠色建筑的設(shè)計(jì)要根據(jù)各地的不同條件采用不同的設(shè)計(jì)策略，在傳統(tǒng)技術(shù)策略、中低技術(shù)策略、高技術(shù)策略中采用適宜技術(shù)策略或策略組合 。

天人集團(tuán)為青島市一家水處理集團(tuán)企業(yè)。天人集團(tuán)辦公樓項(xiàng)目用地7008m2，建筑面積6385m2，地上4層，地下1層。2006年由清華大學(xué)建筑學(xué)院和建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，2008年完成施工（圖1）。本文通過天人集團(tuán)辦公樓項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中關(guān)于綠色因素的考慮，提出了從氣候條件分析出發(fā)的綠色建筑設(shè)計(jì)的一些思路。

1 氣候分析得到設(shè)計(jì)策略

所謂被動(dòng)式設(shè)計(jì)，其目的是以地區(qū)的自然環(huán)境為研究對(duì)象，在設(shè)計(jì)的過程中最大限度的利用自然環(huán)境的潛能 。首先要分析地區(qū)的氣候特點(diǎn)，找出各個(gè)氣候因素的潛能強(qiáng)度，想方設(shè)法在建筑上采取措施，對(duì)能夠利用的因素加以積極的利用，對(duì)產(chǎn)生不利的因素則極力回避。

氣候條件的分析：青島屬于寒冷地區(qū)，青島地區(qū)7、8月相對(duì)濕度大（80%以上），溫度高。夏季需要隔熱和除濕。1、2和12月溫度相對(duì)低，相對(duì)濕度60%左右；冬季除了保溫要求外還要適當(dāng)除濕。降水集中在7、8月，有雨水集中收集的潛力；本地平均風(fēng)速較高，有風(fēng)力使用的潛力。

圖1 青島天人集團(tuán)辦公樓整體鳥瞰圖

Ecotect 的氣候分析：此工具采用的源數(shù)據(jù)來自美國能源部網(wǎng)站 ，和我國的數(shù)據(jù)庫有一定的差別。因此并沒有完全依賴青島的數(shù)據(jù)分析，而是采取了比較研究的方法，從山東省內(nèi)的6個(gè)數(shù)據(jù)相對(duì)比較全的其他市（縣）的分析結(jié)果（表2）和青島的分析結(jié)果對(duì)比得到青島的被動(dòng)式設(shè)計(jì)的措施以及設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

Ecotect氣候分析支持的被動(dòng)式設(shè)計(jì)途徑包括：被動(dòng)式太陽能采暖(Passive Solar Heating)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)（Thermal Mass Effect），夜間通風(fēng)（Mass+night Ventilation），自然通風(fēng)（Natural Ventilation），直接蒸發(fā)制冷（Direct Evaporative Cooling），間接蒸發(fā)制冷（Indirect Evaporative Cooling）。從分析結(jié)果來看，青島地區(qū)在過渡季節(jié)、夏季部分時(shí)間段可以通過自然通風(fēng)的方式來獲得舒適度，而在冬季，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)節(jié)能作用比較明顯。

表 1 青島的氣候條件

根據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，我們將本案的主要設(shè)計(jì)策略為加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)自然通風(fēng)。

2 全方位的設(shè)計(jì)

在方案的具體設(shè)計(jì)過程中，遵循了從規(guī)劃布局層面，單體設(shè)計(jì)層面，構(gòu)造（細(xì)部）設(shè)計(jì)層面全面的“綠色”考慮原則。

2.1 場(chǎng)地規(guī)劃和建筑布局——生態(tài)補(bǔ)償、保留自然的地形、自然采光和通風(fēng)

