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談辦公建筑生態(tài)化設(shè)計策略

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談辦公建筑生態(tài)化設(shè)計策略

摘要:為了實現(xiàn)辦公建筑的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展,辦公建筑生態(tài)設(shè)計應(yīng)因地制宜使用可再生能源和節(jié)能技術(shù),采用以自然通風(fēng)為主、機械通風(fēng)為輔的通風(fēng)設(shè)計,盡可能利用自然采光、減少人工照明。

關(guān)鍵詞:辦公建筑,生態(tài)化,設(shè)計策略

隨著社會的快速發(fā)展,人們對辦公環(huán)境的要求不斷提高,辦公建筑已經(jīng)從單一的生產(chǎn)空間逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯羁臻g的一部分,辦公環(huán)境生態(tài)質(zhì)量的要求越來越受到人們的關(guān)注。辦公建筑不僅要滿足人們的辦公需求,也要滿足節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等新需求。生態(tài)化設(shè)計是指建立在生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上減少自然環(huán)境破壞,達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計方法。隨著越來越多的人認(rèn)識到自然環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的重要性,生態(tài)化設(shè)計理念愈發(fā)得到人們的認(rèn)同和重視。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計是利用各種技術(shù)和設(shè)計手段尋求在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上追求更高品質(zhì)的辦公環(huán)境。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計要建立在生態(tài)化理念基礎(chǔ)上,運用設(shè)計方法結(jié)合節(jié)能技術(shù)和科技手段,實現(xiàn)辦公建筑的節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

1可再生能源與節(jié)能技術(shù)相結(jié)合

因為能源消耗巨大,辦公建筑的節(jié)能是設(shè)計中要考慮的重要問題。辦公建筑屬于主要消耗電力的高能耗空間。電力是高品位的二次能源,主要通過煤等不可再生能源供應(yīng)。在辦公建筑的設(shè)計中,應(yīng)考慮首先使用可再生能源,選用可再生材料??稍偕茉词亲匀唤缰心軌虺掷m(xù)使用的能源,對于環(huán)境基本無害,取之不盡用之不竭??稍偕茉粗饕ㄌ柲?、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿?。?yīng)根據(jù)辦公建筑的氣候環(huán)境情況,選用適宜的可再生能源,就地開發(fā)利用。太陽能是非常適合辦公建筑利用的可再生能源,既可以主動利用,也可以被動利用。例如,澳大利亞環(huán)保機構(gòu)StampHouse位于國家公園的熱帶雨林。這一機構(gòu)旨在打造一個充分利用周邊熱帶雨林環(huán)境的生態(tài)建筑。建筑采用了一體化的懸挑設(shè)計,能夠抵擋洪水沖擊和颶風(fēng)。建筑屋頂覆蓋太陽能板,使用太陽能發(fā)電和沼氣發(fā)電雙系統(tǒng)供應(yīng)電力,還采用計算機控制系統(tǒng)分配能源使用達(dá)到節(jié)能的目的。建筑還配有具備收集與回收雨水系統(tǒng)供應(yīng)用水。風(fēng)能對于具有良好風(fēng)力資源的地區(qū)是非常好的清潔能源。在風(fēng)力不夠的氣候條件下借助設(shè)計手段同樣也可以利用風(fēng)力資源供能。巴林世貿(mào)中心建筑位于巴林首都麥納麥。當(dāng)?shù)嘏R海的地理氣候具有很好的海風(fēng)資源為運用風(fēng)能提供了天然條件。建筑整體模仿傳統(tǒng)阿拉伯“風(fēng)塔”形狀。兩座建筑由三座橋梁相連。每個橋梁上分別設(shè)置了一個直徑29m的水平軸風(fēng)力發(fā)電渦輪機和配套發(fā)電機。雖然當(dāng)?shù)氐暮oL(fēng)風(fēng)力不夠,但設(shè)計師根據(jù)空氣動力學(xué)原理將建筑設(shè)計成坡面流線型的三角大樓。這一建筑造型能夠改變氣流走向,將風(fēng)速提高了20%。發(fā)電渦輪機葉片因此得到了足夠的風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電。該建筑的3臺風(fēng)力發(fā)電機每年為大樓提供120萬kW的電力,這相當(dāng)于當(dāng)?shù)?00個家庭一年的用電量。巴林世貿(mào)中心也成為世界上首座可為自身持續(xù)提供可再生能源的超高層建筑。在擁有地?zé)豳Y源的地區(qū),辦公建筑應(yīng)該優(yōu)先考慮利用地?zé)崮茏鳛槟茉垂┙o。西班牙莫特里爾港口運營總部營建初始就決定建筑相關(guān)的所有設(shè)計決策都應(yīng)該以降低能耗為目標(biāo)。建筑充分利用當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源,采用了地?zé)峁┠芟到y(tǒng),使用地?zé)岜幂o助以高效的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。建筑開創(chuàng)性的采用能量交換的慣性系統(tǒng),建筑物內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生的能量可以與地下能量進(jìn)行交換,并切斷與外部環(huán)境的能量交換。建筑雙層表皮構(gòu)造系統(tǒng)能夠存儲空調(diào)產(chǎn)生的能量,利用儲熱型材料使能量回流到內(nèi)部環(huán)境的閉環(huán)。玻璃幕墻是眾多現(xiàn)代辦公建筑外立面的選擇。玻璃幕墻虛化了墻和窗的概念,將裝飾功能與使用功能融合,改變了建筑墻體厚重、沉悶的外觀感受。高透光性也使室內(nèi)辦公環(huán)境更加明亮,達(dá)到室內(nèi)外空間融合的效果。但同時玻璃幕墻也意味著高能耗。據(jù)統(tǒng)計,作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu),玻璃幕墻的熱損失是傳統(tǒng)墻體熱的5倍。玻璃幕墻造成的能耗達(dá)到整個建筑能耗的1/3,因此玻璃幕墻的節(jié)能是辦公建筑降低能耗的重要部分。辦公建筑應(yīng)選用具有節(jié)能技術(shù)的玻璃幕墻解決能耗問題。設(shè)計上優(yōu)先選擇節(jié)能材料,諸如節(jié)能玻璃和節(jié)能型材。由于玻璃換熱性強,熱透射率高,應(yīng)選擇透射短波可見光和反射長波輻射熱,減少夏季空調(diào)負(fù)荷的同時又不至于降低采光效率。比如熱反射鍍膜玻璃,它利用鍍膜能透過可見光,而把能夠加熱室溫的遠(yuǎn)紅外光反射到室外,盡可能地減少陽光的熱輻射作用。而低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃能讓80%的可見光進(jìn)入室內(nèi),同時又能將90%以上的室內(nèi)物體所輻射的長波保留在室內(nèi),具有高透明性的優(yōu)點。薄膜型熱反射材料貼膜玻璃具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。中空玻璃是通過在兩層平板玻璃中間設(shè)置間隔框架分隔,密封后充入干燥空氣制成,具有隔音隔溫的優(yōu)點。這些新型節(jié)能玻璃材料通過玻璃處理技術(shù)可以減少陽光透過玻璃的直接輻射。節(jié)能型材可以選擇采用鋁塑復(fù)合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料,雖然其隔熱保溫措施原理比較簡單,但使玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大幅降低。遮陽材料的朝向光面應(yīng)選用淺色反光的顏色,能加強表面的反射,減少熱量吸收;背光面應(yīng)選用無反光暗色,達(dá)到避免眩光的作用。

