探究康奈爾生命科學研究中心綠色節(jié)能技術

王曉健 尚海超

(河北工程大學建筑學院，河北 邯鄲 056038)

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探究康奈爾生命科學研究中心綠色節(jié)能技術

王曉健 尚海超

(河北工程大學建筑學院，河北 邯鄲 056038)

對康奈爾生命科學研究中心進行了分析，并從綠色可持續(xù)發(fā)展設計、節(jié)能措施的角度對該建筑的設計手法進行了論述，總結出了符合我國發(fā)展形勢下的綠色建筑技術的方向，以利用高效的手段，打造綠色節(jié)能工程。

節(jié)能，可持續(xù)發(fā)展，綠色建筑

1 康奈爾生命科學研究中心綜合概述

生命科學研究中心位于美國伊薩卡康奈爾大學的校園運動場西側，毗鄰琵琶湖畔?？的螤柹茖W研究中心不僅在醫(yī)學屆有所建樹，而且在建筑界也引人注目。這不但是一座綠色低碳可持續(xù)性的、空間靈活處理的、與環(huán)境相結合的建筑，也是引領未來發(fā)展趨勢的建筑。2009年9月，這座大樓正式落成，以美國建筑委員會(LEED)的標準實施設計建造，與同等規(guī)模相比，整體能耗減少30%，它因此被LEED認證為黃金評級的實驗大樓，而獲得此項殊榮的實驗樓在美國僅有六座。生命科學研究中心共投資1.62億美元，總建筑面積2.65萬m2，由現(xiàn)代建筑大師理查德·邁耶設計，大樓亦是代表邁耶風格的成熟之作。康奈爾生命科學研究中心不僅擁有必要的實驗室和研究設施，同時具備辦公、會議、商業(yè)和共享空間，但是與其他不同的是它的建筑材料有很大比例都是再回收利用的資源。

建筑主入口見圖1。

1.1 空間功能設計分析

這座建筑地下2層，地上5層，包括研究室實驗室、辦公室、教室和餐廳以及公共區(qū)域。主要的設備以及研究用房呈一字形排布，凸出“T”部分為2層，主要是報告廳、教學及共享空間。學生和教師通過公共空間的樓梯到達上下層。每一層中庭都有布置舒適的桌椅供師生們交流，這也是與設計者的協(xié)作精神不謀而合。實驗室主要在第2層～第4層的“一”字部分，是由不間斷連續(xù)的空間組合而成，這就是考慮到多個研究小組之間的交流而產(chǎn)生的平面布置。實驗室需要采光以及大型設備的運輸，因此條形走廊同實驗室的布置相平行。中庭部分大量使用自然采光的天窗并同時觀賞到室外運動場地而采用的玻璃幕墻，將室外景色引入室內(nèi)，同時也將室內(nèi)景色延伸到室外。在大樓中安裝使用聲控燈能合理有效的利用資源。機械系統(tǒng)裝置和低振動試驗室布置在地下室，功能分區(qū)合理安排，能有效的減少噪聲的相互干擾。

1.2 場地設計分析

建筑的設計充分與場地設計相結合，推廣綠色交通的實施和公共交通的發(fā)展。建筑場地附近有5個公交站點，在場地內(nèi)設有30個自行車位，大樓的內(nèi)部設有60個淋浴頭，供騎車師生使用。在這種短距離出行模式大力提倡下，進一步強調了低碳交通和低碳出行，滿足師生交通需求的同時也能節(jié)約資源，保護環(huán)境。該設計減少硬化土地比例，與生態(tài)協(xié)調發(fā)展，師生積極參與，是降低碳排放的有效措施。因此，從康奈爾生命科學研究中心的設計中的種種細節(jié)可以看出設計者對環(huán)境的崇高敬意。

2 建筑節(jié)能措施

2.1 屋頂綠植與節(jié)水

在屋頂設計方面，邁耶在屋頂上種植綠色植物，這些是當?shù)厮绍浀?、具有良好吸水性的植物，它們的?yōu)點在于可以保持低溫隔熱，減小屋頂雨水徑流時間，降低排水系統(tǒng)壓力，同時還能吸收二氧化碳并且釋放氧氣(如圖2所示)?？的螤柹茖W研究中心擁有一套高效的廢水回收系統(tǒng)和節(jié)約用水的模式，有32%的用水使用低流速設備，配合使用高效的廢水回收系統(tǒng)，使得大樓減少廢水排放高達40%，與同等規(guī)模建筑相比每年節(jié)水約170萬L。

2.2 環(huán)保建材及湖水冷卻系統(tǒng)

