辦公建筑生態(tài)化設(shè)計(jì)策略研究

王 植

(東北大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

隨著社會的快速發(fā)展，人們對辦公環(huán)境的要求不斷提高，辦公建筑已經(jīng)從單一的生產(chǎn)空間逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯羁臻g的一部分，辦公環(huán)境生態(tài)質(zhì)量的要求越來越受到人們的關(guān)注。辦公建筑不僅要滿足人們的辦公需求，也要滿足節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等新需求。生態(tài)化設(shè)計(jì)是指建立在生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上減少自然環(huán)境破壞，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)方法。隨著越來越多的人認(rèn)識到自然環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的重要性，生態(tài)化設(shè)計(jì)理念愈發(fā)得到人們的認(rèn)同和重視。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計(jì)是利用各種技術(shù)和設(shè)計(jì)手段尋求在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上追求更高品質(zhì)的辦公環(huán)境。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計(jì)要建立在生態(tài)化理念基礎(chǔ)上，運(yùn)用設(shè)計(jì)方法結(jié)合節(jié)能技術(shù)和科技手段，實(shí)現(xiàn)辦公建筑的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

1 可再生能源與節(jié)能技術(shù)相結(jié)合

因?yàn)槟茉聪木薮螅k公建筑的節(jié)能是設(shè)計(jì)中要考慮的重要問題。辦公建筑屬于主要消耗電力的高能耗空間。電力是高品位的二次能源，主要通過煤等不可再生能源供應(yīng)。在辦公建筑的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮首先使用可再生能源，選用可再生材料?？稍偕茉词亲匀唤缰心軌虺掷m(xù)使用的能源，對于環(huán)境基本無害，取之不盡用之不竭?？稍偕茉粗饕ㄌ柲?、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿取?/p>

應(yīng)根據(jù)辦公建筑的氣候環(huán)境情況，選用適宜的可再生能源，就地開發(fā)利用。太陽能是非常適合辦公建筑利用的可再生能源，既可以主動利用，也可以被動利用。例如，澳大利亞環(huán)保機(jī)構(gòu)Stamp House位于國家公園的熱帶雨林。這一機(jī)構(gòu)旨在打造一個(gè)充分利用周邊熱帶雨林環(huán)境的生態(tài)建筑。建筑采用了一體化的懸挑設(shè)計(jì)，能夠抵擋洪水沖擊和颶風(fēng)。建筑屋頂覆蓋太陽能板，使用太陽能發(fā)電和沼氣發(fā)電雙系統(tǒng)供應(yīng)電力，還采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分配能源使用達(dá)到節(jié)能的目的。建筑還配有具備收集與回收雨水系統(tǒng)供應(yīng)用水。風(fēng)能對于具有良好風(fēng)力資源的地區(qū)是非常好的清潔能源。在風(fēng)力不夠的氣候條件下借助設(shè)計(jì)手段同樣也可以利用風(fēng)力資源供能。巴林世貿(mào)中心建筑位于巴林首都麥納麥。當(dāng)?shù)嘏R海的地理氣候具有很好的海風(fēng)資源為運(yùn)用風(fēng)能提供了天然條件。建筑整體模仿傳統(tǒng)阿拉伯“風(fēng)塔”形狀。兩座建筑由三座橋梁相連。每個(gè)橋梁上分別設(shè)置了一個(gè)直徑29 m的水平軸風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)和配套發(fā)電機(jī)。雖然當(dāng)?shù)氐暮ｏL(fēng)風(fēng)力不夠，但設(shè)計(jì)師根據(jù)空氣動力學(xué)原理將建筑設(shè)計(jì)成坡面流線型的三角大樓。這一建筑造型能夠改變氣流走向，將風(fēng)速提高了20%。發(fā)電渦輪機(jī)葉片因此得到了足夠的風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電。該建筑的3臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)每年為大樓提供120萬kW的電力，這相當(dāng)于當(dāng)?shù)?00個(gè)家庭一年的用電量。巴林世貿(mào)中心也成為世界上首座可為自身持續(xù)提供可再生能源的超高層建筑。在擁有地?zé)豳Y源的地區(qū)，辦公建筑應(yīng)該優(yōu)先考慮利用地?zé)崮茏鳛槟茉垂┙o。西班牙莫特里爾港口運(yùn)營總部營建初始就決定建筑相關(guān)的所有設(shè)計(jì)決策都應(yīng)該以降低能耗為目標(biāo)。建筑充分利用當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源，采用了地?zé)峁┠芟到y(tǒng)，使用地?zé)岜幂o助以高效的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。建筑開創(chuàng)性的采用能量交換的慣性系統(tǒng)，建筑物內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生的能量可以與地下能量進(jìn)行交換，并切斷與外部環(huán)境的能量交換。建筑雙層表皮構(gòu)造系統(tǒng)能夠存儲空調(diào)產(chǎn)生的能量，利用儲熱型材料使能量回流到內(nèi)部環(huán)境的閉環(huán)。

