RWE AG行政總部大廈生態(tài)模式分析

陸凱君， 杜 娟， 何梓鵬， 戚曉娟， 陳彥百

（南通大學(xué)， 江蘇 南通 226000）

引言

由英恩霍文-歐文迪克合伙人建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所設(shè)計(jì)的RWE AG行政總部大廈坐落于德國埃森，是一幢佇立在湖水與綠色花園環(huán)繞中的辦公樓。大廈采用圓筒狀的體型，直徑為32 m。地面以上有29層，樓高為128 m。入口的環(huán)形遮陽棚使得大廈形體向外擴(kuò)展，形成了一個(gè)公共空間（如圖1所示）。

圖1 RWG AG效果圖

1 模式語言一：可呼吸的雙層幕墻結(jié)構(gòu)

生命有機(jī)體不僅需要不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換，還需要抵御外界環(huán)境的不利因素。因此，生物產(chǎn)生了諸如保護(hù)、排泄、吸收、溫度調(diào)節(jié)等依賴于表皮的功能。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了學(xué)科之間的滲透與融合，建筑仿生學(xué)成功地將生物學(xué)與建筑學(xué)相融合，成功地將生物的結(jié)構(gòu)和功能原理運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)上（如圖2所示）。

RWE AG行政總部大廈的建筑幕墻仿照具有自由呼吸功能的生物皮膚進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)外界氣候變化進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，促進(jìn)了建筑物與大自然之間的能源交換。大廈的幕墻結(jié)構(gòu)由外部的單層平板玻璃與內(nèi)部的雙層平板玻璃共同構(gòu)成，在內(nèi)部與外部50 cm的空腔之中裝有可以旋轉(zhuǎn)的百葉，這樣的建筑表皮既不反光也不構(gòu)成實(shí)體外墻。整個(gè)幕墻中的空腔被劃分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單元，幕墻上安裝有一種空腔創(chuàng)造風(fēng)壓差、促進(jìn)空腔內(nèi)空氣流動(dòng)的魚嘴形結(jié)構(gòu)。每當(dāng)夏季來臨，空腔內(nèi)氣體溫度升高而形成風(fēng)壓差，熱空氣從頂部開口排出帶走熱量，新鮮空氣從底部進(jìn)入空腔中。每當(dāng)冬季來臨，就將通氣孔關(guān)閉，運(yùn)用空腔內(nèi)的空氣吸收存儲(chǔ)太陽輻射所產(chǎn)生的熱能，使得墻體具有如同恒溫動(dòng)物一般的保溫性能，達(dá)到自然空調(diào)的調(diào)節(jié)效果。

圖2 雙層玻璃換氣原理圖

大廈在技術(shù)上發(fā)展了“可呼吸的外墻”來平衡熱絕緣要求與日照、自然通風(fēng)之間的矛盾，使得建筑幕墻與生物的皮膚一樣，具有自由呼吸的功能，并依據(jù)外界氣候條件加以調(diào)節(jié)，最大限度地促進(jìn)了建筑對(duì)自然通風(fēng)與日照的有效利用。仿生建筑的運(yùn)用使得建筑如同生物一樣“自由呼吸”，不僅為人類提供了健康的生活，還改善了我們的生態(tài)環(huán)境，體現(xiàn)了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。

2 模式語言二：自動(dòng)變換的遮陽設(shè)施

RWE AG行政總部大廈采用圓筒狀的體型，不僅節(jié)省了建筑材料，而且使得每一個(gè)辦公室都能夠擁有良好的室內(nèi)采光。然而，玻璃具有一定的透光性，為防止直射陽光透過玻璃使室內(nèi)溫度過高、產(chǎn)生眩光，我們還需要采取遮陽措施來阻礙陽光直射。

根據(jù)具體的氣候條件來調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的太陽光輻射量，大廈在內(nèi)外層深度為50 cm的空腔中安裝了具有遮陽和熱反射作用的百葉。百葉通過旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)大廈雙層玻璃幕墻的“透明度”，使建筑表皮在透明、半透明與不透明之間的變化中實(shí)現(xiàn)能耗的最小化，讓光熱僅在有益的時(shí)候進(jìn)入建筑內(nèi)部。

這幢玻璃塔樓運(yùn)用百葉的旋轉(zhuǎn)使得大廈如同生物般對(duì)環(huán)境變化做出反應(yīng)，成功地調(diào)節(jié)了大廈的室內(nèi)采光，既節(jié)約了能源，又創(chuàng)造了舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境（如圖3所示）。

圖3 百葉窗效果

3 模式語言三：參數(shù)化的通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

建筑表皮的設(shè)計(jì)是建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與建筑能耗的控制有著密切的關(guān)聯(lián)。RWE AG行政總部大廈在“雙表皮”系統(tǒng)下，外界的氣流要想穿過內(nèi)側(cè)可開啟的窗戶進(jìn)入室內(nèi)，都會(huì)先經(jīng)過空腔的緩沖與阻礙，從而創(chuàng)造了與地面類似的自然通風(fēng)效果。然而，在復(fù)雜多變的氣候條件下，要想實(shí)現(xiàn)合理的通風(fēng)仍然具有一定的難度。在當(dāng)代的建筑設(shè)計(jì)中，沒有數(shù)據(jù)支撐的建筑表皮模式很難與復(fù)雜多變的環(huán)境狀況相呼應(yīng)（如圖4所示）。

RWE AG行政總部大廈的運(yùn)營管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，通過對(duì)環(huán)境要素的參數(shù)化轉(zhuǎn)譯來根據(jù)外界氣候變化適當(dāng)調(diào)節(jié)百葉的角度與通風(fēng)機(jī)械、空調(diào)的運(yùn)營，從而為辦公人員提供了安寧愜意的工作氛圍。這些措施的運(yùn)用使得建筑的總能耗只有同等規(guī)模建筑的一半不到，自然通風(fēng)率達(dá)到了70%。

圖4 參數(shù)化通風(fēng)系統(tǒng)圖

雖然RWE大廈的幕墻系統(tǒng)占總造價(jià)的30%，大大超過了造價(jià)的平均值，但是它卻能在整個(gè)建筑生命周期中節(jié)省約30%的管理費(fèi)用。從長遠(yuǎn)角度來看，參數(shù)化的通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅節(jié)省經(jīng)費(fèi)，還為環(huán)境保護(hù)做出了卓越的貢獻(xiàn)。

為更好地實(shí)現(xiàn)建筑表皮生態(tài)設(shè)計(jì)的集成化、系統(tǒng)化，促進(jìn)建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展與革新，建筑師在建筑設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意環(huán)境模擬與參數(shù)化編程軟件平臺(tái)的有效鏈接。

4 結(jié)語

從古至今，氣候都是影響建筑形態(tài)的最主要自然因素，人們通常采取遮陽與通風(fēng)相結(jié)合的方法來對(duì)建筑進(jìn)行氣候調(diào)節(jié)。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化的生態(tài)模式不再單純的從建筑材料、門窗位置和平面排布等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行考慮，而是將建筑設(shè)計(jì)與生物學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，讓建筑從表皮構(gòu)造方面來適應(yīng)環(huán)境。RWE AG行政總部大廈所具備的“可呼吸表皮”，使得建筑在氣候變化時(shí)如同生物一般做出相應(yīng)的措施來保證自身的恒溫，最大程度地避免了氣候因素的干擾。參數(shù)化的引入更是加強(qiáng)了建筑表皮的這種自我調(diào)控性能，保證了人們工作環(huán)境的舒適性。