康奈爾生命科學研究中心在建筑材料和節(jié)能技術方面，有超過65%的建筑廢料可以再回收利用，同時有超過60%的木材或者木制品來自森林管理委員會認證的再生林。建筑工程中使用所有的繪畫材料、密封劑和含有粘合劑的地毯含有的有機物都是低揮發(fā)性的，這對于使用者的身體健康至關重要。令人矚目的是大樓使用了康奈爾大學擁有先進的湖水資源冷卻系統(tǒng)，充分利用卡尤加湖(Cayuga Lake)地理優(yōu)勢，減少污染性的制冷裝置，并且減少對礦物燃料的依賴，大大節(jié)省了制冷能耗。與傳統(tǒng)制冷相比，大樓每年節(jié)水333萬L。生命科學研究中心僅僅是康奈爾大學中的一個縮影。高效的冷卻系統(tǒng)是一種更具成本效益和可靠服務的措施，從長遠來看，在提供優(yōu)質環(huán)境的同時，也為校園制冷方面減少了80%的能源消耗。湖水冷卻系統(tǒng)與之前的制冷相比平均每年節(jié)電2 000萬kWh，這些節(jié)省下來的電量足以供應2 500戶家庭使用。在夏季提供制冷的同時，冬季也可以供暖。事實已證明，校園水系統(tǒng)和湖水冷卻系統(tǒng)配合的很默契，二者協(xié)同合作且不會相互干擾，通過熱交換器將湖水能量傳遞給校園水系統(tǒng)，熱水自然流動，同時從熱到冷釋放能量，無需額外壓力去驅動。湖水冷卻系統(tǒng)有獨立的監(jiān)測裝置，保證在從湖水中獲得能量的同時不會破壞湖水環(huán)境，在得到能量的同時也不會干擾校園正常的用水。

2.3 冷梁技術應用

生命科學研究中心空調通風系統(tǒng)對于整個實驗室亦是重中之重，同時也是一個挑戰(zhàn)。將湖水冷卻系統(tǒng)和空調系統(tǒng)結合在一起，運用新技術，能夠有效的節(jié)約能源。在實驗室中使用冷梁系統(tǒng)，有助于實驗室空氣溫度均勻分布和有效節(jié)能。簡而言之，冷梁系統(tǒng)是一種對流冷卻技術，把經(jīng)過處理的新風送入冷梁后，通過噴嘴高速噴射，在冷梁箱體內(nèi)部形成局部負壓，驅使室內(nèi)空氣進入冷梁，經(jīng)冷卻水盤管線冷卻以后，從兩側送風口送入室內(nèi)。

冷梁是由一系列被動的或者主動的設備組成。主動式可以通風、除濕、制冷或者制熱，被動式的只能通過物理原理制冷。水路方面一共是兩個過程：一方面從制冷機到空氣處理機，并且最后再流回制冷機的冷凍水循環(huán)的過程；另一方面是流經(jīng)主動式冷梁制冷水的循環(huán)。其中冷凍水循環(huán)中的冷水低于制冷水循環(huán)中的冷水的溫度，兩個水循環(huán)系統(tǒng)通過熱交換器進行熱量交換，最終將室內(nèi)熱量排放到室外。主動式冷梁冬季則通過空調系統(tǒng)和湖水系統(tǒng)與熱交換器持續(xù)為室內(nèi)供暖?？梢钥闯觯淞杭夹g具有舒適節(jié)能、空間小、低噪聲、易于操作維護簡單的優(yōu)勢(如圖3所示)。

3 結語

綠色建筑是當今社會發(fā)展的必然趨勢，并且要以高新技術為指導，科學設計，從各個方面節(jié)約資源、保護環(huán)境，并體現(xiàn)出以人為本的科學理念。在設計建造了高效低耗、綠色環(huán)保的建筑同時，也提高功能、效率和舒適度。正是由于如此的設計使得康奈爾大學在創(chuàng)建環(huán)境友好型以及可持續(xù)發(fā)展型校園都處于領導地位，并給我們的學習帶來益處。我們國家是一個資源大國，但是人均資源卻是遠不及發(fā)達國家。因此我們在利用自然資源的同時，也要充分的保護和節(jié)約自然資源，這是每一個建筑人的責任。政府提倡和推廣并予以政策干預，讓可持續(xù)發(fā)展的概念深入骨髓，倡導先進技術的同時，綠色可持續(xù)交通應該應用于實際生活當中。遵從低消耗、低能耗、低排放、再循環(huán)的原則，利用高效的技術手段，走出一條具有實際意義的綠色建筑路線。

[1] 劉魁星,王夢蕾,田 喆.主動式冷梁空調系統(tǒng)適用性研究[J].建筑科學,2013(4):73-74.

[2] 理查德·邁耶及合伙人事務所.美國康奈爾大學魏爾大樓(生命科學技術大樓)[J].城市建筑,2010(3)：75-79.

[3] 美國綠色建筑工業(yè)委員會.綠色建筑評估體系[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002:9-75.

[4] GB/T 50378—2006，綠色建筑評價標準[S].

[5] McMahon, Geoffrey P. Chilled beams: The science of lab cooling[J].Engineered Systems，2009,26(1):48-52.

Weill Hall Life Science Research Center at Cornell explore green energy technologies

Wang Xiaojian Shang Haichao

(ArchitectureschoolofHebeiEngineeringUniversity，Handan056038,China)

This paper analyzed the Cornell Life Science Research Center, and from the green sustainable design, energy saving measures discussed the design methods of the building, summed up the direction of green building technology according with China’s development situation, to use the efficient means, built green energy saving projects.

energy saving, sustainable development, green building

2015-01-24

王曉健(1964- )，男，教授； 尚海超(1987- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)10-0183-02

TU201.5

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