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第36章 国内外低碳建筑的典范(1)

一、英国低碳办公建筑

绿色办公建筑因其高舒适度,在改善办公条件、提高工作效率方面有积极作用,同时对树立健康的企业形象也有帮助。在大型企业和建筑师们的共同努力与推动下,绿色办公建筑方兴未艾。其中部分建筑集成了当今先进技术,成为了“高技派”的代表作。

BRE绿色环境楼

建成于1996年的英国建筑研究院(BRE)的环境楼为21世纪的办公建筑提供了一个低碳建筑样板。该大楼位于奥特福德(Watford)的郊区,为三层框架结构,占地面积6400m2,建筑面积2200m2,每年能耗和CO2排放量设计指标分别为83kW·h/m2和34kg/m2。

BRE绿色楼最大限度地利用了日光,设计有智能化外遮阳设施,外遮阳百叶可以根据不同时间阳光的辐射方向调整角度,达到遮挡强烈的阳光防止眩光的目的。同时,外遮阳百叶与建筑立面之间有一定宽度,形成空气流动的空间,也有“可呼吸”幕墙的效果,减少了空调和风机的使用。南侧立面上有5个高耸的风塔,通风口有低速风扇,可以在炎热或无风时节帮助通风。

该大楼在南立面上设有太阳能光电电池,为建筑物提供部分无污染电力。夏天利用地板中的地下水管道冷却楼板,以降低室内温度;冬天则通过地板下的加热管道以及环绕四周的散热器来采暖。尽管在工作时间95%以上的室内有足够的自然采光,但该大楼还安装有智能照明系统和高效节能的灯具,可根据需要自动将照明补偿到日光标准。建筑物各系统运作均采用计算机集成技术自动控制,用户可对灯、百叶窗和加热系统的自控装置进行遥控调节。

工程建设过程中,该建筑尽量使用拆除旧建筑中可循环使用的建筑材料,96%的建筑材料使用的是回收、循环使用或再生的材料。该建筑共使用了8万块再生砖,90%的现浇混凝土使用了再循环的骨料,水泥掺合料中使用了磨细粒状高炉矿渣,红木拼花地板则取自再生木材,同时还使用了对环境无害的涂料和清漆。值得一提的是,该建筑南立面外墙使用旧砖砌筑,砖块颜色虽不一致,但古朴斑斓的墙面色彩却给人们留下了深刻的印象。

英国诺丁汉国内税务中心

英国国内税务中心的新总部坐落在诺丁汉市中心的一条运河上,这里原是一处工业区,处于诺丁汉城堡的视野范围内。该综合体是一个校园般的办公建筑组团,其中多个单体建筑的平面形式都是L形。英国诺丁汉国内税务中心由7个不连续建筑组成,这些建筑呈放射状排列。除布置在中间的职员娱乐综合体为帐篷结构外,其余6栋单体建筑都采用了红砖柱墩和本胶合板外包铅皮的屋顶,与周围维多利亚时代的老式砖房交映成趣。它采用轻质遮阳板和自动控制的遮阳百叶,使整组建筑既能充分利用白天的自然光,又可以有效地遮挡室外的直射光线,避免室内眩光。自然通风从四周外墙处进风,然后将污浊的室内空气利用楼梯间角楼的烟囱效应向外拔风。楼板局部外露,利用混凝土的热惰性积蓄太阳热能。整个建筑群利用垃圾焚烧的热量作热源用管网供应楼房所需热量。

二、德国低碳办公建筑

德意志商业银行总部大楼

德意志商业银行总部大楼位于德国法兰克福,1997年竣工。这座53层、高298.74m的三角形高塔是世界上高层低碳建筑的有益尝试,同时还是目前欧洲最高的一栋超高层办公楼。该大厦投入使用后,第一年的耗电量仅为185kW·h/m2,被冠以“生态之塔”、“带有空中花园的能量搅拌器”等美称。

该建筑平面为边长60m的等边三角形,能最大限度地接纳阳光,创造良好的视野,同时又可减少对北邻建筑的遮挡。其结构体系是以三角形顶点的三个独立框筒为“巨型柱”,通过8层楼高的钢框架为“巨型梁”连接而围成的巨型筒体结构,具有极好的整体效应和抗推刚度。49层高的塔楼采用弧线围成的三角形平面,三个核(由电梯间和卫生间组成)构成的三个巨型柱布置在三个角上,巨型柱之间架设空腹拱梁,形成三条无柱办公空间,其间围合出的三角形中庭,如同一个大烟囱。在三条办公空间中,螺旋而上地分别设置了多个4层高(约14m)的空中花园。这些空中花园成为“烟囱”的进、出风口,有效地组织了办公空间自然通风。据测算,该楼的自然通风量达到了60%。

除了贯通的中庭和内花园的设计外,建筑外皮双层设计手法同样增加了该高层建筑的绿色性。外层是固定的单层玻璃,而内层是可调节的双层Low—E中空玻璃,两层之间是165mm厚的中空部分。在中空部分还附设了可通过室内调节角度的百叶窗帘,炎热季节通过它可以阻挡阳光的直射,寒冷季节又可以反射更多的阳光到室内。室内外的空气可进入到此空间,完成空气交换。

