建筑環(huán)境和能源設(shè)計的領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)的案列（一）

1、建筑環(huán)境和能源設(shè)計的領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)的案列（一）     摘要：在參考了LEED 綠色建筑評價體系的基礎(chǔ)上，設(shè)計團隊從場地可持續(xù)性發(fā)展、保護水資源、節(jié)約能耗、可更新的材料、室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)幾方面入手，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，在保護建筑周邊生態(tài)環(huán)境和有效提高建筑能源利用率的基礎(chǔ)上，使哈爾濱松北區(qū)創(chuàng)業(yè)中心成為一個低能耗、高舒適度的真正意義上的綠色建筑。本文將重點介紹松北創(chuàng)業(yè)中心大樓的設(shè)計理念，以及其中涉及的部分關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞：綠色建筑節(jié)能室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)可持續(xù)發(fā)展 LEED0 引言由于哈爾濱社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，原來處于哈爾濱松花江以南的市區(qū)逐漸出現(xiàn)交通堵塞，空氣質(zhì)量

2、下降，居住環(huán)境擁擠的狀況。為了解決城市快速發(fā)展的問題，哈爾濱市政府決定向松花江以北發(fā)展，同時為此制定了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。在這個戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，松北區(qū)創(chuàng)業(yè)中心大樓的設(shè)計不僅是一個激發(fā)藝術(shù)創(chuàng)作靈感的建筑作品，也為使用者提供一個高舒適度的工作空間，同時為環(huán)境和能源的設(shè)計制定了一個領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)。整個設(shè)計不僅是城市領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)和價值觀的體現(xiàn)，也為哈爾濱市民和松北區(qū)人民送上了一份健康、可持續(xù)發(fā)展的禮物。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，松北區(qū)政府選定了以美國EMSI 環(huán)境顧問咨詢有限公司，美國KC 建筑設(shè)計事務(wù)所和美國Enermodal 機電顧問有限公司為核心的設(shè)計團隊。該團隊從場地可持續(xù)性發(fā)展、保護水資源、節(jié)約能耗、采用可更新的

3、材料和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)等方面入手，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，設(shè)計一個既可有效保護周邊生態(tài)環(huán)境，又能有效提高建筑能源利用率的高舒適度綠色建筑。1 綠色建筑設(shè)計理念11 建筑整合在設(shè)計過程中，設(shè)計團隊以“綠色設(shè)計”為指導(dǎo)思想，盡力確保辦公塔樓、多功能廳、手指型辦公樓和其他娛樂服務(wù)區(qū)這些建筑功能協(xié)調(diào)一致，并充分利用陽光、風(fēng)、水和土地資源，使整個建筑設(shè)計達到高效、清潔的環(huán)保要求。在建筑形式上，設(shè)計師采用緊湊型設(shè)計，充分利用當(dāng)?shù)丨h(huán)境有利的方面，同時避免受到當(dāng)?shù)貧夂虻呢撁嬗绊?。在哈爾濱地區(qū)嚴寒的氣候條件下，設(shè)計團隊將五指形辦公樓的獨立結(jié)構(gòu)通過中庭空間將它們聯(lián)系起來，這如同將“手指”放入一個“手套”中，使建筑圍護結(jié)

4、構(gòu)的暴露面積降至最小，減少冬季散熱。寬闊的中庭又允許光線深入建筑內(nèi)部，增強辦公室的自然采光，創(chuàng)造室內(nèi)花園式共享空間作為咖啡廳和非正式會議的場所。同時由于松北區(qū)創(chuàng)業(yè)中心處在東西軸線上，大面積的南向玻璃幕墻，允許冬季的陽光直接進入室內(nèi)，帶入熱量和光線。夏季則利用室外遮陽裝置進行遮陽，只允許非直射光線進入室內(nèi)，降低空調(diào)負荷。由于手指型辦公樓的每一“指”的朝向均略有變化，從而辦公人員可以享受到不同的采光和視野。多功能廳位于湖邊，有圓形溫室環(huán)繞，既可作為開展歡慶活動的場所，也將是會議和展覽的主要場所。12 場地恢復(fù)在場地可持續(xù)性發(fā)展方面，為了最大限度的減小開發(fā)痕跡，保護現(xiàn)有自然區(qū)域，設(shè)計團隊采用了各種策

