高層建筑與生態(tài)節(jié)能設計

何志華　孫浩琦

摘要：文章針對現(xiàn)在能源消耗巨大的現(xiàn)狀，從生態(tài)節(jié)能建筑的角度出發(fā)，在建筑設計，圍護結構設計等方面對目前的建筑生態(tài)節(jié)能技術和今后的發(fā)展進行了初步探討。

關鍵詞：建筑生態(tài)節(jié)能；建筑設計；圍護結構；植物種植

中圖分類號：TU972

文獻標識碼：A

文章編號：1006－8937(2009)16－0163－01

高層建筑自出現(xiàn)以來已有100多年的歷史。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展、技術的進步和人們觀念的改變，符合生態(tài)節(jié)能發(fā)展規(guī)律的高層建筑開始受到人們的關注。

1建筑設計層面上的節(jié)能

①建筑的朝向設計。高層建筑的定位首先考慮對城市環(huán)境的影響容積率過高很難滿足日照要求。據(jù)有關資料分析，地球每年接受的能量有60億千瓦。這么多的陽光對建筑節(jié)能有十分重要的意義。所以確定一個好的合理的位置與朝向?qū)ξ崭嗵柲堋涓嗄茉础p少自身能耗都是很有必要的。

②體形與平面布置。體形系數(shù)，即建筑物外表面面積與其所包圍的體積之比值。對于相同體積的建筑物，其體形系數(shù)越大，說明單位建筑空間的熱散失面積越高。體形系數(shù)每增大0.01，能耗指標約增加2.5％。建筑師處理體形與平面設計時，首先要考慮功能要求。但是如果考慮造型藝術要求，導致外表面面積過大，曲折凹凸過多，則對建筑保溫是很不利的。外表面面積越大，熱損失越多，不規(guī)則的外圍護結構，往往是薄弱環(huán)節(jié)。因此，應該正確處理體形、平面形式與保溫的關系。建筑平面的巧妙布置常能獲得較為滿意的節(jié)能效果。如將電梯、樓梯、管道井、機房等布置在建筑物的南側(cè)或西側(cè)，可以有效阻擋日射；設置空中庭院，以樓梯或坡道聯(lián)系，空中庭院不但是人們的交往空間，也起到組織自然通風的作用，又克服了空調(diào)是內(nèi)空氣品質(zhì)差的弱點。

③綠化與節(jié)能。近年來由于城市綠地不斷減少，加之空調(diào)的大量使用，導致“熱島效應”，空氣環(huán)境日益惡化，給建筑帶來負效應。一塊草地和一塊瀝青地面的表面溫度差可達14攝氏度以上。綠地蒸發(fā)大量水分，帶走大量熱量，為建筑物創(chuàng)造了十分有利的周圍環(huán)境條件，同時美化了城市，改善了空氣品質(zhì)。

2圍護結構的節(jié)能

①外墻的節(jié)能技術。外墻的節(jié)能措施，目前主要是使用環(huán)保節(jié)能型建筑材料，可以有效減少通過圍護結構的傳熱，從而減少各主要設備的容量，達到顯著的節(jié)能效果。采用新型墻體材料與復合墻體圍護結構。復合墻板構造復雜一些，但它將材料區(qū)別使用，可采用高效的隔熱材料，能充分發(fā)揮各種材料的特長，板體較輕，熱工性能較好，適用于住宅、醫(yī)院、辦公樓等高層建筑的外墻。在進行經(jīng)濟性、可行性分析的前提下，在墻體內(nèi)外側(cè)敷設保溫隔熱的新材料。另外，目前還有可調(diào)節(jié)的外墻，即采用多向、多層、可開、可閉的外墻，以適應不同的氣候，減少空調(diào)，采暖的時間，降低能耗。

②窗的節(jié)能技術。玻璃窗不僅傳熱量大，而且由于其熱阻遠小于其他圍護結構，造成冬季窗戶表面溫度過低，對靠近窗口的人體進行冷輻射，形成“輻射吹風感”，嚴重地影響室內(nèi)熱環(huán)境的舒適。目前，就窗的節(jié)能措施，主要是從以下幾個方面考慮：

首先，控制窗墻面積比。窗戶既有引進太陽輻射熱的有利方面，又有因傳熱損失和冷風滲透損失都比較大的不利方面。就其總效果而言，窗戶仍是保溫能力最低的構件。由于通過窗戶的熱損失比例較大，因此我國規(guī)定：南向的窗墻比≤0.35，東西朝向的窗墻比≤0.25(單側(cè)窗)、≤0.30(雙側(cè)窗)，北向的窗墻比≤0.20。