玻璃幕墻是眾多現(xiàn)代辦公建筑外立面的選擇。玻璃幕墻虛化了墻和窗的概念，將裝飾功能與使用功能融合，改變了建筑墻體厚重、沉悶的外觀感受。高透光性也使室內(nèi)辦公環(huán)境更加明亮，達(dá)到室內(nèi)外空間融合的效果。但同時(shí)玻璃幕墻也意味著高能耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，玻璃幕墻的熱損失是傳統(tǒng)墻體熱的5倍。玻璃幕墻造成的能耗達(dá)到整個(gè)建筑能耗的1/3，因此玻璃幕墻的節(jié)能是辦公建筑降低能耗的重要部分。

辦公建筑應(yīng)選用具有節(jié)能技術(shù)的玻璃幕墻解決能耗問題。設(shè)計(jì)上優(yōu)先選擇節(jié)能材料，諸如節(jié)能玻璃和節(jié)能型材。由于玻璃換熱性強(qiáng)，熱透射率高，應(yīng)選擇透射短波可見光和反射長波輻射熱，減少夏季空調(diào)負(fù)荷的同時(shí)又不至于降低采光效率。比如熱反射鍍膜玻璃，它利用鍍膜能透過可見光，而把能夠加熱室溫的遠(yuǎn)紅外光反射到室外，盡可能地減少陽光的熱輻射作用。而低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃能讓80%的可見光進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)又能將90%以上的室內(nèi)物體所輻射的長波保留在室內(nèi)，具有高透明性的優(yōu)點(diǎn)。薄膜型熱反射材料貼膜玻璃具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。中空玻璃是通過在兩層平板玻璃中間設(shè)置間隔框架分隔，密封后充入干燥空氣制成，具有隔音隔溫的優(yōu)點(diǎn)。這些新型節(jié)能玻璃材料通過玻璃處理技術(shù)可以減少陽光透過玻璃的直接輻射。

節(jié)能型材可以選擇采用鋁塑復(fù)合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料，雖然其隔熱保溫措施原理比較簡單，但使玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大幅降低。遮陽材料的朝向光面應(yīng)選用淺色反光的顏色，能加強(qiáng)表面的反射，減少熱量吸收；背光面應(yīng)選用無反光暗色，達(dá)到避免眩光的作用。

2 自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合

人們每天生活的大部分時(shí)間都在辦公建筑中度過，辦公建筑的環(huán)境質(zhì)量是人們保持工作效率和工作熱情的重要因素?，F(xiàn)在人們越來越相信技術(shù)可以解決所有問題，辦公建筑當(dāng)然離不開技術(shù)的支持，但以工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)為代表的新技術(shù)卻并非是解決一切問題的手段。只依靠于新技術(shù)并不能完全解決目前辦公建筑存在的問題。

