可持续发展之路——新加坡滨海湾花园<br/>

可持续发展之路——新加坡滨海湾花园

2012-12-11林俊强LIMChoonKeang彭伟洲TranslatedbyPENGWeizhou

生态城市与绿色建筑 2012年3期

关键词：擎天滨海大树

林俊强 / LIM Choon Keang 译_彭伟洲 / Translated by PENG Weizhou

图3 从滨海水道看花园的主要标志物（由右到左分别为“花穹”、“云雾林”和“擎天大树”）

图1 滨海湾花园鸟瞰平面

图2 滨海南花园总平面

图4 从滨海水道看“花穹”和“云雾林”

图5 “云雾林”的人工瀑布景观

1 引言

滨海湾花园是新加坡国家公园局（National Parks Board's，NParks）为实现“花园城市”愿景实施的一个重点发展项目。滨海湾花园占地101hm2，由3块环绕滨海蓄水池的滨海花园构成：滨海南花园、滨海东花园和滨海中花园（图1）。

占地54hm2的滨海南花园（图2）是最具吸引力的景点，包括两座植物冷室和18棵众所周知的人造“擎天大树”，它们的高度从25m到50m之间。公园其他特色还包括一个相互连通的湖泊，以及展示数千种植物的多个主题公园。它们将激发公众对于园艺和环境的兴趣，并启发一定的教育作用。

植物冷室的两座名为“花穹”和“云雾森”的生物群落温室（图3、4），种植了不适宜在新加坡生长的植物。“花穹”模仿了凉爽干燥的地中海和半干旱亚热带气候（如南非、西班牙、和意大利）。“云雾林”（图5）则模仿了海拔约为1 000～3 500m凉爽湿润的热带山区与南美洲高海拔地区的气候（比如马来西亚沙巴州基纳巴卢山）。

图6 从滨海水道看“擎天大树”

图7 “擎天大树”鸟瞰模型

图8 “擎天大树”近景

图9 “擎天大树”夜景

图12 花园中的水循环系统

图10 连接擎天大树的空中吊桥

图11 可持续节能系统示意

具有未来主义特征的擎天大树构成了16层楼高的垂直花园（图6）。这18棵擎天大树分别设置在3个不同的组团中，其中12棵位于花园中央的擎天大树林区，3棵位于项目西北侧的银色花园中，另外3棵位于项目东边的金色花园（图7～9）。这些擎天大树不仅具有赏心悦目的景观功能，而且也具备很多其他的功能。例如，位于花穹附近的银色花园中的擎天大树起到了植物冷室的排气管道作用；而金色花园内的3棵超级树中，1棵是园内产电厂的烟囱，另外2棵则起到收集太阳能的作用。在花园中心地区的擎天大树林区中，2棵42m高的擎天大树衔接着空中128m长的空中吊桥，是观光客的上下处（图10）。最高的擎天大树顶部核心位置设有一个吧台，顾客能够在上面鸟瞰整个景区以及滨海湾周边的景色。植物冷室、能源中心和擎天大树之间的紧密联系使得整个花园具有高度可持续性地节能特性。

2 节能及可持续设计

滨海湾花园采用了高效的可持续节能系统并结合在其基础设施中，为新一代公园规划和建设树立了新的基准（图11）。

新加坡国家公园局和项目团队联合对花园进行了精心的总体规划并将其付诸实施。在进行花园规划设计之前，先对植物冷室的技术要求进行了专题研究，以更好地认识并确定相应的技术条件。为了让国家公园局能够测试温室中的建筑设备性能，新加坡CPG咨询一共设计了6种温室方案供测试使用。这些研究成果被运用于花园规划实施的发展策略。

图13 蜻蜓湖中的过滤床

图14 热电联产系统

图15 植物生长和人体舒适度所要求的温度平衡

项目的可持续设计探索以下几个主题。

2.1 节水

作为节水策略的重要部分，本项目充分利用滨海蓄水池的广阔海岸线并引入蓄水池的水（图12）。这些引入翠鸟湖（King Fisher lake）并在花园相互连通的水体中进行循环的水，再通过特别设置在水道中的过滤床后，多余或溢流的水往返滨海水道中，以保持设计水位的稳定性。水体的相互连通，与水循环系统中特别设置的天然过滤床（图13）产生水中降低营养物含量的效果，从而在保证水质洁净的同时，也保持良好的池水生态系统。因此，这些天然过滤系统有利于污水的管理，并形成花园中的生物多样性。