2.1.1 生態(tài)補(bǔ)償

方案設(shè)計(jì)從最初的布局就追求建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)。建筑的建設(shè)不可避免的對(duì)環(huán)境造成影響，因此只有通過合理的生態(tài)補(bǔ)償才能抵消或削弱這種影響。生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制在本設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)在減少對(duì)環(huán)境自然地形的破壞、盡可能的利用自然資源、通過屋頂綠化、垂直綠化形成生態(tài)效益對(duì)環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)償。

表2 山東省內(nèi)6個(gè)市（縣）與青島的分析結(jié)果表

2.1.2 保留自然的地形

首先，對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)原有的地形變化在方案設(shè)計(jì)中予以保留，建筑主要布局在地勢(shì)較為平坦的場(chǎng)地東側(cè)。把起伏的地形留作室外場(chǎng)地，這不僅能減少場(chǎng)地整治費(fèi)用，同時(shí)也能減小對(duì)自然環(huán)境的破壞，豐富建筑的空間層次并為室外的展覽空間創(chuàng)造出良好的景觀條件。

2.1.3 自然采光和通風(fēng)

主要建筑物按南北向布置。這樣的布局保證了建筑的所有部分都有較好的朝向，結(jié)合相對(duì)較小的進(jìn)深也保證了建筑在較長的時(shí)間段內(nèi)能利用自然通風(fēng)。本案內(nèi)的建筑和地域的主導(dǎo)風(fēng)向垂直或在一定的交角（＜15°）以內(nèi)，在具有良好的外部風(fēng)環(huán)境的時(shí)段，風(fēng)壓可作為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的主要手段。

2.2 較小的體型系數(shù)和優(yōu)化的維護(hù)結(jié)構(gòu)

為達(dá)到最好的熱工性能，減少建筑對(duì)能源的需求，建筑體型采用了類矩形平面，以得到較小的體形系數(shù)（0.24）；另外，為了與場(chǎng)地內(nèi)及周邊的起伏地形取得和諧共融的關(guān)系，建筑的形態(tài)在南側(cè)采取了扭轉(zhuǎn)退臺(tái)的方式，使得綠化中庭能夠面向正南向（圖2、3）。并且利用有韻律感的建筑構(gòu)件作為垂直遮陽。外墻材料選用了k值0.46的外保溫墻體。外窗選用k值為2.4的玻璃鋼（中空玻璃）窗。屋頂部分均為綠化植被屋面，k值為0.46。

2.3 功能布局——辦公融入自然景觀，增加綠視率，生態(tài)艙＋生態(tài)核

圖2 總平面圖

圖3 建筑構(gòu)件遮陽示意

圖4 剖面熱壓通風(fēng)與日照示意圖

為了更充分表達(dá)建筑與自然共融的理念，方案設(shè)計(jì)在建筑的室內(nèi)空間中加入了“生態(tài)核”——綠化中庭這一元素，讓辦公人員能在一個(gè)與自然非常親近的環(huán)境中工作。生態(tài)核的主要功能有：

（1）夏季利用熱壓通風(fēng)。利用建筑內(nèi)部空氣的熱壓差——即通常講的“煙囪效應(yīng)”——來實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)（圖4）。利用熱空氣上升的原理，在建筑上部設(shè)排風(fēng)煙囪可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。在空氣進(jìn)入之前，已被窗外的水池預(yù)先冷卻。

