生态高层建筑的技术策略初探

王 天 晖

(华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002)



生态高层建筑的技术策略初探

王 天 晖

(华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002)

结合武汉新能源办公楼工程实例，从太阳能、风能利用、屋顶绿化、自然通风采光、外围护材料选择等方面，阐述了高层建筑生态设计的策略，指出高层建筑生态设计有效实现了生态技术与建筑外形的结合，符合可持续发展理念。

高层建筑，生态设计，屋顶绿化，自然通风

0 引言

近年来，国外应用各种新技术、新材料建造了一大批优秀的生态建筑，国内也在设计建设一批示范性的节能建筑、绿色建筑和气候建筑(它们也被统称为生态建筑)。

本文研究源起于2010年武汉新能源研究院办公楼设计，武汉新能源研究院由武汉市人民政府与华中科技大学组建，成立于2009年，其主体建筑将作为武汉新能源研究院的办公场所和新能源产业的研发实验基地，是集科学研究、研发实验、综合服务以及新能源技术与产品应用展示等多功能为一体的综合性建筑物。

武汉新能源项目占地面积约9万m2，整个办公楼高95 m，地上17层，总建筑面积约75 000 m2。在武汉新能源研究院建筑设计方案中，作为主创建筑师与荷兰荷隆美集团组成联合体，与五家境外知名建筑设计公司竞标成功中标。在整个设计过程中本人深切体会到了生态技术策略在当代高层建筑设计的实践性，根据设计经历和近期对文献阅读的结果，本文致力于从技术问题入手对高层生态建筑的设计策略进行探讨。

1 高层建筑生态设计的意义

随着环境的恶化和不可再生能源的短缺，生态建筑设计理念逐渐成为主流，生态技术策略的引入将对高层建筑设计产生深远的影响。建筑师的目光从各种风格流派的表达当中更多转移到生态策略的设计上，建立了一套行之有效的生态技术策略，为设计者提供高效、便捷的设计方法，使我们的建筑成为真正意义上的生态建筑。使建筑设计与生态技术有机结合，将生态技术融入到建筑设计中，形成新的建筑美学。

2 生态技术与策略

2.1 太阳能、风能和地源热泵的利用

太阳能利用主要包括两大类型，一是被动式太阳能利用，即在建筑中不使用特殊的动力设备，而是利用太阳的光和热、风等因素调节室内的环境。二是主动式太阳能利用，从中又分为太阳热能应用系统和太阳能光电系统。

武汉新能源办公楼采用了上大下小的类似于马蹄莲花的建筑形态，这样可以在夏季为整个主体建筑提供长时间的遮阳，从而降低空调能耗。上大下小的形态可以在屋顶设置约3 000 m2的太阳能光伏电池板，同时，在主体建筑的屋顶上空设置了三组磁垂直轴风机，用来风力发电，每年的发电量可以满足大楼28%的用电量。结合太阳能光伏的发电量，这两者结合可以满足主体建筑一年的用电要求。

武汉新能源办公楼以地面以下稳定的土壤地热为能源，以地源热泵作为空调系统的冷热源机组，能够循环使用。冬季热泵系统以大地中的热量为热源，对建筑供热，并使大地的温度降低，蓄存冷量；夏季热泵机组把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。在地源热泵系统中大地起到了蓄能的作用，利用深层土壤的恒定温度作为冷热源，大大降低了空调系统的全年能耗。在武汉地区土壤源热泵系统应用时，测试得出其热泵系统比常规的空调节能37%，节省运行成本30.2%左右。

2.2 屋顶绿化

屋顶绿化能够与地面绿化和墙体绿化一样调节微气候，当太阳照射到屋顶时，由于覆盖植被的存在，建筑物得热大大减少。武汉新能源办公楼实验室裙房屋顶采用屋顶绿化技术，不仅极大地提高了屋顶的保温性能，而且节约了空调用电量，同时又是员工工作之余亲近自然的场所。同时屋顶绿化对防水和荷载的要求比普通屋面高，需要在设计中作特别的处理。