5、略，包括加強場地綠化，景觀設(shè)計時多選用本地、不蔓延植物；盡可能采用透水鋪路系統(tǒng)，鋪路材料包括透水混凝土、合成格柵植物材料、單元鋪路材料，中間留有空間利于排水；場地收集到的雨水將通過人工濕地、湖面和排水道排出場地；設(shè)置綠色屋頂，這樣既能減小熱島效應(yīng)，還能夠保留并減少雨水徑流。在場地照明方面，設(shè)計師沒有使用會造成刺目陰影的桅桿式照明設(shè)備，而采用低矮的截斷光線的照明設(shè)備，從而減少光污染。13 保護水資源建筑設(shè)計遵循保護水資源的原則，采用了中水回收系統(tǒng)、雨水雪水回收、現(xiàn)場處理污水等方案，并盡量使用低流量節(jié)水設(shè)備、無水小便槽等高效衛(wèi)生設(shè)備和干燥裝置，以求達到建筑內(nèi)部節(jié)水最大化，從而減輕市政供水和廢水處理

6、系統(tǒng)的負擔(dān)。來自盥洗室的水經(jīng)過回收，進入中水系統(tǒng)，通過機械生物處理、過濾和紅外線凈化后，中水將被用于綠色屋頂和中庭的灌溉系統(tǒng)、以及沖廁。灌溉系統(tǒng)的供水由收集到的雨水、抽調(diào)上來的經(jīng)過處理的中水優(yōu)先提供，市政供水系統(tǒng)作為后備水源。消防系統(tǒng)用水也將由經(jīng)過處理的中水和雨水優(yōu)先提供，市政供水作為備用水源。根據(jù)與常規(guī)建筑的用水情況比較分析，松北創(chuàng)業(yè)中心使用的各項節(jié)水策略可實現(xiàn)對市政供水需求減少50%以上。14 可更新的材料為減少由于使用和處理新材料所造成的影響，建筑中將盡量使用含有較多回收成分的材料，如混凝土料可采用從工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉煤灰，鋼材和鋁材含回收成分較多，磚石材料可以從舊建筑回收利用等。同

7、時盡量使用快速可再生的材料，并盡量使用當(dāng)?shù)夭牧希詼p少由于長途運輸造成的環(huán)境影響。在設(shè)計中還考慮了管理、回收、重新利用廚房廢棄物進行堆肥的設(shè)備。15 建筑節(jié)能和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)考慮到哈爾濱地區(qū)的嚴寒氣候，為了有效的節(jié)約能耗，建筑物采用了很多的節(jié)能手段，包括：采用隔熱與密封性能良好的圍護結(jié)構(gòu)，與建筑立面結(jié)合的集成光電板，被動式太陽能熱水器，自然通風(fēng)，天然采光，使用節(jié)能照明和照明控制器，使用建筑能耗管理和監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測二氧化碳濃度控制新風(fēng)量，使用地下水和季節(jié)性冰蓄冷技術(shù)在夏季提供制冷，泵和風(fēng)扇設(shè)備使用高效馬達，置換通風(fēng)與獨立新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，能源回收通風(fēng)系統(tǒng)等。能耗模擬分析表明，與常規(guī)設(shè)計方案相

8、比，上述這些節(jié)能策略的使用可以降低大樓能耗大約30%以上。綠色建筑的另一明顯優(yōu)勢就是提供工作人員良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)和工作環(huán)境。為此該建筑從設(shè)計開始就充分考慮到人員對室內(nèi)舒適度的要求，具體的策略包括：為用戶提供充足的自然光照明和新鮮空氣；使用散發(fā)少量或不散發(fā)揮發(fā)性有機物的健康材料、涂料、粘合劑和裝飾材料，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)；建筑內(nèi)禁止吸煙；設(shè)計建筑通風(fēng)系統(tǒng)，減少儲藏室和打印室造成異味和煙霧的的情況；建筑入口的設(shè)計盡量避免外來污染源的影響；門廊加壓；選用含無害溶劑的清潔劑清洗室內(nèi)裝飾，室內(nèi)裝飾選用較易維護的材料等。通過上述幾個方面的綜合考慮，哈爾濱松北創(chuàng)業(yè)中心做到在施工和長期運行階段都使用較少的資源

9、，并盡可能的減少對周邊環(huán)境的影響和破壞，同時為建筑使用人員提供更適宜健康的環(huán)境，成為真正意義上的綠色建筑。下面將就松北創(chuàng)業(yè)中心中采用的部分綠色策略做詳細介紹。2 建筑集成光電板建筑集成光電板將光電板與建筑立面綜合考慮，在取代傳統(tǒng)幕墻材料的同時，為建筑提供清潔可再生能源。21 技術(shù)簡介設(shè)計團隊評估了多種光電板設(shè)置方式，最后選定的這種方式是設(shè)計團隊共同協(xié)作的結(jié)果，它安裝簡便、易于維護，并且十分持久耐用。近年來，對清潔能源的研究促進了光電板工業(yè)的發(fā)展和光電板選擇標(biāo)準(zhǔn)的建立，而設(shè)計團隊最后確定的設(shè)計是對光電板發(fā)電能力、采光效果、建筑和結(jié)構(gòu)立面、建造和維護、以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等各方面因素綜合考慮的結(jié)果。為了盡