2.2 节能

能源中心是整个体控项目能源的枢纽。它设有一个热电联产锅炉系统（图14），并运用生物质（如落叶与树杆）作为燃料。作为国家公园局可持续策略的一部分，全新加坡和该花园范围内修剪和砍伐的树木都会经过收集、压缩并处理成木片，从而用作生物质热电联产系统的燃料。这些木片在生物质锅炉中进行焚烧，产生蒸汽来推动涡轮机，从而产生用于整个花园的电力。发电过程产生的余热则被用来“蒸发”掉除湿剂中积累的湿气，使其能够再生并重新发挥作用（除湿系统是花穹必须的系统）。这些余热也被吸收式制冷机所利用，而热电联产（combined heat and power，CHP）机组则同时为吸收式制冷机和电动式制冷机提供电力。这些制冷机是植物冷室提供冷水的主要推动力。锅炉产生的废气得到彻底的清洁过滤，通过花园主入口附近的金色花园中的一棵擎天大树内部设置的烟囱排到大气中。整个过程产生的烟尘也经过适当的回收作为肥料，从而加强系统不留下任何废弃物的宗旨。

图16 “云雾林”的遮阳系统

图17 “花穹”的遮阳系统

通过使用生物质发电，花园所使用的是低碳或零碳燃料（如生物质）所产生的能源。生物质锅炉系统除了能够使运行成本降至最低外，产生碳足迹也比较小，符合国家公园局发展滨海湾花园可持续设计的绿色策略。

2.3 降低植物冷室需求的措施

植物冷室内的环境既需要满足植物的生长要求，又必须保证参观者的舒适性。为了减少温室效应产生的热量，植物冷室必须进行制冷。因此，降低制冷负荷的能源需求成为重中之重。

植物冷室的制冷主要采用了3个策略：

2.3.1 减少建筑立面的太阳辐射得热

（1）选择适当的建筑表皮——玻璃

基于对现有玻璃种类的研究并考虑到新加坡的气候，最适宜的玻璃类型应是能够透过最多光线且获得最少热量的类型。因此，植物冷室所采用的是一种高性能、光谱选择性、低辐射的玻璃构造（图15）。该构造由一层10mm厚玻璃和两层压合在一起的6mm玻璃组成，中间则是12mm的空气层，可见光透过率达到65%，而太阳能热增益系数则达到较低的0.37。这种玻璃构造能够获得最高的制冷系数，在允许最多光线透过的同时控制太阳辐射得热，在建筑中得到更广阔的使用。光谱选择性玻璃的采用能够尽量获得植物光合作用所需的光线，同时控制最低的太阳辐射热量。

（2）遮阳系统

温室的室内照度水平在一年中大约10%～15%的时间内会超过植物生长所需的45 000勒克司的水平（新加坡所有的气候情况）。为了避免过度的光线透射形成不必要的太阳辐射得热，温室的外表面安装了自动调节遮阳设备（图16、17），通过调节三角形的遮阳装置角度，从而控制一天之内植物冷室所吸取的光线水平，以形成缓冲并阻挡太阳辐射的效果。单单这个措施就能够让植物冷室的制冷需求降低20%。

2.3.2 通过针对使用区域制冷减少得热

（1）热分层和可调节排风口

图18 置换通风和热分层示意

图19 排风口被打开以排除“云雾林”的热风

图20 节能制冷系统

图22 “云雾林”中的垂直绿化

采用高效制冷系统来满足植物生长条件，并避免降低节能标准。通过对温室进行热模拟，发现即使在采用低辐射玻璃和遮阳系统的情况下，植物冷室顶部的气温在较炎热的时期仍可能达到40℃。因此要采用另一个制冷策略，即温室中空气的热分层，其根据是温度差异导致的空气对流原理（图18）。也就是说，不是对高大空间的混合空气进行整体制冷，而是仅为较低的区域提供制冷，因为这一区域是植物和使用者所处的空间。冷风在较低高度从种植床的侧边排出，同时采用地板辐射制冷来抵消地板所吸收的热量也是非常必要的（因为地板材料会吸收太阳的辐射）。这样一来，可以避免过热的地板干扰热力分层的过程。地板夹层中安装了冷水管道以保持地板的低温，而设置在其中的感应器能够全天候监测温度。当温度超出某一预设水平时，地板制冷系统就会开始运作。这两个制冷措施能够保持较低处的高度使用空间中的清凉。

上层空间的温度则按照空气的自由流动浮动或升高。当空气的过热达到一定水平，热风就会从设置在高处的排风口排出（图19、20）。这些排风口也是由温度传感器控制的，在需要保持温室内部总体温度水平时，排风口就会发挥作用，以达到控制温室内部过热的目的。

2.3.3 节能制冷系统

温室采用液体除湿系统来降低室内温度（图20）。在除湿系统中，采用固体或液体除湿剂来除去空气中的水分。除湿剂需要保持干燥以吸收空气中的水分从而形成冷却效应。除湿剂的干燥过程是通过利用花园里能源中心的生物质锅炉排出的余热来进行的。因此，并不需要额外的电力或能源来为液体除湿系统提供热量，从而达到节约能源的目的。