2.3 自然通风及采光

自然通风较之于其他相对昂贵、复杂的生态技术，是一项比较成熟而廉价、朴素的技术措施，在武汉新能源办公楼的设计中，通过合理的建筑设计，自然通风在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度、带走潮湿气体，达到人体热舒适度，并提供新鲜、清洁的自然空气。缩短全年空调系统的运行时间，节省能耗21%。

合理的自然光利用方法是建筑无光环境和热环境整体质量的主要内容，争取区分天然采光建筑的技术，并在设计时综合考虑，以创造一个统一、完整的天然采光系统，武汉新能源办公楼内部空间设置中庭，自然采光可以从中庭顶部的天窗直接照射到室内，中庭侧壁形成漫射光，使得整个中庭犹如一个明亮的光庭，光庭周边的走廊和各使用空间的照明度大大提高。

2.4 外围护材料选择

通常外围护结构的节能控制都是通过增加围护结构材料的热阻、降低传热系数来改善其热工性能。高层建筑往往采用大面积的玻璃幕墙，热损失是个较为突出的问题。为了充足的采光需求和良好的景观视野，形成良好的外立面形式，在高层建筑中，外窗和幕墙应占房间总耗热的30%左右。

武汉新能源办公楼外立面主要由玻璃和铝板幕墙构成，办公楼层的外立面设计采用高绝缘隔热玻璃面板，立面在人的视线高度使用一块高能透明阳光反射玻璃，办公人员可以打开高透明的阳光反射玻璃来获得自然通风，从而减少能耗，增加空间的舒适度。

2.5 遮阳系统

遮阳系统包括两种类型：外遮阳和内遮阳。对于外遮阳来说，百叶在窗户外侧，把主要的太阳辐射热挡在了室外；而对于内遮阳来说，百叶虽然可以起到这样的效果，然而大部分的太阳辐射热已经进入室内，所以，在隔热性能方面，常采用外遮阳的立面形式。

武汉新能源办公楼实验室裙房的外立面采用了统一模数的外立面金属遮阳系统，在与内层门窗对应的位置，遮阳构件虽然阻挡了太阳直射光的照射，降低了由于辐射而造成的建筑热量的吸收，然而遮阳构件对太阳光线的反射作用产生的漫射光对建筑来说却是有利的，为了在遮阳和日光控制之间取得平衡，设计师设计出一种独特的遮阳形式，体现了一种不断进化的形体美。

3 结语

生态技术策略包括太阳能风能、屋顶绿化、地源热泵、自然采光通风等技术策略，应用于高层建筑设计之中，通过改善窗户及玻璃幕墙热工性能、选择有效的遮阳系统等策略来实现生态化。

武汉新能源项目立足于生态设计的新能源利用，融合先进的生态建筑技术，并通过空间与形象的表达，赋予建筑物丰富的生态信息，项目目前已完成施工，其主体建筑获得中国绿色建筑评估体系GB/T 50378—2006绿色建筑评价标准三星奖。

[1] [美]尼克·贝克.建筑节能设计手册——气候与建筑[M].黄梁斌，译.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] [德]弗拉格.托马斯·赫尔佐格：建筑+技术[M].李保峰，译.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 瓦尔特·科尔布，塔希洛·施瓦茨.屋顶绿化[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002.

Ecological countermeasures for design of high building

Wang Tianhui

(HuadongBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Shanghai200002,China)

Combining with Wuhan new energy office building engineering example, starting from aspects of solar energy, wind energy utilization, roof greening, natural ventilation lighting and external enclosure material selection, the paper describes ecological high-rise building design strategies, and finally points out that: ecological high-rise building design effectively realizes the integrity of ecological technology and architectural appearance, and meets sustainable development concept as well.

high-rise building, ecological design, roof greening, natural ventilation

1009-6825(2016)10-0021-02

2016-01-25

王天晖(1982- )，男，工程师，国家一级注册建筑师，国家注册规划师

TU201.5

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