法兰克福商业银行总部大厦还配备了建筑管理中控系统,大厦室内的光照、温度、通风等均通过自动感应器监测,并作出相应调整。

德国埃森RWE办公大楼

德国埃森RWE办公楼矗立在其自带的湖水和绿色花园的环绕之中,入口处环形遮阳棚高25m。大楼共30层,透明玻璃环抱大楼,各种功能清晰可见。精心设计的圆柱状的外形既能降低风压,减少热能流失和结构损耗,又能优化自然光的射入。固定外层玻璃幕墙的铝合金构件呈三角形连接,使日光的射入达到最佳状况。通过内走廊的墙面与顶部采用玻璃,折射办公室内阳光进入走廊,这既改善走廊的照明状况,又节约了能源。该大楼外墙由双层玻璃幕墙构成。大楼自然通风量达到70%,热能节约在30%以上。玻璃幕墙的反射系数为0。

三、美国低碳办公建筑

Hearst大厦

Hearst大厦位于美国纽约曼哈顿,是在Hearst公司原有总部6层办公楼的基础上建设而成。建成后的Hearst大厦总建筑面积79500m2,共42层,标准屡层高4m,总高182m。2006年,该大楼被评为LEED金级建筑。

通过创新的菱形钢结构设计,Hearst大厦减少钢材用量近2000t,约占20%。在外围护结构上,该大厦使用了“Low—E”玻璃和漫反射涂料。

Hearst大厦设有智能照明系统,可感知自然光的情况并自动调节人工照明的强度。同时,大厦还设有感应器对建筑内人员活动进行监测。当工作人员离开后,系统将适时调整,关掉灯和计算机。该大厦自然通风量达到75%,热能节约在22%以上。

该大厦中庭内有一座3层楼高的水景——“冰瀑”,用于中庭降温和保持湿度。“冰瀑”的水源来自于该大厦楼顶的雨水收集系统。该收集系统可以收集约25%的雨水。除为“冰瀑”提供水源外,收集的雨水还可大致满足大厦一半以上的灌溉用水。

在该大厦建设过程中,对原有建筑拆下的材料也进行了认真的收集和再利用,其中的85%被用在后来的Hearst大厦中。

美国匹兹堡节约资源顾问中心

相对于新建的绿色公共建筑,美国匹兹堡节约资源顾问中心是对既有建筑进行改造的典型。其中,对建筑废料的再利用和对既有结构改造的做法有其特别的借鉴价值。

美国匹兹堡节约资源顾问中心坐落在匹兹堡老市区南部,现作为节约能源和资源、可回收利用能源和相关技术的展览之用。这座19世纪建造的三层砖石建筑在改建过程中,原有的石砌结构得以保留,并在其外面增加了加气混凝土和纤维板构成的保温层。拆下来的旧砖被加厚后用于面层的素砖装饰。屋顶采用的是用麦草定向编束并挤压密制而成的结构保温板,镀锡的吊顶则属于原有建筑。经测试,墙体、吊顶和屋面系统的热阻分别为R24、R38和R70,满足当时当地的标准要求。此外,旧建筑拆下的木质窗户被重新使用,而其他门窗采用的也是重复使用的木料和玻璃。为尽量减少建筑废料,许多拆下的材料在该社区其他建筑中得到利用。

美国洛杉矶天然气公司能源资源中心

美国洛杉矶天然气公司能源资源中心的修建充分利用了当时南加州的一所既有建筑物。该中心80%的建筑材料使用的是由既有建筑拆下重新使用或再生使用的建筑材料,包括钢材、混凝土、屋面材料、沥青卷材、金属构件、屋面瓦、木地板、玻璃、塑料板材,甚至包括旧有输送管网材料以及旧有电器设施和机械系统等。

四、中国低碳办公建筑

中国科技部建筑节能示范楼

我国已建成的科技部建筑节能示范楼位于北京市海淀区,是中美科技合作项目之一。大楼为框架结构,建筑面积12959m2,地下两层,地上八层,共10层。经两年来的使用测试,该大楼能耗节约72.3%。2005年,该工程被建设部评为“全国绿色建筑创新奖”综合类二等奖(一等奖当年空缺);同时,该工程还被美国绿色建筑协会评定为LEED金级建筑。

该节能标准楼采用了十字形平面设计。根据全年实时能效模拟分析认为,在充分利用自然光照明以及春秋季节采用自然通风的条件下,这一平面设计比其他任何一种平面设计至少节约能源5%。

该大楼采用了铝合金反光板,既避免了夏天阳光对室内的直射,又将阳光反射到室内顶棚,漫反射于楼内空间,达到充分利用自然光照明的目的。室内装饰则采用浅色设计,提高了自然光的利用程度。外墙是浅色的亚光型,以乳白色为主,间以浅灰色的铝合金线条,既反射了阳光,减少了外墙的吸热,又避免对周边环境的光污染。节能楼外墙采用双层舒布洛克砌块(混凝土砌块)墙体,外窗玻璃采用低辐射玻璃,窗框采用断桥铝合金窗框。