（2）冬季得熱。生態(tài)核將保證冬季較多的陽光直射和得熱，為創(chuàng)造良好溫暖的冬季室內(nèi)環(huán)境創(chuàng)造條件。

（3）形體的標(biāo)志性。生態(tài)核完整的形體將成為建筑的主要標(biāo)志之一。

室內(nèi)展示大廳（室內(nèi)外連續(xù)）生態(tài)核擁有的500m2室內(nèi)大廳是建筑的核心內(nèi)容之一，將承擔(dān)接待、新聞發(fā)布、展示、休息等多種功能，大廳內(nèi)將包含多種展示功能，在大廳內(nèi)也能觀賞到大廳外的生態(tài)化的場(chǎng)地建設(shè)。中庭為向南朝向，利于其中植被的生長。辦公空間的主要朝向?yàn)橄虮迸c向南，北面為山體，有著良好的景觀，而南面則是開闊的空間。設(shè)計(jì)為了增加辦公空間的舒適性，提供更多人和自然接觸的機(jī)會(huì)，靈活的在每層增加綠化空間，讓每層的辦公人員均有機(jī)會(huì)接觸，這些空間為公司內(nèi)部接待、交流使用的多功能公共活動(dòng)空間。頂層的公共綠化空間和室外的屋頂綠化連成一體，成為公司高層接待、會(huì)議的場(chǎng)所，也是公司最具有特點(diǎn)的空間標(biāo)志。

生態(tài)核南面利用太陽能光電板作為水平遮陽，在冬天可以使得玻璃最大限度的透過自然光和熱，成為舒適的陽光花園。而在夏天，遮陽又可以阻止玻璃得熱（圖5、6）。

2.4 建筑外觀——生態(tài)措施的結(jié)晶，綠色＋生態(tài)核＋遮陽

除了上述垂直綠化、生態(tài)核等內(nèi)容之外，南立面的綠化遮陽組合系統(tǒng)也形成立面的重要特色（圖7）。組合遮陽包括能夠遮擋垂直陽光的水平遮陽，也包括懸挑的綠化走廊，遮陽系統(tǒng)可以有效的阻擋夏季強(qiáng)烈的陽光，減少建筑物的得熱，窗外綠意盎然，增加室內(nèi)辦公的舒適度。綠化配有滴灌系統(tǒng)，而且方便管理更換。

此外，本設(shè)計(jì)采用的垂直綠化、遮陽百葉、生態(tài)核等措施都能夠在立面上較明顯的看出，這既能為建筑的外觀形成鮮明的生態(tài)個(gè)性，也能為建筑本身帶來很好的生態(tài)效益，為綠色建筑的推廣形成示范效應(yīng)。

2.5 室外空間——生態(tài)化的場(chǎng)地特征再現(xiàn)

室外空間的營造同樣也貫徹了與自然相融合的理念。場(chǎng)地的生態(tài)化建設(shè)考慮到了場(chǎng)地內(nèi)部各個(gè)方向的觀賞視線。把建筑的本身的生態(tài)化建設(shè)和場(chǎng)地的生態(tài)化建設(shè)并重，整體設(shè)計(jì)。

首先是污水處理。水的再生與回用是環(huán)境保護(hù)、水污染防治的主要途徑，也是生態(tài)建筑和規(guī)劃的重要課題。本案中將廁所的污水收集將經(jīng)過處理成景觀用水，再由植物凈化，形成中水用來沖洗汽車或者回用沖廁。種有浮萍，鳳眼蓮，荷花等水生植物和蘆葦，香蒲，茭白，傘草，菖蒲等挺水植物的活水濕地，伴生有各種微生物及原生物，組成了一個(gè)獨(dú)具特色的人工濕地系統(tǒng)。污水在這里經(jīng)沉淀吸附，氧化還原和微生物分解等作用，有機(jī)污染物中的大部分被分解為可被植物吸收的養(yǎng)料，在促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)植物生長的同時(shí)，也凈化了自己，水質(zhì)明顯改善。 植物凈化的過程既是景觀的一部分，也可以成為公司對(duì)外技術(shù)展示的一部分。污水經(jīng)過處理之后流入景觀水池，成為生態(tài)核——綠化中庭的室外水景觀。

