王 天 暉

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200002)

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生態(tài)高層建筑的技術(shù)策略初探

王 天 暉

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200002)

結(jié)合武漢新能源辦公樓工程實(shí)例，從太陽(yáng)能、風(fēng)能利用、屋頂綠化、自然通風(fēng)采光、外圍護(hù)材料選擇等方面，闡述了高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的策略，指出高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)了生態(tài)技術(shù)與建筑外形的結(jié)合，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

高層建筑，生態(tài)設(shè)計(jì)，屋頂綠化，自然通風(fēng)

0 引言

近年來(lái)，國(guó)外應(yīng)用各種新技術(shù)、新材料建造了一大批優(yōu)秀的生態(tài)建筑，國(guó)內(nèi)也在設(shè)計(jì)建設(shè)一批示范性的節(jié)能建筑、綠色建筑和氣候建筑(它們也被統(tǒng)稱(chēng)為生態(tài)建筑)。

本文研究源起于2010年武漢新能源研究院辦公樓設(shè)計(jì)，武漢新能源研究院由武漢市人民政府與華中科技大學(xué)組建，成立于2009年，其主體建筑將作為武漢新能源研究院的辦公場(chǎng)所和新能源產(chǎn)業(yè)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)基地，是集科學(xué)研究、研發(fā)實(shí)驗(yàn)、綜合服務(wù)以及新能源技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用展示等多功能為一體的綜合性建筑物。

武漢新能源項(xiàng)目占地面積約9萬(wàn)m2，整個(gè)辦公樓高95 m，地上17層，總建筑面積約75 000 m2。在武漢新能源研究院建筑設(shè)計(jì)方案中，作為主創(chuàng)建筑師與荷蘭荷隆美集團(tuán)組成聯(lián)合體，與五家境外知名建筑設(shè)計(jì)公司競(jìng)標(biāo)成功中標(biāo)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中本人深切體會(huì)到了生態(tài)技術(shù)策略在當(dāng)代高層建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐性，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)歷和近期對(duì)文獻(xiàn)閱讀的結(jié)果，本文致力于從技術(shù)問(wèn)題入手對(duì)高層生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行探討。

1 高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的意義

隨著環(huán)境的惡化和不可再生能源的短缺，生態(tài)建筑設(shè)計(jì)理念逐漸成為主流，生態(tài)技術(shù)策略的引入將對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。建筑師的目光從各種風(fēng)格流派的表達(dá)當(dāng)中更多轉(zhuǎn)移到生態(tài)策略的設(shè)計(jì)上，建立了一套行之有效的生態(tài)技術(shù)策略，為設(shè)計(jì)者提供高效、便捷的設(shè)計(jì)方法，使我們的建筑成為真正意義上的生態(tài)建筑。使建筑設(shè)計(jì)與生態(tài)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將生態(tài)技術(shù)融入到建筑設(shè)計(jì)中，形成新的建筑美學(xué)。

2 生態(tài)技術(shù)與策略

2.1 太陽(yáng)能、風(fēng)能和地源熱泵的利用

太陽(yáng)能利用主要包括兩大類(lèi)型，一是被動(dòng)式太陽(yáng)能利用，即在建筑中不使用特殊的動(dòng)力設(shè)備，而是利用太陽(yáng)的光和熱、風(fēng)等因素調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境。二是主動(dòng)式太陽(yáng)能利用，從中又分為太陽(yáng)熱能應(yīng)用系統(tǒng)和太陽(yáng)能光電系統(tǒng)。

武漢新能源辦公樓采用了上大下小的類(lèi)似于馬蹄蓮花的建筑形態(tài)，這樣可以在夏季為整個(gè)主體建筑提供長(zhǎng)時(shí)間的遮陽(yáng)，從而降低空調(diào)能耗。上大下小的形態(tài)可以在屋頂設(shè)置約3 000 m2的太陽(yáng)能光伏電池板，同時(shí)，在主體建筑的屋頂上空設(shè)置了三組磁垂直軸風(fēng)機(jī)，用來(lái)風(fēng)力發(fā)電，每年的發(fā)電量可以滿足大樓28%的用電量。結(jié)合太陽(yáng)能光伏的發(fā)電量，這兩者結(jié)合可以滿足主體建筑一年的用電要求。

武漢新能源辦公樓以地面以下穩(wěn)定的土壤地?zé)釣槟茉?，以地源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源機(jī)組，能夠循環(huán)使用。冬季熱泵系統(tǒng)以大地中的熱量為熱源，對(duì)建筑供熱，并使大地的溫度降低，蓄存冷量；夏季熱泵機(jī)組把建筑物中的熱量傳輸給大地，對(duì)建筑物降溫，同時(shí)在大地中蓄存熱量以供冬季使用。在地源熱泵系統(tǒng)中大地起到了蓄能的作用，利用深層土壤的恒定溫度作為冷熱源，大大降低了空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗。在武漢地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，測(cè)試得出其熱泵系統(tǒng)比常規(guī)的空調(diào)節(jié)能37%，節(jié)省運(yùn)行成本30.2%左右。

2.2 屋頂綠化

屋頂綠化能夠與地面綠化和墻體綠化一樣調(diào)節(jié)微氣候，當(dāng)太陽(yáng)照射到屋頂時(shí)，由于覆蓋植被的存在，建筑物得熱大大減少。武漢新能源辦公樓實(shí)驗(yàn)室裙房屋頂采用屋頂綠化技術(shù)，不僅極大地提高了屋頂?shù)谋匦阅?，而且?jié)約了空調(diào)用電量，同時(shí)又是員工工作之余親近自然的場(chǎng)所。同時(shí)屋頂綠化對(duì)防水和荷載的要求比普通屋面高，需要在設(shè)計(jì)中作特別的處理。