10、可能的獲得天然采光，從而降低對人工照明的需求，設(shè)計團隊評估了兩種光電板技術(shù)，分別是水晶硅光電板，包含單晶體或多晶體結(jié)構(gòu)，以及薄膜狀無定型硅晶光電板?，F(xiàn)在其他的薄膜材料也開始被采用，如CdTe和CIS等。平時，光電板是不需要維護的。光電板是由固體組件構(gòu)成的，其中不含有任何可以移動的部件，因此不會被磨損，在理論上有著無限的使用壽命。在實際使用中，壓縮膠囊，電線等材料會發(fā)生老化，不過事實上目前的PV模塊的設(shè)計使用時間均在40年以上，通常情況下產(chǎn)品制造商都承諾10到20年的質(zhì)量保證。不過，由于標(biāo)準(zhǔn)的反相變流器的質(zhì)保時間是1到2年，這將會產(chǎn)生一小部分的格外費用。光電系統(tǒng)中主要的電力設(shè)備，如反相變流器和相

11、關(guān)的硬件設(shè)備等都將被放在地下一層的設(shè)備間內(nèi)。通常情況下PV模塊是不需要清洗的，一般城市環(huán)境下的塵土對PV模塊效率的影響不會超過15%，而降雨就可以使得模塊效率回復(fù)到初始狀態(tài)。哈爾濱環(huán)境的研究表明松北創(chuàng)業(yè)中心的光電系統(tǒng)同樣是不需要日常清洗的。為了便于施工，松北創(chuàng)業(yè)中心使用的光電模塊均為預(yù)制式的，建筑工人可以很方便的安裝這些模塊，而不需要特別的光電板的專業(yè)知識。22 電力構(gòu)造所有的光電板輸出的都是直流電，它可以被直接用于與直流電兼容的設(shè)備，也可以被貯存在蓄電池里，或是通過反相變流器轉(zhuǎn)換成交流電。在松北創(chuàng)業(yè)中心里，塔樓的部分立面將由薄膜型光電板覆蓋，總光電板面積約為3600m2，能夠產(chǎn)生大約200k

12、W 電能。由于塔樓的朝向等因素，最大即時光電輸出會小于200kW 。光電系統(tǒng)將與電網(wǎng)連接，并帶有一些蓄電池。蓄電池可以作為一些重要建筑功能的電源，如斷電情況下的應(yīng)急照明和電梯，蓄電池容量可以滿足建筑大部分應(yīng)急用電需求。同時大樓內(nèi)還采用傳統(tǒng)柴油發(fā)電機作為應(yīng)急電源。設(shè)計團隊使用PV FChart 軟件，預(yù)計3600m2的光電系統(tǒng)每年總輸出約為118，000kWh ，預(yù)測中采用的主要參數(shù)有與哈爾濱地區(qū)相類似的氣候條件，假定光電板覆蓋塔樓的東、南、西側(cè)，使用效率約為5%的無定形硅晶光電模塊，同時每一側(cè)的陽光不受阻擋。模擬結(jié)果如下：3 圍護結(jié)構(gòu)31 隔熱性能良好的圍護結(jié)構(gòu)可持續(xù)建筑設(shè)計的第一步是盡可能的

13、減小采暖和供冷的能耗。一個零能耗的建筑是可持續(xù)建筑的最終目標(biāo)，盡管目前零能耗建筑還是不現(xiàn)實的，但是通過建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)可以盡可能的降低能耗。節(jié)能的起點首先在于確認建筑圍護為建筑提供了一個可以防止熱量損失和空氣流動的可靠的“覆蓋”。所有的建筑框架組件都需要很好的隔熱。ASHRAE901建議新建筑應(yīng)該采用高于建筑規(guī)范要求的隔熱水平的材料建造，這樣可持續(xù)建筑的隔熱水平可以提高50%100% 。表1給出節(jié)能建筑的推薦導(dǎo)熱系數(shù)：32 高性能窗和門在建筑中采用高性能窗戶可以顯著節(jié)約建筑能耗，立即節(jié)約采暖費用。根據(jù)建筑設(shè)計和建筑其它部分的效率，安裝高性能窗戶可以使得空間采暖費用降低超過20%。節(jié)能還包括夏季的