2.6 能源屋頂：光電+風(fēng)電+屋頂花園+光導(dǎo)管

本案的另外一個(gè)特色是能源屋頂：能源屋頂由產(chǎn)能系統(tǒng)和降耗系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。屋頂可再生能源系統(tǒng)由小型光伏電池組和3組5kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成：屋頂光伏電池組做成涼亭的形式，為屋頂花園提供了一塊有遮蔭的活動(dòng)區(qū)域，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用青島豐富的風(fēng)能資源，提供部分建筑使用的能源，降低建筑對(duì)外界能源的需求。設(shè)計(jì)采用了微風(fēng)啟動(dòng)的聚風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，噪聲低，效率高。降耗系統(tǒng)包括屋頂?shù)墓鈱?dǎo)管和屋頂綠化兩個(gè)方面。光導(dǎo)管直接采納自然光至4層的走道中，減少了白天照明用電。綠化屋頂分為兩部分，一部分集中在光電涼亭下設(shè)計(jì)了精細(xì)管理的園林，為企業(yè)員工的活動(dòng)區(qū)域。其余區(qū)域?yàn)榇址攀焦芾淼哪秃档木疤祛愔参飬^(qū)。屋頂綠化能減少建筑物的得熱，間接降低建筑的空調(diào)能耗（圖8～11）。

2.7 其他措施

太陽能場(chǎng)地照明：太陽能場(chǎng)地照明將利用太陽能光伏電池發(fā)電，通過蓄電池蓄電，用于夜間景觀照明或者道路照明。設(shè)備包括新型低造價(jià)的太陽能光電池、充放電控制器有效保護(hù)電池、照明采用防水、低色溫節(jié)能燈。太陽能場(chǎng)地照明將有效的減少夜間景觀照明的電能消耗，并成為景觀元素。

垃圾分類收集：本案中還嘗試?yán)诸愂占牟捎谩Ｓ袡C(jī)垃圾直接收集現(xiàn)場(chǎng)處理制作沼氣（公司研發(fā)使用），無機(jī)垃圾設(shè)置分檢。

3 建成效果與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

即便是遇到一個(gè)環(huán)保主義者的甲方，在關(guān)于什么是綠色建筑，綠色建筑應(yīng)該有什么樣的外觀等問題的認(rèn)識(shí)上仍然會(huì)存在分歧。綠色建筑的設(shè)計(jì)也要求建筑師了解更多的技術(shù)途徑、產(chǎn)品性能、工程造價(jià)等內(nèi)容。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我們深刻體會(huì)到推行綠色建筑設(shè)計(jì)的難處。但是在設(shè)計(jì)方法上，本案做了如下的有益探索：一是通過氣候分析得到某個(gè)地區(qū)的氣候“主要矛盾”并以此為基礎(chǔ)展開設(shè)計(jì)；二是在設(shè)計(jì)的各個(gè)層面上全面的進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)的考慮，而非局限在某個(gè)局部上；三是逐步認(rèn)識(shí)到各種評(píng)估模擬軟件的運(yùn)用對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)的修正指導(dǎo)作用；四是如何將技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段更好的和建筑美學(xué)結(jié)合在一起，以及如何以此為基礎(chǔ)與非專業(yè)人士就綠色建筑的推廣展開討論。

3.1 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)

從這個(gè)建筑建成一年的運(yùn)行情況來看，屋頂風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況比較良好。但是在屋頂?shù)脑O(shè)置在辦公室較為安靜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的噪音，這些是設(shè)計(jì)之初未曾預(yù)見的。原因是設(shè)計(jì)建議采用的微風(fēng)啟動(dòng)的靜音型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在價(jià)格上和本地的普通產(chǎn)品相比不具有競(jìng)爭力。

3.2 建筑美

在強(qiáng)調(diào)建筑技術(shù)的同時(shí)我們有時(shí)候會(huì)有意無意的忽略建筑美學(xué)，而在建成之后，像所有的建筑師去端詳自己的作品時(shí)，總是充滿著激動(dòng)和些許遺憾。

3.3 關(guān)于綠化系統(tǒng)

