生態(tài)高層建筑的技術策略初探

王 天 暉

(華東建筑設計研究院有限公司，上海 200002)

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生態(tài)高層建筑的技術策略初探

王 天 暉

(華東建筑設計研究院有限公司，上海 200002)

結合武漢新能源辦公樓工程實例，從太陽能、風能利用、屋頂綠化、自然通風采光、外圍護材料選擇等方面，闡述了高層建筑生態(tài)設計的策略，指出高層建筑生態(tài)設計有效實現(xiàn)了生態(tài)技術與建筑外形的結合，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

高層建筑，生態(tài)設計，屋頂綠化，自然通風

0 引言

近年來，國外應用各種新技術、新材料建造了一大批優(yōu)秀的生態(tài)建筑，國內(nèi)也在設計建設一批示范性的節(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計，武漢新能源研究院由武漢市人民政府與華中科技大學組建，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所和新能源產(chǎn)業(yè)的研發(fā)實驗基地，是集科學研究、研發(fā)實驗、綜合服務以及新能源技術與產(chǎn)品應用展示等多功能為一體的綜合性建筑物。

武漢新能源項目占地面積約9萬m2，整個辦公樓高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計方案中，作為主創(chuàng)建筑師與荷蘭荷隆美集團組成聯(lián)合體，與五家境外知名建筑設計公司競標成功中標。在整個設計過程中本人深切體會到了生態(tài)技術策略在當代高層建筑設計的實踐性，根據(jù)設計經(jīng)歷和近期對文獻閱讀的結果，本文致力于從技術問題入手對高層生態(tài)建筑的設計策略進行探討。

1 高層建筑生態(tài)設計的意義

隨著環(huán)境的惡化和不可再生能源的短缺，生態(tài)建筑設計理念逐漸成為主流，生態(tài)技術策略的引入將對高層建筑設計產(chǎn)生深遠的影響。建筑師的目光從各種風格流派的表達當中更多轉移到生態(tài)策略的設計上，建立了一套行之有效的生態(tài)技術策略，為設計者提供高效、便捷的設計方法，使我們的建筑成為真正意義上的生態(tài)建筑。使建筑設計與生態(tài)技術有機結合，將生態(tài)技術融入到建筑設計中，形成新的建筑美學。

2 生態(tài)技術與策略

2.1 太陽能、風能和地源熱泵的利用

太陽能利用主要包括兩大類型，一是被動式太陽能利用，即在建筑中不使用特殊的動力設備，而是利用太陽的光和熱、風等因素調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境。二是主動式太陽能利用，從中又分為太陽熱能應用系統(tǒng)和太陽能光電系統(tǒng)。

武漢新能源辦公樓采用了上大下小的類似于馬蹄蓮花的建筑形態(tài)，這樣可以在夏季為整個主體建筑提供長時間的遮陽，從而降低空調(diào)能耗。上大下小的形態(tài)可以在屋頂設置約3 000 m2的太陽能光伏電池板，同時，在主體建筑的屋頂上空設置了三組磁垂直軸風機，用來風力發(fā)電，每年的發(fā)電量可以滿足大樓28%的用電量。結合太陽能光伏的發(fā)電量，這兩者結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)定的土壤地熱為能源，以地源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源機組，能夠循環(huán)使用。冬季熱泵系統(tǒng)以大地中的熱量為熱源，對建筑供熱，并使大地的溫度降低，蓄存冷量；夏季熱泵機組把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時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)應用時，測試得出其熱泵系統(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，當太陽照射到屋頂時，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驗室裙房屋頂采用屋頂綠化技術，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，同時又是員工工作之余親近自然的場所。同時屋頂綠化對防水和荷載的要求比普通屋面高，需要在設計中作特別的處理。

2.3 自然通風及采光

自然通風較之于其他相對昂貴、復雜的生態(tài)技術，是一項比較成熟而廉價、樸素的技術措施，在武漢新能源辦公樓的設計中，通過合理的建筑設計，自然通風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)的運行時間，節(jié)省能耗21%。

合理的自然光利用方法是建筑無光環(huán)境和熱環(huán)境整體質量的主要內(nèi)容，爭取區(qū)分天然采光建筑的技術，并在設計時綜合考慮，以創(chuàng)造一個統(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)，中庭側壁形成漫射光，使得整個中庭猶如一個明亮的光庭，光庭周邊的走廊和各使用空間的照明度大大提高。

2.4 外圍護材料選擇

通常外圍護結構的節(jié)能控制都是通過增加圍護結構材料的熱阻、降低傳熱系數(shù)來改善其熱工性能。高層建筑往往采用大面積的玻璃幕墻，熱損失是個較為突出的問題。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成，辦公樓層的外立面設計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光反射玻璃，辦公人員可以打開高透明的陽光反射玻璃來獲得自然通風，從而減少能耗，增加空間的舒適度。

2.5 遮陽系統(tǒng)

遮陽系統(tǒng)包括兩種類型：外遮陽和內(nèi)遮陽。對于外遮陽來說，百葉在窗戶外側，把主要的太陽輻射熱擋在了室外；而對于內(nèi)遮陽來說，百葉雖然可以起到這樣的效果，然而大部分的太陽輻射熱已經(jīng)進入室內(nèi)，所以，在隔熱性能方面，常采用外遮陽的立面形式。

武漢新能源辦公樓實驗室裙房的外立面采用了統(tǒng)一模數(shù)的外立面金屬遮陽系統(tǒng)，在與內(nèi)層門窗對應的位置，遮陽構件雖然阻擋了太陽直射光的照射，降低了由于輻射而造成的建筑熱量的吸收，然而遮陽構件對太陽光線的反射作用產(chǎn)生的漫射光對建筑來說卻是有利的，為了在遮陽和日光控制之間取得平衡，設計師設計出一種獨特的遮陽形式，體現(xiàn)了一種不斷進化的形體美。

3 結語

生態(tài)技術策略包括太陽能風能、屋頂綠化、地源熱泵、自然采光通風等技術策略，應用于高層建筑設計之中，通過改善窗戶及玻璃幕墻熱工性能、選擇有效的遮陽系統(tǒng)等策略來實現(xiàn)生態(tài)化。

武漢新能源項目立足于生態(tài)設計的新能源利用，融合先進的生態(tài)建筑技術，并通過空間與形象的表達，賦予建筑物豐富的生態(tài)信息，項目目前已完成施工，其主體建筑獲得中國綠色建筑評估體系GB/T 50378—2006綠色建筑評價標準三星獎。

[1] [美]尼克·貝克.建筑節(jié)能設計手冊——氣候與建筑[M].黃梁斌，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] [德]弗拉格.托馬斯·赫爾佐格：建筑+技術[M].李保峰，譯.北京：中國建筑工業(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:遼寧科學技術出版社,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，國家一級注冊建筑師，國家注冊規(guī)劃師

TU201.5

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