2自然通風(fēng)和機械通風(fēng)相結(jié)合

人們每天生活的大部分時間都在辦公建筑中度過,辦公建筑的環(huán)境質(zhì)量是人們保持工作效率和工作熱情的重要因素?,F(xiàn)在人們越來越相信技術(shù)可以解決所有問題,辦公建筑當(dāng)然離不開技術(shù)的支持,但以工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)為代表的新技術(shù)卻并非是解決一切問題的手段。只依靠于新技術(shù)并不能完全解決目前辦公建筑存在的問題。新鮮的空氣是人類生存和健康的基礎(chǔ)。近年來大多數(shù)辦公建筑都是采用中央空調(diào)的全封閉結(jié)構(gòu)。不能開窗通風(fēng)是造成工作人員不滿的第一原因。據(jù)調(diào)查,建筑內(nèi)部空氣污染水平是室外空氣的5倍。如果空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)不善,辦公樓中由于人體、辦公設(shè)備、家具產(chǎn)生氣味和有害氣體就很難排除,即使是環(huán)保建筑材料也會有少量的有害物質(zhì)揮發(fā),長時間積累也會帶來不良影響,空氣質(zhì)量難以得到保證。良好的自然通風(fēng)既可以減少能耗,又能保證工作人員的身心健康。因此在辦公建筑的設(shè)計中,應(yīng)采用自然通風(fēng)和機械通風(fēng)相結(jié)合的手段,主要考慮利用自然通風(fēng)加強空氣流通,達(dá)到降溫?fù)Q氣和節(jié)約能源的目的。通風(fēng)問題在辦公建筑功能布置階段就應(yīng)該開始考慮??臻g劃分上不要進(jìn)深過大。在設(shè)計中,盡可能利用自然貫流通風(fēng)、自然引導(dǎo)通風(fēng)、煙囪效應(yīng)以及蒸發(fā)冷卻等空氣流通原理進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計,以此實現(xiàn)自然通風(fēng),可以有效改善舒適度,減少能源消耗。自然貫流通風(fēng)是指在特定環(huán)境或者建造過程中將開口安排在相對的或者相鄰的墻面上,使得空氣能夠進(jìn)入與流出。這個通風(fēng)系統(tǒng)主要用于地處更高溫度氣候帶的建筑,它可以時刻改變建筑內(nèi)部的氣流更新空氣,并且還可以有效地降低內(nèi)部的氣溫。以MK27工作室設(shè)計的別墅為例,他們將可以開放的窗戶框架置入墻內(nèi),使得別墅位置相對的兩面墻壁上出現(xiàn)了巨大的開口,實現(xiàn)了灌流通風(fēng),保持熱平衡。自然引導(dǎo)通風(fēng)是指通過熱流的引導(dǎo)來傳導(dǎo)空氣的冷卻。辦公建筑設(shè)計中,開口設(shè)在接近地表的位置,冷空氣得以進(jìn)入室內(nèi),推動暖空氣上升,通過煙囪效應(yīng)來引發(fā)豎向通風(fēng),再通過屋頂、天窗、頂部開洞或者排風(fēng)口排出位于屋頂棚上的開口排出室外。利用蒸發(fā)冷卻原理在辦公建筑開口位置前方布置水面,經(jīng)過水面的氣流帶有濕度,從而保證了辦公建筑新鮮空氣的供應(yīng)。此外,還可以利用構(gòu)造和裝置來輔助自然通風(fēng)。辦公建筑內(nèi)部設(shè)計的開口與屏障高度的不同可以影響通風(fēng)的強度和速度,應(yīng)根據(jù)通風(fēng)的需求來調(diào)整空間劃分。在設(shè)計墻面和隔斷時可以在隔斷下部開口和位于對側(cè)墻面中部與頂部開窗,兩者之間再設(shè)置隔斷。通過中間的隔斷來引導(dǎo)氣流方向。同時采用合適的材料可以進(jìn)一步促進(jìn)通風(fēng)的效果。比如用多孔磚替換實心磚。使用穿孔材料根據(jù)需求設(shè)計不同的開孔大小帶來不同的穿透效果,實現(xiàn)空氣流通,進(jìn)而調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度。以推拉門替代單扇門,通過打開程度調(diào)整辦公建筑的通風(fēng)量。