2.3 自然通風(fēng)及采光

自然通風(fēng)較之于其他相對(duì)昂貴、復(fù)雜的生態(tài)技術(shù)，是一項(xiàng)比較成熟而廉價(jià)、樸素的技術(shù)措施，在武漢新能源辦公樓的設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理的建筑設(shè)計(jì)，自然通風(fēng)在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度、帶走潮濕氣體，達(dá)到人體熱舒適度，并提供新鮮、清潔的自然空氣?？s短全年空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)省能耗21%。

合理的自然光利用方法是建筑無(wú)光環(huán)境和熱環(huán)境整體質(zhì)量的主要內(nèi)容，爭(zhēng)取區(qū)分天然采光建筑的技術(shù)，并在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮，以創(chuàng)造一個(gè)統(tǒng)一、完整的天然采光系統(tǒng)，武漢新能源辦公樓內(nèi)部空間設(shè)置中庭，自然采光可以從中庭頂部的天窗直接照射到室內(nèi)，中庭側(cè)壁形成漫射光，使得整個(gè)中庭猶如一個(gè)明亮的光庭，光庭周邊的走廊和各使用空間的照明度大大提高。

2.4 外圍護(hù)材料選擇

通常外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能控制都是通過(guò)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的熱阻、降低傳熱系數(shù)來(lái)改善其熱工性能。高層建筑往往采用大面積的玻璃幕墻，熱損失是個(gè)較為突出的問(wèn)題。為了充足的采光需求和良好的景觀視野，形成良好的外立面形式，在高層建筑中，外窗和幕墻應(yīng)占房間總耗熱的30%左右。

武漢新能源辦公樓外立面主要由玻璃和鋁板幕墻構(gòu)成，辦公樓層的外立面設(shè)計(jì)采用高絕緣隔熱玻璃面板，立面在人的視線高度使用一塊高能透明陽(yáng)光反射玻璃，辦公人員可以打開(kāi)高透明的陽(yáng)光反射玻璃來(lái)獲得自然通風(fēng)，從而減少能耗，增加空間的舒適度。

2.5 遮陽(yáng)系統(tǒng)

遮陽(yáng)系統(tǒng)包括兩種類(lèi)型：外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)。對(duì)于外遮陽(yáng)來(lái)說(shuō)，百葉在窗戶外側(cè)，把主要的太陽(yáng)輻射熱擋在了室外；而對(duì)于內(nèi)遮陽(yáng)來(lái)說(shuō)，百葉雖然可以起到這樣的效果，然而大部分的太陽(yáng)輻射熱已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi)，所以，在隔熱性能方面，常采用外遮陽(yáng)的立面形式。

武漢新能源辦公樓實(shí)驗(yàn)室裙房的外立面采用了統(tǒng)一模數(shù)的外立面金屬遮陽(yáng)系統(tǒng)，在與內(nèi)層門(mén)窗對(duì)應(yīng)的位置，遮陽(yáng)構(gòu)件雖然阻擋了太陽(yáng)直射光的照射，降低了由于輻射而造成的建筑熱量的吸收，然而遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)太陽(yáng)光線的反射作用產(chǎn)生的漫射光對(duì)建筑來(lái)說(shuō)卻是有利的，為了在遮陽(yáng)和日光控制之間取得平衡，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的遮陽(yáng)形式，體現(xiàn)了一種不斷進(jìn)化的形體美。

3 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)技術(shù)策略包括太陽(yáng)能風(fēng)能、屋頂綠化、地源熱泵、自然采光通風(fēng)等技術(shù)策略，應(yīng)用于高層建筑設(shè)計(jì)之中，通過(guò)改善窗戶及玻璃幕墻熱工性能、選擇有效的遮陽(yáng)系統(tǒng)等策略來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)化。

武漢新能源項(xiàng)目立足于生態(tài)設(shè)計(jì)的新能源利用，融合先進(jìn)的生態(tài)建筑技術(shù)，并通過(guò)空間與形象的表達(dá)，賦予建筑物豐富的生態(tài)信息，項(xiàng)目目前已完成施工，其主體建筑獲得中國(guó)綠色建筑評(píng)估體系GB/T 50378—2006綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)三星獎(jiǎng)。

[1] [美]尼克·貝克.建筑節(jié)能設(shè)計(jì)手冊(cè)——?dú)夂蚺c建筑[M].黃梁斌，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] [德]弗拉格.托馬斯·赫爾佐格：建筑+技術(shù)[M].李保峰，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 瓦爾特·科爾布，塔希洛·施瓦茨.屋頂綠化[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

Ecological countermeasures for design of high building

Wang Tianhui

(HuadongBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Shanghai200002,China)

Combining with Wuhan new energy office building engineering example, starting from aspects of solar energy, wind energy utilization, roof greening, natural ventilation lighting and external enclosure material selection, the paper describes ecological high-rise building design strategies, and finally points out that: ecological high-rise building design effectively realizes the integrity of ecological technology and architectural appearance, and meets sustainable development concept as well.

high-rise building, ecological design, roof greening, natural ventilation

1009-6825(2016)10-0021-02

2016-01-25

王天暉(1982- )，男，工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建筑師，國(guó)家注冊(cè)規(guī)劃師

TU201.5

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