办公建筑生态化设计策略研究

王 植

(东北大学艺术学院，辽宁 沈阳 110819)

随着社会的快速发展，人们对办公环境的要求不断提高，办公建筑已经从单一的生产空间逐渐转变为生活空间的一部分，办公环境生态质量的要求越来越受到人们的关注。办公建筑不仅要满足人们的办公需求，也要满足节能环保、可持续发展等新需求。生态化设计是指建立在生态学基础上减少自然环境破坏，达到可持续发展的设计方法。随着越来越多的人认识到自然环境和可持续发展的重要性，生态化设计理念愈发得到人们的认同和重视。办公建筑生态化设计是利用各种技术和设计手段寻求在保护环境的基础上追求更高品质的办公环境。办公建筑生态化设计要建立在生态化理念基础上，运用设计方法结合节能技术和科技手段，实现办公建筑的节能环保和可持续发展。

1 可再生能源与节能技术相结合

因为能源消耗巨大，办公建筑的节能是设计中要考虑的重要问题。办公建筑属于主要消耗电力的高能耗空间。电力是高品位的二次能源，主要通过煤等不可再生能源供应。在办公建筑的设计中，应考虑首先使用可再生能源，选用可再生材料。可再生能源是自然界中能够持续使用的能源，对于环境基本无害，取之不尽用之不竭。可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、地热能等。

应根据办公建筑的气候环境情况，选用适宜的可再生能源，就地开发利用。太阳能是非常适合办公建筑利用的可再生能源，既可以主动利用，也可以被动利用。例如，澳大利亚环保机构Stamp House位于国家公园的热带雨林。这一机构旨在打造一个充分利用周边热带雨林环境的生态建筑。建筑采用了一体化的悬挑设计，能够抵挡洪水冲击和飓风。建筑屋顶覆盖太阳能板，使用太阳能发电和沼气发电双系统供应电力，还采用计算机控制系统分配能源使用达到节能的目的。建筑还配有具备收集与回收雨水系统供应用水。风能对于具有良好风力资源的地区是非常好的清洁能源。在风力不够的气候条件下借助设计手段同样也可以利用风力资源供能。巴林世贸中心建筑位于巴林首都麦纳麦。当地临海的地理气候具有很好的海风资源为运用风能提供了天然条件。建筑整体模仿传统阿拉伯“风塔”形状。两座建筑由三座桥梁相连。每个桥梁上分别设置了一个直径29 m的水平轴风力发电涡轮机和配套发电机。虽然当地的海风风力不够，但设计师根据空气动力学原理将建筑设计成坡面流线型的三角大楼。这一建筑造型能够改变气流走向，将风速提高了20%。发电涡轮机叶片因此得到了足够的风力进行发电。该建筑的3台风力发电机每年为大楼提供120万kW的电力，这相当于当地300个家庭一年的用电量。巴林世贸中心也成为世界上首座可为自身持续提供可再生能源的超高层建筑。在拥有地热资源的地区，办公建筑应该优先考虑利用地热能作为能源供给。西班牙莫特里尔港口运营总部营建初始就决定建筑相关的所有设计决策都应该以降低能耗为目标。建筑充分利用当地的地热资源，采用了地热供能系统，使用地热泵辅助以高效的空调系统进行温度调节。建筑开创性的采用能量交换的惯性系统，建筑物内部环境产生的能量可以与地下能量进行交换，并切断与外部环境的能量交换。建筑双层表皮构造系统能够存储空调产生的能量，利用储热型材料使能量回流到内部环境的闭环。

玻璃幕墙是众多现代办公建筑外立面的选择。玻璃幕墙虚化了墙和窗的概念，将装饰功能与使用功能融合，改变了建筑墙体厚重、沉闷的外观感受。高透光性也使室内办公环境更加明亮，达到室内外空间融合的效果。但同时玻璃幕墙也意味着高能耗。据统计，作为建筑围护结构，玻璃幕墙的热损失是传统墙体热的5倍。玻璃幕墙造成的能耗达到整个建筑能耗的1/3，因此玻璃幕墙的节能是办公建筑降低能耗的重要部分。

办公建筑应选用具有节能技术的玻璃幕墙解决能耗问题。设计上优先选择节能材料，诸如节能玻璃和节能型材。由于玻璃换热性强，热透射率高，应选择透射短波可见光和反射长波辐射热，减少夏季空调负荷的同时又不至于降低采光效率。比如热反射镀膜玻璃，它利用镀膜能透过可见光，而把能够加热室温的远红外光反射到室外，尽可能地减少阳光的热辐射作用。而低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃能让80%的可见光进入室内，同时又能将90%以上的室内物体所辐射的长波保留在室内，具有高透明性的优点。薄膜型热反射材料贴膜玻璃具有高反射率、高透射率和选择性透光特性。中空玻璃是通过在两层平板玻璃中间设置间隔框架分隔，密封后充入干燥空气制成，具有隔音隔温的优点。这些新型节能玻璃材料通过玻璃处理技术可以减少阳光透过玻璃的直接辐射。

节能型材可以选择采用铝塑复合材料、断热桥型材等高热阻材料，虽然其隔热保温措施原理比较简单，但使玻璃幕墙结构的传热系数大幅降低。遮阳材料的朝向光面应选用浅色反光的颜色，能加强表面的反射，减少热量吸收；背光面应选用无反光暗色，达到避免眩光的作用。

2 自然通风和机械通风相结合

人们每天生活的大部分时间都在办公建筑中度过，办公建筑的环境质量是人们保持工作效率和工作热情的重要因素。现在人们越来越相信技术可以解决所有问题，办公建筑当然离不开技术的支持，但以工业技术与信息技术为代表的新技术却并非是解决一切问题的手段。只依靠于新技术并不能完全解决目前办公建筑存在的问题。