窗外懸挑排列的垂直綠化沒有實(shí)現(xiàn)，原因是按照設(shè)計(jì)中所建議的采用盆栽的方式需要較高的維護(hù)頻率，也會(huì)帶來較高的投資。山墻上的爬藤植物區(qū)在設(shè)計(jì)中采用的金屬百葉作為爬藤的基質(zhì)，但是爬藤植物的生長特性以及青島的氣候使得它生長較困難。因此，在建筑立面設(shè)計(jì)中組合的垂直綠化體系需要多專業(yè)的配合，也需要在投資條件允許的前提下由業(yè)主單位共同來實(shí)現(xiàn)。

3.4 人工濕地與污水處理

由于涉及到多專業(yè)的配合，人工濕地的設(shè)計(jì)對(duì)于建筑師顯得較為困難。但是由景觀建筑師和濕地的建設(shè)單位配合就可以更加勝任濕地的設(shè)計(jì)任務(wù)。原設(shè)計(jì)中條形的人工濕地建設(shè)明顯的滯后于整體進(jìn)度，對(duì)于濕地的管理也需要在后期增加一定的投入。

3.5 整合設(shè)計(jì)

工程竣工之后，作為最初的設(shè)計(jì)單位，我們深深體會(huì)到了“整合設(shè)計(jì)”的含義。在建造過程中，和作為項(xiàng)目推動(dòng)單位，與業(yè)主方、施工方、其他專業(yè)團(tuán)隊(duì)共同努力相比，在圖紙上將各種技術(shù)設(shè)想變成整合的技術(shù)措施要簡單的多。在投資有限的前提下，各種分歧不可避免，有時(shí)候要做出退讓和妥協(xié)，有時(shí)候需要作為建筑師具備較強(qiáng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌能力。

圖7 綠化遮陽組合系統(tǒng)大樣

圖8 綠色策略示意圖

圖9 光導(dǎo)管下的辦公區(qū)

圖10 能源屋頂

圖11 南立面的水平遮陽（9月30日下午兩點(diǎn)）

建成照片

注釋

①秦佑國.中國國情下的綠色建筑[EB/OL]：http://www.sigbac.com/igbc/news/ReadNews.asp?NewsID=398

②彰國社國外建筑設(shè)計(jì)詳圖圖集-被動(dòng)式太陽能建筑設(shè)計(jì) [日].北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2005

③Ecotect是由英國Square One公司開發(fā)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)軟件，它主要應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)階段，具有速度快，直觀，技術(shù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。參見http://ecotect.igreen.org/index.php?op=Default&Date=200508&blogId=6，本文運(yùn)用的主要是Ecotect自帶的weatool氣候分析工具。

④數(shù)據(jù)下載自：http://www.eere.energy.gov/buildings/energyplus/cfm/weather_data3.cfm/region=2_asia_wmo_region_2/country=CHN/cname=China

[1] G.Z.Brown & Mark Dekay, SUN, WIND & LIGHT—ARCHITECTURAL DESIGN STRATEGIES[M].JOHN WILEY & SONS, INC 2001

[2] Donald Watson and Kenneth Labs，CLIMATIC DESIGN:Energyefficient Building Principles and Practices[M].McGraw-Hill, New York, 1983

[3]譚剛,朱穎心,李曉鋒.熱壓自然通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[A].全國暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C] ,2000 :910 - 913.

[4]李曉鋒,譚剛,朱穎心.自然通風(fēng)設(shè)計(jì)方法研究(一)理論與方法[A].全國暖通空調(diào)制冷2000 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C] ,2000 :126 - 129.

[5] 朱偉峰，陳建萍等.自然通風(fēng)技術(shù)在某生態(tài)建筑中的應(yīng)用分析[J].制冷與空調(diào)，2005(6)

[6] 何梓年.太陽能熱利用與建筑結(jié)合技術(shù)講座（一）[J].可再生能源，2005(01)

項(xiàng)目主持：栗德祥教授

方案及施工圖設(shè)計(jì)：夏偉，栗鐵，周正楠等。該項(xiàng)目獲2009年教育部優(yōu)秀建筑設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。