14、供冷負荷。同樣的，低輻射（lowE ）材料在冬季可以保持建筑物內(nèi)的熱量，而在夏季則可以防止外界熱量的進入。這樣做可以保持建筑物內(nèi)的冷量，從而減少了對空調(diào)的需求。在使用普通窗戶的建筑中，空氣滲漏、冷風(fēng)，以及冷的窗戶表面都將給居住者帶來不舒適的感覺。但是由于高性能窗戶的隔熱性能更好，因此窗戶表面溫度更高；再輔助以好的擋風(fēng)雨條和氣密封條，從而使得居住者感覺更加溫暖。上述措施還將導(dǎo)致更少的冷風(fēng)和過冷點。在冬季，室內(nèi)和室外的空氣都十分干燥，這將容易導(dǎo)致靜電、嗓子干渴和其它健康問題。加濕空氣又可能導(dǎo)致窗面結(jié)露，不僅使得窗面難看，還會損壞各建筑組件，并引起霉菌生長。而高性能窗戶較高的玻璃溫度和內(nèi)部窗框溫度可

15、以降低靜電，改善人和植物的健康情況。使用熱斷橋窗框的高性能雙層玻璃窗可以在室內(nèi)相對濕度60%的時候仍不會出現(xiàn)結(jié)露。高性能窗的其它兩個優(yōu)勢在于：一是更少的聲音可以通過它傳入建筑內(nèi)，因此室內(nèi)更加安靜；二是由于它可以通過更多的天然采光，因此可以降低電力照明負荷，從而更為節(jié)能。通常南向窗戶的散熱量大于其得熱量，但是高性能窗戶，可以通過正確的選擇lowE 材料、填充氣體和其它組件等方法，使得大部分窗戶可以在日間的得熱量大于它們在夜間的散熱量。在窗框面積盡可能減小，玻璃面積變得更大的情況下，高性能窗仍有可能獲得凈得熱量。除了可以節(jié)省采暖費用，這一措施還可以使得整個建筑給人更加明亮和開放的感覺。33 緊密建

16、筑建筑圍護也必須是密封的。空氣滲漏會使得采暖和供冷費用提高25%50% ?？諝飧綦x材料和蒸汽隔離材料需要被很好的密封，并連貫所有表面。最重要的是，在每一個節(jié)點、穿過點和其它不連續(xù)的地方都需要仔細的考慮，以確?？諝飧綦x材料和蒸汽隔離材料始終緊密的貫穿全程?？諝鉂B漏是很重要的，因為它通常意味著塵土和異味的進入，冬季采暖和夏季供冷費用的增加，冷風(fēng)的滲漏，以及在相對濕度的控制上有著更大的難度。寒冷天氣下空氣的滲出將導(dǎo)致建筑構(gòu)件的迅速老化，不僅使其成為危險建筑，還將產(chǎn)生必須的維修費用。一個密封的建筑圍護帶來的益處是多方面的，它可以使得滲出的潮濕空氣結(jié)露最小化，降低建筑圍護的維修費用，減小水氣對內(nèi)墻和天花

17、板的損害，降低采暖和供熱能耗，降低為空氣滲漏而預(yù)先增大的鍋爐和空調(diào)設(shè)備的裝機容量，提高熱回收設(shè)備的效率，降低從建筑圍護傳入的噪音，保持建筑內(nèi)部高的相對濕度，防止昆蟲和其它害蟲的進入。4 天然采光和照明天然采光是讓自然的太陽光線透過周邊玻璃窗、屋頂窗戶或天窗進入建筑而照亮室內(nèi)，從而可以降低或是減少照明電耗。一個具有天然采光的建筑是需要專門設(shè)計的，以有效的利用自然光達到人們最大的舒適感和最小的能源消耗。天然采光不僅改善了建筑的美學(xué)要求，更重要的是它有著很切實的收益。研究表明，天然采光可以提高稅收，降低人工成本，其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的具體益處有：具有充足天然采光的教室里，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率提高15%25%具有充

18、足天然采光的零售商店的營業(yè)額平均提高40%具有充足天然采光的辦公室里工作人員的生產(chǎn)力提高20%30%，曠工降低20%30%具有充足天然采光的辦公室內(nèi)照明費用降低50%以上與此同時，提高自然光照明水平不僅可以降低對人工照明的需求，同時由于電耗和冷負荷減少，它還將引起運營費用的降低。日光傳感器可以作為空間利用和日光照明的結(jié)合點，通過關(guān)閉無人空間內(nèi)的照明將節(jié)省更多的成本。為了最大限度的利用天然采光，設(shè)計團隊的設(shè)計理念是首先考慮利用日光照明，再考慮人工輔助照明，為此在對室內(nèi)進行照明設(shè)計之前，設(shè)計團隊首先對松北創(chuàng)業(yè)中心的日照情況做了模擬分析。設(shè)計團隊采用建筑環(huán)境模擬軟件Ecotect分析了指型辦公樓的最底層日照情況，分別考慮中庭上空沒有或設(shè)置一個漂浮的固體屋面兩種情況。結(jié)果