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田慧峰:绿色超高层建筑设计要点及案例剖析
日期:2013-7-16

作者:田慧峰 来源:能源世界

   在清华大学举办的“中国绿色建筑产业专家论坛”中, 中国建科院上海分院绿色建筑与生态城研究中心副主任、建筑节能研究发展中心技术总监田慧峰做了关于《绿色超高层建筑设计要点及案例剖析》 的主题报告。

  中国建科院上海分院绿色建筑与生态城研究中心副主任、建筑节能研究发展中心技术总监田慧峰

  田慧峰首先阐述了超高层建筑的特点,说明其对能源、资源的消耗非常大,它完全符合我们绿色建筑的本质——节能、节地、节水、节材,所以我国的很多超高层也应加入了绿色建筑的队伍。同时田慧峰也表明了自己的观点:超高层建筑存在着很多的问题,特别是在绿色和可持续发展方面,而这些问题可以通过技术来解决,如果解决它真正的优势就得到了更大的提升。另外田慧峰总结了超高层建筑其实面临最大的问题:

1、高能耗和室内环境恶劣是超高层建筑面临的两大挑战。

2、通过技术手段可以解决超高层建筑的主要问题。

3、围护结构设计需同时解决通风、采光和遮阳问题。

4、从围护结构、冷热源、输配系统、照明、设备等方面入手对能源系统进行优化整合。

5、解决垂直运输问题,垂直运输问题是广义的,包括水送出去、热送出去,包括电梯、物资都是超高层建筑和常规建筑不同的地方,所以我们在设计过程中就要解决这个问题,针对性的考虑垂直运输带来的问题。

6、通过监测系统全面掌握资源消耗和室内环境质量,这个需要我们很完善的监测系统去掌握,因为它比较复杂,我们没办法通过人工的方式监测。

7、超高层建筑必须是智能化的建筑,作为这么大体量的建筑不是智能化是没办法建筑的。

主题内容:

  田慧峰:各位同行下午好!超高层建筑有一些数据,首先看看世界十大超高层建筑,包括最高的800多米高的迪拜塔,现在从世界排名前十的摩天大楼可以看到中国发展在世界范围内很好的影响,上海环球金融中心、上海金茂大厦等也正表明了经济发展和超高层建筑的关系。

  我们国家的超高层是从80年代开始,到2012年已经有了非常大幅度的发展,这是我国现在超高层建筑,可以看到包括正在建造的上海中心大厦,已经超过环球中心还要高,包括深圳等等都有一些非常高的建筑在建造。我们也统计了一下,现在500-600米的建筑已经在建造,大概在300米以下的就更多了。

  我们统计了一下超高层作为体量非常大的建筑,它的特点对能源、资源的消耗非常大,所以超高层建筑应该设计成绿色建筑,因为它完成符合我们绿色建筑的本质,节能、节地、节水、节材,所以我们国家的很多超高层也加入了绿色建筑。目前已经评的一星、二星、三星的超高层的数量,通过这张表可以看到现在已经达到国家绿色建筑的认证项目有9个,正在申请的17个,已经拿到LEED认证的心目有14个,注册认证和于认证的项目有80个。

  这里我想和大家说一下,超高层既然这么高,到底有哪些和常规性不同的地方?超过300米的高度带来的质的变化,而且使用率会降低。从层面增加15%-25%。室内环境的影响,通常特别高的建筑,上面的开窗是会受影响的,通风的降低导致室内环境自然会很差,在超高层一些办公的公司会有影响,封闭式还有一个更大的坏处,因为我们完全需要用人工的手段来降低室内空气的通风。

  安全性,最大的例子是9·11,我们在管理方面也非常复杂,在有些方面像绿色建筑能够比较快速。在其他方面通常超高层建筑会跨过五年的周期,通常说五年作为经济波动期,普遍对整个开发商的有很大影响,所以超高层建筑和常规建筑有很多必然的因素。但是它也很多好处,最大的好处是节约土地,而且我们可以把各种业态融合在一起,这种业态会提升我们生活的效率,而这种效率的提升会促进经济的发展,所以超高层建筑在这方面是很大的好处。我们到底说超高层建筑是好还是坏?我们也很难给出明确的结论,但是我们国家有很多专家早已看到,不仅仅是技术、经济的发展,可能更多是人的一种精神追求。所以现在我们就更加迷茫是好、是坏,我们把不利和有利因素放在一起进行比较,资源消耗增加、交通压力等等的要求,如果我们可以通过一些好的技术手段把这些问题适当进行解决,这样我们就完全可以超高层建筑是一个非常好的发展趋势。