新鮮的空氣是人類生存和健康的基礎(chǔ)。近年來大多數(shù)辦公建筑都是采用中央空調(diào)的全封閉結(jié)構(gòu)。不能開窗通風(fēng)是造成工作人員不滿的第一原因。據(jù)調(diào)查，建筑內(nèi)部空氣污染水平是室外空氣的5倍。如果空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)不善，辦公樓中由于人體、辦公設(shè)備、家具產(chǎn)生氣味和有害氣體就很難排除，即使是環(huán)保建筑材料也會有少量的有害物質(zhì)揮發(fā)，長時(shí)間積累也會帶來不良影響，空氣質(zhì)量難以得到保證。良好的自然通風(fēng)既可以減少能耗，又能保證工作人員的身心健康。因此在辦公建筑的設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合的手段，主要考慮利用自然通風(fēng)加強(qiáng)空氣流通，達(dá)到降溫?fù)Q氣和節(jié)約能源的目的。

通風(fēng)問題在辦公建筑功能布置階段就應(yīng)該開始考慮?？臻g劃分上不要進(jìn)深過大。在設(shè)計(jì)中，盡可能利用自然貫流通風(fēng)、自然引導(dǎo)通風(fēng)、煙囪效應(yīng)以及蒸發(fā)冷卻等空氣流通原理進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，可以有效改善舒適度，減少能源消耗。

自然貫流通風(fēng)是指在特定環(huán)境或者建造過程中將開口安排在相對的或者相鄰的墻面上，使得空氣能夠進(jìn)入與流出。這個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)主要用于地處更高溫度氣候帶的建筑，它可以時(shí)刻改變建筑內(nèi)部的氣流更新空氣，并且還可以有效地降低內(nèi)部的氣溫。以MK27工作室設(shè)計(jì)的別墅為例，他們將可以開放的窗戶框架置入墻內(nèi)，使得別墅位置相對的兩面墻壁上出現(xiàn)了巨大的開口，實(shí)現(xiàn)了灌流通風(fēng)，保持熱平衡。自然引導(dǎo)通風(fēng)是指通過熱流的引導(dǎo)來傳導(dǎo)空氣的冷卻。辦公建筑設(shè)計(jì)中，開口設(shè)在接近地表的位置，冷空氣得以進(jìn)入室內(nèi)，推動暖空氣上升，通過煙囪效應(yīng)來引發(fā)豎向通風(fēng)，再通過屋頂、天窗、頂部開洞或者排風(fēng)口排出位于屋頂棚上的開口排出室外。利用蒸發(fā)冷卻原理在辦公建筑開口位置前方布置水面，經(jīng)過水面的氣流帶有濕度，從而保證了辦公建筑新鮮空氣的供應(yīng)。

此外，還可以利用構(gòu)造和裝置來輔助自然通風(fēng)。辦公建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)的開口與屏障高度的不同可以影響通風(fēng)的強(qiáng)度和速度，應(yīng)根據(jù)通風(fēng)的需求來調(diào)整空間劃分。在設(shè)計(jì)墻面和隔斷時(shí)可以在隔斷下部開口和位于對側(cè)墻面中部與頂部開窗，兩者之間再設(shè)置隔斷。通過中間的隔斷來引導(dǎo)氣流方向。同時(shí)采用合適的材料可以進(jìn)一步促進(jìn)通風(fēng)的效果。比如用多孔磚替換實(shí)心磚。使用穿孔材料根據(jù)需求設(shè)計(jì)不同的開孔大小帶來不同的穿透效果，實(shí)現(xiàn)空氣流通，進(jìn)而調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度。以推拉門替代單扇門，通過打開程度調(diào)整辦公建筑的通風(fēng)量。

