超高层建筑中的绿色节能技术与设计

王宏宇，李笑，秦志远

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

改革开放以来我国城市化的发展逐渐加快，高层建筑和超高层建筑的建筑垂直高度显著提高。针对此类建筑，住房和城乡建设部参照现行GB50378-2006《绿色建筑评价标准》[1]，对超高层建筑设计、施工和运营情况进行调查研究制定并颁布了《绿色超高层建筑评价技术规程》（建[2012]76 号），遵循绿色建筑评价标准评价体系的六大类，根据超高层建筑的特点进行了调整[2]。

2 室外环境的设计

2.1 光污染的控制

超高层的建筑物外墙防护一般是采用大面积的玻璃幕墙，玻璃幕墙材质较为轻质，对可见光有着极高的反射率，所以光污染是超高层建筑对周边环境最大的一个影响，在设计的过程中需要针对光的因素设计优化方案，减少光对周围环境的不利影响。

超高层建筑在设计之初，通过分析可见光在幕墙上的反射，可以避免一定时间内反射光的过度集中，特别是如何避免对周边居民区或敏感区的影响。建筑几何朝向的选择将直接影响玻璃幕墙的反射角。因此，在方案选择过程中，需要考虑如何使反射光的方向偏离城市的主要街道和行人视线。

幕墙的细节（如图1 所示的平滑、交错等）会在很大程度上决定着光的反射方向以及对光的吸收之后再反射造成的光污染情况，以昆明西山万达幕墙分析为实例结果表明，与光滑结构相比，交错结构使光污染强度明显降低。最后选择交错式幕墙结构。

2.2 室外风环境的控制

与传统的方形建筑形式相比，许多超高层建筑通常是采用流线型构造，相比传统构造除了创新之外，最主要的目的是降低空气流动的阻力。在降低风荷载的情况下，还能最大限度的将建筑物与自然融合，使建筑物对周围风环境的不利影响降低到最低。

在建筑主体更加光滑、转角位置更加平顺外，还需要在建筑物部分楼层增加风道，使建筑物尽量融入自然，减少风荷载和对周围环境的影响。

2.3 立体绿化

从目前来看，超高层建筑大多采用立体绿化与空中庭院相结合的形式。例如，工行总部是由于其绿化方式越来越高，外部环境不适合植物生长的超高层建筑最可行的立体绿化方式。

图1 幕墙构造方式

3 节能与能量再利用

3.1 遮阳系统

太阳是能量的起源，超高层建筑物在日常使用的过程中因为玻璃幕墙的原因，导致光和热能量大面积的进入建筑物内，造成超高层建筑物的冷负荷高于普通建筑物。所以如何有效的阻挡阳关的进入，是通过遮阳系统有目的地不同程度地阻挡进入室内的光和热能量，从而降低建筑的制冷能耗。

遮阳系统的形式和材料多种多样，主要有水平和垂直两种，最常见的材料是金属板或百叶窗，遮阳系统也可以与光伏太阳能板组合，在遮挡阳光的同时获得太阳能。

3.2 风能的利用

风能是一种重要的可再生能源。高度越高，风的阻力就越小。所以超高层建筑对风能最主要的利用方式就是进行风力发电。

3.3 太阳能的利用

超高层建筑物在太阳能的利用上面具有绝对的优势，有大面积的太阳辐射面积，只需要将光伏太阳能电池板转化为建筑电能，太阳能就能得到很好的利用。

3.4 自然采光

超高层建筑通常具有较大的埋深，因此如何将自然光引入，降低因照明引起的能耗，已成为超高层建筑节能亟待解决的问题[5]。一般来说，幕墙的透光面积和不透明面积需要保持一定的比例，才能使太阳辐射热增量最小，增加自然采光。

但是，两者之间的关系并非是相反的，遮阳系统是讨论如何减少总热量，尽量防止室内出现的串光这与阳光直射关系更为密切。自然采光是针对如何更多的引进室内，它与漫射光密切相关。

4 节材、节水等方面的设计

4.1 材料的选择和回收再利用

超高层建筑物的体量巨大，所以存在各种不利于结构稳定性的因素，导致超高层建筑总消耗量和评估消耗量的增加。另一方面，超高层建筑大多位于城市核心，同时超高层的建设大多数是在旧建筑拆除的基础上，要考虑使用再生材料进行施工。从使用寿命来看，它减少了新材料生产过程中的资源消耗和能源消耗。所以，材料的可再生的选择符合可持续原则的绿色施工技术。如何减少超高层建筑生产建设过程中材料、能源的消耗，或者使用绿色可再生的材料有利于城市的可持续发展。

4.2 冷凝水及中水回收

超高层建筑通常进深较深，针对室内内部空气质量不佳的情况，超高层建筑物普遍对制冷有很大的需求，特别是平均温度较高的城市（比如重庆，武汉等），无论采用什么类型的制冷方式，对空调系统的压力都会较大，比较容易带来大量的冷凝水降低热量。在湿热地区，甚至需要特殊的空气除湿技术[6]。超高层建筑物如何循环利用大型集中除湿系统生产的冷凝水，是超高层建筑物节能、节水的关键。

再生水是指从茶水间、洗手池等处排放的洗涤水，其污染含量低，处理工艺简单，不同于生活污水处理。超高层建筑再生水资源丰富，需水量多。这些地方的洗涤水简单处理之后可形成循环利用系统[4]。例如，酒店或公寓与办公室相结合，有利于将酒店或公寓的洗浴废水用于办公室冲洗。此外，再生水还可用于绿化灌溉和冷却塔补水。最后，与其他建筑和设施一样，超高层建筑应利用用于雨水收集和循环使用。

在达到节约用水的前提下，超高层建筑与其他建筑和设施相比较，雨水收集能够最大的程度蓄积雨水落下来的势能[3]。超高层建筑物巨大的立面面积非常便于雨水收集装置的安装及使用，使收集到的雨水有更多的利用途径。

5 结语

超高层建筑可持续发展的关键在于绿色设计和循环利用技术的结合运用。超高层建筑在施工过程中及运营使用过程需要耗费大量人力、物力、财力及相应的资源，才能最终形成一个具有使用功能的超高层。但是从另一个角度来看，超高层建筑物能够节约大量的土地，很好的缓解目前愈益增加的人口与土地使用之间的矛盾，缓解了交通压力，同时从长期来看能够减少对环境的污染和影响。超高层建筑物的形成和持续发展的关键在于绿色设计和循环利用技术的结合，其意义在于人类与大自然协调的探索，在不对自然环境造成太大影响的前提下，提高城市建筑的效率，使其可持续发展。