  总之,通过前面这些简单的总结,我想说一个观点,超高层建筑存在着很多的问题,特别是在绿色和可持续发展,而这些问题可以通过技术来解决,如果解决它真正的优势就得到了更大的提升。

  记下来我希望通过两个实例来分享绿色超高层建筑中的问题:

  案例1:武汉中心,这个已经项目已经拿了LEED绿色认证,今年是三星认证,总使用面积是25万平方米,总的面积是34万平方米。项目定位是5A级商务综合体。标志性建筑,百年建筑的打造与超高层城市地标。

  因为这个项目涉及的绿色技术方方面面非常多,今天不具体介绍了,我稍微把里面的要点介绍一下,包括交通组织、围护结构、冷热结构。红色区域是武汉,是非常好的一块开发,红线区域由泛微集团进行开发,这是一个大型的人工湖,人工湖觉得不太绿色,实际上武汉有一句话,天府之城。人工湖最好的地方就是市政府的一个重点项目。

  交通组织,它还在一些商业,或者是综合体傍边去吃饭、晚上出来的时候大家开车出来非常困难,特别堵,也在人流相对集中的地方的一个弊端。但是这个项目我们有考虑到这个问题,在交通规划上做了一点调整,大家知道旁边这个地块都是开发的,每个建筑下面都有停车场,我们把武汉中心的停车场下面再建一个廊,把不同楼宇的地下停车场联起来,这样你的出口增加的就会使整个交通得到环节。

  围护结构:对于超高层建筑来说,它的整个造型、整个结构的成败围护影响非常大,其实对于节能来说,成败不在围护结构。对超高层来说就是幕墙,我们对比了很多种方案,外墙当量传热系数1.8W/m2·K,我们同时考虑到通风、采光和遮阳的问题,在热项增加了一个铝板,这样从里面打开,这些既解决的安全问题,也解决的通风的问题。幕墙在安装现场做了40多个1:1的模型,通过测试达到了比较理想的效果。

  冷热源,大家都知道,能耗最大的非空调莫属,空调能耗大,消耗的最大部分就是冷热源,冷热源起到的能源搬运工的作用,以怎样的方式更节能呢?我们前期做的多种方案,最终确定这种方案更好,为了让酒店能够独立运作,通常酒店有这样的要求,在最后增加的一个冷热源供上面的观光客,在地下室、办公楼和公寓的交界处增加了一个换热器,上面通过换热来进行输送,总体来说通过计算分析从管理角度、能耗角度实现了节能。

  地源热泵,刚才提到这个地方是很好的地源热泵的应用机制,换热很容易满足。但是这个项目太大,我们群房很多装机,随着装机往下拉也能适当的解决一些需求的问题。

  这个心目采用了水蓄冷系统,为了水蓄冷当初这个项目拿到了武汉市的资助,末端空调能耗最高,对于这么大的项目很复杂,对这么大、这么复杂的项目,我们可以详细去分析一下,我们选择了四种方式,包括舒适度、室内空气品质、系统灵活性、投资、节能效果、噪音、敌台空间的要求,等等,最终并不是哪一种我们就去用,而是根据不同的需求去设计。包括办公室用的酒店和公寓,包括商务空间。

  照明,用自然光来影响照明,通过一个传感器来感应自然光来调整照明的亮度从而达到节能的效果。我们在这个项目有大量的办公楼宇,所有桌边的照明区全部是自然光的照明,让它能够自动的关闭或者是暗从而达到节能。

  其他方面,包括余热利用,这个项目有人居住有大量的热水需求,空调的利用有大量的热,我们就利用了这个采用了余热方式来供应热水,这个热水温度并不能提高到洗澡的问题,可以通过其他的方式来进行提高。我去调研京广大厦,另外各种空调都是用传统的手调的,没有电子,其中有一次他们就发现一个问题,他们有一个月的水费比上个月多了好多,后来发现了问题解决了就好,这种问题如果再出现还是同样的,完全可以通过技术监测来有效的解决这些问题,因为这些楼宇都是盖好动辄是三四十万,这种情况下通过传统方式来解决是很难的。

