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可持續(xù)超高層建筑的外立面設(shè)計(jì)

來源:德國旭格國際集固Dr. Winfried Heusler  作者:孫德巖  日期:2013-12-18
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  建筑在其建造和運(yùn)營過程中會(huì)消耗大量的能源、水和材料,同時(shí)產(chǎn)生大量的廢物。它們的建造位置和建造方式在很大程度上影響著我們周圍的生態(tài)系統(tǒng)。隨著建筑對(duì)環(huán)境的影響曰益明顯,“可持續(xù)超高層建筑”作為減少建筑對(duì)環(huán)境不利影響的一種嘗試,得到了越來越多的重視!翱沙掷m(xù)超高層建筑”是一種建筑實(shí)踐,試圖以更健康更節(jié)約資源的方式建造、改造、運(yùn)營、維護(hù)和拆除建筑!翱沙掷m(xù)”這個(gè)詞是英文sustainable的直譯,這個(gè)詞同時(shí)也有“負(fù)擔(dān)得起”的含義,采用這個(gè)詞作為這一類建筑的統(tǒng)稱,主要是想表達(dá)以下的意思:在常用的化石能源越來越少,越來越貴的情況下,要使原本舒適的居住環(huán)境在這種趨勢(shì)中仍然住得起,我們就需要采取措施改變既有建筑和新建筑的運(yùn)作方式,使其能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蜃兓,盡量減少無謂的能耗。實(shí)際上,我們國內(nèi)的一些具有超前眼光的建筑師和開發(fā)商已經(jīng)在實(shí)踐這種建筑形式。這就是在國內(nèi)稱作的“氣候敏感型建筑”或者 “生態(tài)建筑”。

  【二】可持續(xù)超高層建筑的外立面設(shè)計(jì)

  a.外立面設(shè)計(jì)的原則

  那么從“可持續(xù)超高層建筑”的角度來看外立面設(shè)計(jì),我們應(yīng)該怎樣把握呢?

  以往建筑師更多地從結(jié)構(gòu)角度看待外立面,通常把建筑外立面叫做圍護(hù)結(jié)構(gòu),更多地強(qiáng)調(diào)封閉和隔斷。但對(duì)于“可持續(xù)超高層建筑”,應(yīng)該盡量多地利用建筑周圍的自然環(huán)境中的有利因素。因此我們把它看作一種能夠隨環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的半透膜,把不利的環(huán)境條件隔離掉,把有利的環(huán)境條件引入到室內(nèi)。圖4是由旭格國際集團(tuán)參與的莫斯科都市大樓Plot 9項(xiàng)目。

  

  設(shè)計(jì)這種半透膜式的外立面的目的和著眼點(diǎn)是確保使用者的舒適,沒有了這個(gè)前提,其他任何努力都是沒有意義的。舒適完全可以用一些特定的指標(biāo)來量化,而且這些指標(biāo)不會(huì)因?yàn)榫幼≌叩哪w色和種族不同而變化。

  

  因此,我們說“可持續(xù)超高層建筑”的外立面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是:在確保舒適的前提下,使外立面動(dòng)態(tài)地適應(yīng)環(huán)境變化,最小化建筑能耗,也就是盡量節(jié)約由于采暖、制冷、通風(fēng)和照明所消耗的能源,同時(shí)利用建筑的空閑立面來生成能源。

  b.影響外立面設(shè)計(jì)的因素

  影響因素:門窗保溫和控制

  我們知道,建筑能耗中的30%是發(fā)生在窗洞口處的。因此,提高門窗的保溫性能和氣密性能是超高層建筑節(jié)能不可或缺的措施之一,特別是針對(duì)有采暖要求的地區(qū)。隨著熱傳導(dǎo)系數(shù)(U值)的降低,門窗的保溫性能會(huì)相應(yīng)提高,采暖能耗會(huì)相應(yīng)降低,但是當(dāng)門窗的熱傳導(dǎo)系數(shù)(U值)降至1.5W/(m2K)以下時(shí),繼續(xù)降低熱傳導(dǎo)系數(shù)所帶來的益處與付出的成本之比(益本比)就會(huì)明顯下降。以上考慮的只是采暖工況,強(qiáng)調(diào)的是仍然是隔斷和封閉。在制冷工況或適于自然通風(fēng)的工況下,門窗的保溫性能就并不顯得很重要了,相比之下,門窗的開啟方式和控制方式對(duì)于有效節(jié)約能源的作用會(huì)更大一些。將門窗的開啟方式和開閉狀態(tài)置于電控和程序控制之下,就可以利用晝夜溫差和室內(nèi)空氣流向,調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量,其所耗費(fèi)的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空調(diào)能耗。(詳見“影響因素:自然通風(fēng)”)

  

  影響因素:外墻保濕

  

  A---沒有保溫的單層墻體和屋面

  B---40mm保溫層的單層墻體

  C---40mm保溫層的單層屋面

  圖7表示的是在炎熱潮濕地區(qū)和炎熱干燥地區(qū),單層墻體和屋面分別在有保溫和沒有保溫的情況下,降低制冷負(fù)荷的比例。在上述地區(qū),年平均溫度大于25°C,在墻面和屋面上添加40mm的保溫層后,對(duì)降低制冷負(fù)荷的效果并不明顯(均小于5%)。而對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)的采暖負(fù)荷的降低貢獻(xiàn)很大(達(dá)到20%)。因此在夏熱冬冷地區(qū)和寒冷地區(qū)的建筑墻面和屋面上敷設(shè)保溫層能夠有效提高外墻表面溫度,從而節(jié)約采暖能耗,提高室內(nèi)舒適性。對(duì)于夏熱冬暖地區(qū),則需要仔細(xì)考慮鋪設(shè)保溫層的初期投資成本和節(jié)約制冷能耗的效果。

  在定量分析保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度時(shí),我們發(fā)現(xiàn),針對(duì)制冷負(fù)荷的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度為40mm,大于這個(gè)厚度對(duì)于繼續(xù)降低制冷負(fù)荷的作用會(huì)不明顯;針對(duì)采暖負(fù)荷時(shí),保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度則為80mm。(見圖8)

  

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