该大楼屋顶除绿化外,大部分用于太阳能光伏发电和太阳能热水系统,采用了真空管太阳能热水系统和集热管等设备,通过耦合变压器,将电能直接并入楼内电网。通过太阳能光热、光电利用,可为全楼提供约5%~6%的能源,除供30名值班人员洗澡外,还可满足全楼洗手用水的提温。

此外,该大楼还采用了先进的制冷、制热系统。供暖热源为首钢废热,加湿后通过空调管道将热风输入房间。制冷则由多级空调机组和冰蓄冷系统相结合。该大楼在新风系统设计中还装设了转轮式全热回收装置,室外新风和废气充分热交换,达到76%的热回收率。

在人工照明上,该大楼采用了节能灯具辅以自动数字调光系统。同时,大楼电梯则使用了能通过运行程序智能控制和按乘载量调节的变频系统,较大幅度地节省了电梯运行能耗。大楼还使用了雨水收集、节水器具和智能控制变频供水系统,极大地降低了全楼用水量。此外,在全楼设备系统的运行管理方面,采用了数字化程度较高的楼宇自控系统。

该节能示范楼在建设前进行了两年多的方案研究,中美两国12.所大学、研究所和设计院参加了这项工作。设计方案经过5次国际研讨会的专家论证,并依据北京地区50年的气象记录,进行了3轮计算机的全年实时能效模拟分析,对设计方案进行了优化选择。特别值得一提的是,该大楼是在充分考虑性价比因素后,将多种节能技术、绿色技术进行综合集成,力争在中低造价上实现高效节能、整体绿色的目的。

清华大学建筑设计研究院办公楼

清华大学建筑设计研究院办公楼是我国比较成熟的低碳建筑之一。整个建筑平面呈长方形,为了缓解东西日照对工作区域的影响,将电梯间、楼梯、门厅等非工作空间布置在平面长轴位的东西方向。与一般建筑不同的是,该建筑的中庭并不是位于建筑中央,而是位于南侧,是一个贯通三层的开放式绿化中庭。它的主要作用除了为室内工作者提供一个宜人的办公环境外,另一方面也作为室内外环境的缓冲区,从而改善室内气候条件和空气品质。在能源利用方面,建筑的屋顶设置有太阳能光电板,在必要的时候可以为楼内的某些部分提供电力支持。通过参考计算机模拟结果后进行的室内自然通风状况设计,满足了在适宜的气候条件下依靠自然通风达到室内的热舒适条件。进而减少了空调的使用,降低了对传统能源的依赖,同时也减少了破坏臭氧层的氯氟碳化合物的排放量,缓解了对大气层的破坏。建筑内部的照明系统采用的是分级照明设计,同时针对不同的功能区制定不同的照度标准,进行分区管理,从而有效地节约了电力资源。该建筑在材料的选用方面也尽量采用对人体、对环境无害的绿色材料。

上海市生态建筑示范楼

与清华超低能耗示范楼一样,上海市生态建筑示范楼也是一个通过研究办公示范楼各项关键技术的技术目标、技术应用和技术体系集成,探讨适合我国生态建筑发展的生态建筑技术集成体系。该工程位于上海市闵行区。该示范楼南面两层、北面三层,建筑面积计1900m2,为钢混主体结构。一楼东半部约350m2,其大厅用于生态建筑集成技术展示,并成为生态建筑关键技术和产品研发的实验平台。项目设计的总体目标是:基于上海经济发展水平、地域气候特征以及周围环境特点,示范楼的综合能耗为普通建筑的1/4;再生能源利用率占建筑使用能耗的20%;室内综合环境达到健康、舒适指标;再生资源利用率达到60%。

五、绿色公共建筑典范

英国诺丁汉大学朱比丽新校区

诺丁汉大学朱比丽新校区距主校园约有1mile,用地原属于一家自行车工厂,东北面是仓储用地,西南面则是郊区住宅。整个校园建筑面积约41000m2,可供2500个学生使用。该工程1997年底动工,1999年12月投入使用。该校区内人工湖水面面积约13000m2,通过培养水生动植物实现了生态循环,与周围绿地一起,成为了城市的“绿肺”。工程设计中综合考虑了当地日照、主导风向、景观等因素,将学校中主要建筑选定为西南朝向,沿人工湖展开。夏季里主导风经过湖面得以自然冷却;冬季里树林则成为抵御寒风的有效屏障。

在该校区内,建筑与自然环境通过沿湖廊道衔接起来,互相渗透。廊道中裸露混凝土梁、柱和外墙上覆盖的红杉木条,不但提供了极其良好的蓄热性,同时,不同材质之间的肌理对比,也丰富了建筑的立面。校园中主要教学建筑的窗外侧上部安装了漆成白色的木百叶,这些外百叶与窗内百叶共同作用,将光线充分、均匀引入室内并避免了眩光。此外,在西南向窗上还设置了可拆卸的遮阳帆布。

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