  中水系统,超高层建筑有一个特点,它有一个重点,上面的水要流下来,我们利用上面有高档的公寓酒店,流到下面简单处理之后就可以用到下面的商业和办公的租售,这样会很节省,这样是一个利用了超高层建筑的优势方式,绿色建筑的各种优势正是如此。雨水就不过多介绍了。

  主体结构方案。

  遮阳刚才提到幕墙遮阳可以做一个智能遮阳。

  同时在办公内部都进行了内遮阳,内遮阳可以解决更多的遮阳问题,把内遮阳也和照明结合起来,前面提到自然光的结合。

  BMS管理系统,整个采用分布式的集散,有很多的子系统组合起来,每个子系统之间和中央处理系统进行交互,它自己本身这个子系统就可以单独运行,但是中间又有集成性的进行连接,这也是在楼宇配置方面非常先进的系统。包括空调系统的水系统,包括回水流量、水压;通风系统风机的运行状态等等,这里面有一套冷热源的系统,京广大厦也有一套冷热源管理系统。前面德国的老师也提到改建,我相信以后会面临很多的超高层,现在没有按照绿色建筑造,以后也会面临改造的问题,还不如开始就建成绿色建筑。

  案例2:广州的财富中心,这个项目是309米,已经拿到了绿色建筑三星级认证。这个项目的特点非常多,在三百多米高的地方仍然可以把屋顶绿化做的非常好。这是他用的一些本地的植物。

  太阳能热水,本身广州这个地方太阳能资源比较好,但是超高层屋顶有限做了小部分,大概做了生活用水的40%。

  非传统水源利用,虽然现在也提到中水利用,但是现实项目运行过程中利用中水系统寥寥无几,现在产品的发展、产业的发展有关系。

  这些具体的流程这里就不详细介绍了,因为在湿度高的地方,北方没有什么影响,在上海、广州、深圳夏天空调的冷水是很多的,可以把这个水收集起来放进非传统水源进行利用。

  幕墙通风器,因为我们最开始一直想解决他的通风问题,做了一些努力,首先在中心侧做了一侧中心幕墙窗户可以打开,但是这个成本非常高,也没办法实施。所以我们采用了幕墙通风器,但是幕墙通风器有一个缺点,密闭性时间久了会不好,所以我们现在做了一个尝试,在14层以下用了幕墙通风器,我们也希望为国内引这方面的一些数据,可以进行推广。因为有些地方没办法开窗,其实这样一个很简单的东西,因为这个东西假设开空调的时候每个房间能自动打开,因为开窗新风进来空调就承受不了,处理率就不够了,整栋楼的空调就会出现问题。

  建筑结构优化这里就不详细介绍了。

  可调节外遮阳,主要在东西侧用了呼吸幕墙。

  空气质量监控系统,主要是通过两方面:一个是在办公区区域监测二氧化硫浓度,在地下室监测二氧化硫浓度。这是一些监测点。

  总结一下,超高层建筑其实面临最大的问题:

  1、高能耗和室内环境恶劣是超高层建筑面临的两大挑战。

  2、通过技术手段可以解决超高层建筑的主要问题。

  3、围护结构设计需同时解决通风、采光和遮阳问题。

  4、从围护结构、冷热源、输配系统、照明、设备等方面入手对能源系统进行优化整合。

  5、解决垂直运输问题,垂直运输问题是广义的,包括水送出去、热送出去,包括电梯、物资都是超高层建筑和常规建筑不同的地方,所以我们在设计过程中就要解决这个问题,针对性的考虑垂直运输带来的问题。

  6、通过监测系统全面掌握资源消耗和室内环境质量,这个需要我们很完善的监测系统去掌握,因为它比较复杂,我们没办法通过人工的方式监测。

  7、超高层建筑必须是智能化的建筑,作为这么大体量的建筑不是智能化是没办法建筑的。

  我的介绍就到这儿。

(CABR绿色建筑与生态城研究中心:专业绿色建筑咨询、顾问)
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