新鲜的空气是人类生存和健康的基础。近年来大多数办公建筑都是采用中央空调的全封闭结构。不能开窗通风是造成工作人员不满的第一原因。据调查，建筑内部空气污染水平是室外空气的5倍。如果空调排风系统维护不善，办公楼中由于人体、办公设备、家具产生气味和有害气体就很难排除，即使是环保建筑材料也会有少量的有害物质挥发，长时间积累也会带来不良影响，空气质量难以得到保证。良好的自然通风既可以减少能耗，又能保证工作人员的身心健康。因此在办公建筑的设计中，应采用自然通风和机械通风相结合的手段，主要考虑利用自然通风加强空气流通，达到降温换气和节约能源的目的。

通风问题在办公建筑功能布置阶段就应该开始考虑。空间划分上不要进深过大。在设计中，尽可能利用自然贯流通风、自然引导通风、烟囱效应以及蒸发冷却等空气流通原理进行构造设计，以此实现自然通风，可以有效改善舒适度，减少能源消耗。

自然贯流通风是指在特定环境或者建造过程中将开口安排在相对的或者相邻的墙面上，使得空气能够进入与流出。这个通风系统主要用于地处更高温度气候带的建筑，它可以时刻改变建筑内部的气流更新空气，并且还可以有效地降低内部的气温。以MK27工作室设计的别墅为例，他们将可以开放的窗户框架置入墙内，使得别墅位置相对的两面墙壁上出现了巨大的开口，实现了灌流通风，保持热平衡。自然引导通风是指通过热流的引导来传导空气的冷却。办公建筑设计中，开口设在接近地表的位置，冷空气得以进入室内，推动暖空气上升，通过烟囱效应来引发竖向通风，再通过屋顶、天窗、顶部开洞或者排风口排出位于屋顶棚上的开口排出室外。利用蒸发冷却原理在办公建筑开口位置前方布置水面，经过水面的气流带有湿度，从而保证了办公建筑新鲜空气的供应。

此外，还可以利用构造和装置来辅助自然通风。办公建筑内部设计的开口与屏障高度的不同可以影响通风的强度和速度，应根据通风的需求来调整空间划分。在设计墙面和隔断时可以在隔断下部开口和位于对侧墙面中部与顶部开窗，两者之间再设置隔断。通过中间的隔断来引导气流方向。同时采用合适的材料可以进一步促进通风的效果。比如用多孔砖替换实心砖。使用穿孔材料根据需求设计不同的开孔大小带来不同的穿透效果，实现空气流通，进而调节室内环境的温度。以推拉门替代单扇门，通过打开程度调整办公建筑的通风量。

3 自然光和人工照明相结合

阳光是人类健康的基本需求。自然光永远是人类最舒适的光源。采用自然光不仅帮助人们清醒，降低抑郁风险，避免重复使用人工光源还能节约能源。研究发现，良好的自然光条件会使得工作人员敏锐性和记忆测试表现比在人工照明工作的人强10%～25%。由于城市发展和效益需求，建筑间距缩小、空间朝向等因素造成很多办公空间自然采光不足。办公建筑往往布置大量照明设备，但人工照明所耗费的电力同样惊人，据调查至少会占到建筑总能耗的30%。长时间在办公室内工作的人们无法接触到阳光，对生理和心理都会产生不良影响。自然光照条件也是评测办公环境质量的重要指标。因此在空间布置和设计上应该优先考虑使用自然光，采用自然光和人工照明相结合。

自然采光首先依靠于良好的窗户设计。在引入自然光时要考虑光照角度和光照量，避免眩光的产生。窗户的大小、位置、朝向都会影响到办公空间的采光效果。应该在根据当地光照角度和通风需求的考虑后综合设计。其次避免阳光长时间直射办公家具、设备、电器，减少因此带来的损耗和危险。玻璃的选择也会直接影响自然采光，目前常用的镀膜玻璃能减少光照强度，但同时如果考虑不全面也可能导致室内的采光不足，因此玻璃的选用应该根据现场的实际情况审慎决定，这样才能实现采光要求和节能环保之间的平衡。选用恰当的遮光装置可以满足不同情况下人们对于自然光的需求。遮光装置既可以让自然光不能直射室内，也能够调整自然光射入角度和射入位置。

办公空间的人工照明应该因具体需求而定，根据不同办公区域的实际需要确定方案，不同的空间需要采取不同的照明方式。既不能光线不足，也不要照明过度，浪费能源。利用智能照明控制系统，实现自动按时按区照明，在确保灯具正常安全的工作下，减少照明眩光，使照明分布更加均匀，同时大幅度节省能源。例如，丹麦建筑中心总部的外墙通过上釉保证良好的视野，同时减少人工照明的使用。采用智能照明控制系统，人工照明和遮阳装置根据日光感应器来调节。Koning Eizenberg建筑事务所设计的独立住宅位于美国加州圣莫妮卡。他们在朝南的屋顶上布置光伏板，天窗和大面积玻璃结合减少了人工照明的使用，另外选用低能耗的智能LED照明系统实现建筑节能。在建筑西立面设计有巨大的可移动木板，实现光线的自主调节。

4 结语

随着我国经济和社会的快速发展，人们对办公环境的要求不断提高，过去只追求经济效益不注重生态环境影响的办公建筑已经不能满足可持续发展的时代需求。办公建筑生态化设计不只是为了满足人们的健康需求，提高人们的工作效率，也是为了保护自然环境和缓解日益严重的气候危机。办公建筑设计应基于生态化理念，结合当下先进的智能控制技术，使用节能技术和节能材料；因地制宜，尽可能利用可再生资源、减少能源消耗；采用绿色环保的设计方法，最终实现经济、社会与生态环境的持续协调发展。