3 自然光和人工照明相結(jié)合

陽光是人類健康的基本需求。自然光永遠(yuǎn)是人類最舒適的光源。采用自然光不僅幫助人們清醒，降低抑郁風(fēng)險(xiǎn)，避免重復(fù)使用人工光源還能節(jié)約能源。研究發(fā)現(xiàn)，良好的自然光條件會使得工作人員敏銳性和記憶測試表現(xiàn)比在人工照明工作的人強(qiáng)10%～25%。由于城市發(fā)展和效益需求，建筑間距縮小、空間朝向等因素造成很多辦公空間自然采光不足。辦公建筑往往布置大量照明設(shè)備，但人工照明所耗費(fèi)的電力同樣驚人，據(jù)調(diào)查至少會占到建筑總能耗的30%。長時(shí)間在辦公室內(nèi)工作的人們無法接觸到陽光，對生理和心理都會產(chǎn)生不良影響。自然光照條件也是評測辦公環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此在空間布置和設(shè)計(jì)上應(yīng)該優(yōu)先考慮使用自然光，采用自然光和人工照明相結(jié)合。

自然采光首先依靠于良好的窗戶設(shè)計(jì)。在引入自然光時(shí)要考慮光照角度和光照量，避免眩光的產(chǎn)生。窗戶的大小、位置、朝向都會影響到辦公空間的采光效果。應(yīng)該在根據(jù)當(dāng)?shù)毓庹战嵌群屯L(fēng)需求的考慮后綜合設(shè)計(jì)。其次避免陽光長時(shí)間直射辦公家具、設(shè)備、電器，減少因此帶來的損耗和危險(xiǎn)。玻璃的選擇也會直接影響自然采光，目前常用的鍍膜玻璃能減少光照強(qiáng)度，但同時(shí)如果考慮不全面也可能導(dǎo)致室內(nèi)的采光不足，因此玻璃的選用應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況審慎決定，這樣才能實(shí)現(xiàn)采光要求和節(jié)能環(huán)保之間的平衡。選用恰當(dāng)?shù)恼诠庋b置可以滿足不同情況下人們對于自然光的需求。遮光裝置既可以讓自然光不能直射室內(nèi)，也能夠調(diào)整自然光射入角度和射入位置。

辦公空間的人工照明應(yīng)該因具體需求而定，根據(jù)不同辦公區(qū)域的實(shí)際需要確定方案，不同的空間需要采取不同的照明方式。既不能光線不足，也不要照明過度，浪費(fèi)能源。利用智能照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動按時(shí)按區(qū)照明，在確保燈具正常安全的工作下，減少照明眩光，使照明分布更加均勻，同時(shí)大幅度節(jié)省能源。例如，丹麥建筑中心總部的外墻通過上釉保證良好的視野，同時(shí)減少人工照明的使用。采用智能照明控制系統(tǒng)，人工照明和遮陽裝置根據(jù)日光感應(yīng)器來調(diào)節(jié)。Koning Eizenberg建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的獨(dú)立住宅位于美國加州圣莫妮卡。他們在朝南的屋頂上布置光伏板，天窗和大面積玻璃結(jié)合減少了人工照明的使用，另外選用低能耗的智能LED照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。在建筑西立面設(shè)計(jì)有巨大的可移動木板，實(shí)現(xiàn)光線的自主調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，人們對辦公環(huán)境的要求不斷提高，過去只追求經(jīng)濟(jì)效益不注重生態(tài)環(huán)境影響的辦公建筑已經(jīng)不能滿足可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代需求。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計(jì)不只是為了滿足人們的健康需求，提高人們的工作效率，也是為了保護(hù)自然環(huán)境和緩解日益嚴(yán)重的氣候危機(jī)。辦公建筑設(shè)計(jì)應(yīng)基于生態(tài)化理念，結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)的智能控制技術(shù)，使用節(jié)能技術(shù)和節(jié)能材料；因地制宜，盡可能利用可再生資源、減少能源消耗；采用綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)方法，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)環(huán)境的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。