其次，提高氣密性，減少冷風滲透。

最后，提高窗戶的保溫能力。包括改善窗框的保溫性能以及使用中空玻璃來改善窗玻璃部分的保溫能力。

中空玻璃是由兩片(或兩片以上)平行的玻璃板粘合而成的玻璃組件。其兩片玻璃板間通過間隔條(注滿專用干燥劑一高效分子篩吸附劑)隔出一定寬度的空間，并使用高強度密封膠沿著玻璃的四周邊部進行密封。由于中空玻璃在構造上存在空氣夾層，從而有效地降低了傳熱系數(shù)，達到節(jié)能的目的，同時隔聲性能也很好。

根據(jù)玻璃構造不同，中空玻璃又有PET雙中空玻璃、LOW-E中空玻璃等多個品種。若中空玻璃中充裝氬氣等惰性氣體，將進一步增大中空玻璃的熱阻；若采用熱反射鍍膜玻璃或低發(fā)射率鍍膜玻璃組成的中空玻璃，更可以顯著提高外窗的保溫性能。

關于使用中空玻璃的實例，紅谷灘的紅谷大廈就是一個例子。它使用的是LOW-E玻璃，這樣可以減少每天的運行成本，減少能源消耗，降低環(huán)境污染。

3實例

馬來西亞的建筑師楊經(jīng)文在建筑生態(tài)節(jié)能方面做的比較多。他從生物氣候?qū)W著手，根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境和氣后創(chuàng)造低能耗建筑。看到楊經(jīng)文的設計有一個感覺，就是特征相當明顯：建筑開了很多凹人空間，大大小小，從里面伸出茂密的植物，頂部有許多片狀的東西，那是遮陽隔片，建筑更像一部裝滿內(nèi)容的大機器，有生命，在呼吸。他所追求的是生態(tài)美感，而不是這樣那樣的風格流派，在表面所見的特征之下，有科學的系統(tǒng)來支持。他設計的馬來西亞IBM大樓，使用植物種植的手法，連續(xù)不斷的植物帶使大樓成了一座“空中花園”，一條綠化帶從一片三層高的綠化草坪開始，圍繞大樓盤旋上升，成為立面的重要構成元素。玻璃幕墻只是在建筑的北面和南面使用，所有朝向東側(cè)和西側(cè)的窗花外部都設有鋁制的遮陽“鰭”以及百葉來遮擋直射陽光。使工作區(qū)和外部形成溫度緩沖區(qū)，從而降低能耗。曲線型的屋頂為將來安裝太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)預留了位置。

德國的法蘭克福商業(yè)銀行是世界上第一座高層生態(tài)建筑，也是全球最高的生態(tài)建筑，同時還是目前歐洲最高的一棟超高層辦公樓。整座大廈除非在極少數(shù)的嚴寒或酷暑天氣中，全部采用自然通風和溫度調(diào)節(jié)，將運行能耗降到最低，同時也最大程度地減少了空氣調(diào)節(jié)設備對大氣的污染。

在其三角形內(nèi)庭里，多個離地高度不同的空中花園在其周圍環(huán)繞，令樓內(nèi)工作的人員無論走到哪里，距離大片綠色植物的間隔都不會超出幾個層面。中庭共享空間，在呆板的寫字樓里創(chuàng)出一個自然化的植物群落，為寫字間賦予了新的意義。新風系統(tǒng)不斷送進新鮮空氣，工作環(huán)境保持溫、濕度適宜，空氣清使整個中庭的效果更加貼近自然，也使寫字樓內(nèi)的環(huán)境更加活潑。這種親自然的設計克服了以前寫字樓的呆板和壓抑，是一個充滿陽光的綠色環(huán)境，它可以有效地調(diào)節(jié)人們的精神狀態(tài)，給人以精力的補充，起到緩解疲勞的作用。這是一個綠色活體植物與陽光交互的立體總和，最自然的、最基本的健康因子活躍在寫字樓里，成為愉快工作、健康工作的理由。這是一個生態(tài)節(jié)能設計的好樣本，值得我們學習。

4結語

節(jié)約能源是我國的基本國策，建筑節(jié)能是國家節(jié)能工作的重要組成部分，我們要接見國外生態(tài)節(jié)能建筑的成功經(jīng)驗，加強國內(nèi)的技術研發(fā)力度，引進先進的設計方法，使我國的建筑設計逐漸走向生態(tài)化、節(jié)能化的可持續(xù)發(fā)展的道路。