3自然光和人工照明相結(jié)合

陽光是人類健康的基本需求。自然光永遠(yuǎn)是人類最舒適的光源。采用自然光不僅幫助人們清醒,降低抑郁風(fēng)險,避免重復(fù)使用人工光源還能節(jié)約能源。研究發(fā)現(xiàn),良好的自然光條件會使得工作人員敏銳性和記憶測試表現(xiàn)比在人工照明工作的人強10%~25%。由于城市發(fā)展和效益需求,建筑間距縮小、空間朝向等因素造成很多辦公空間自然采光不足。辦公建筑往往布置大量照明設(shè)備,但人工照明所耗費的電力同樣驚人,據(jù)調(diào)查至少會占到建筑總能耗的30%。長時間在辦公室內(nèi)工作的人們無法接觸到陽光,對生理和心理都會產(chǎn)生不良影響。自然光照條件也是評測辦公環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此在空間布置和設(shè)計上應(yīng)該優(yōu)先考慮使用自然光,采用自然光和人工照明相結(jié)合。自然采光首先依靠于良好的窗戶設(shè)計。在引入自然光時要考慮光照角度和光照量,避免眩光的產(chǎn)生。窗戶的大小、位置、朝向都會影響到辦公空間的采光效果。應(yīng)該在根據(jù)當(dāng)?shù)毓庹战嵌群屯L(fēng)需求的考慮后綜合設(shè)計。其次避免陽光長時間直射辦公家具、設(shè)備、電器,減少因此帶來的損耗和危險。玻璃的選擇也會直接影響自然采光,目前常用的鍍膜玻璃能減少光照強度,但同時如果考慮不全面也可能導(dǎo)致室內(nèi)的采光不足,因此玻璃的選用應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場的實際情況審慎決定,這樣才能實現(xiàn)采光要求和節(jié)能環(huán)保之間的平衡。選用恰當(dāng)?shù)恼诠庋b置可以滿足不同情況下人們對于自然光的需求。遮光裝置既可以讓自然光不能直射室內(nèi),也能夠調(diào)整自然光射入角度和射入位置。辦公空間的人工照明應(yīng)該 因具體需求而定,根據(jù)不同辦公區(qū)域的實際需要確定方案,不同的空間需要采取不同的照明方式。既不能光線不足,也不要照明過度,浪費能源。利用智能照明控制系統(tǒng),實現(xiàn)自動按時按區(qū)照明,在確保燈具正常安全的工作下,減少照明眩光,使照明分布更加均勻,同時大幅度節(jié)省能源。例如,丹麥建筑中心總部的外墻通過上釉保證良好的視野,同時減少人工照明的使用。采用智能照明控制系統(tǒng),人工照明和遮陽裝置根據(jù)日光感應(yīng)器來調(diào)節(jié)。KoningEizenberg建筑事務(wù)所設(shè)計的獨立住宅位于美國加州圣莫妮卡。他們在朝南的屋頂上布置光伏板,天窗和大面積玻璃結(jié)合減少了人工照明的使用,另外選用低能耗的智能LED照明系統(tǒng)實現(xiàn)建筑節(jié)能。在建筑西立面設(shè)計有巨大的可移動木板,實現(xiàn)光線的自主調(diào)節(jié)。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展,人們對辦公環(huán)境的要求不斷提高,過去只追求經(jīng)濟(jì)效益不注重生態(tài)環(huán)境影響的辦公建筑已經(jīng)不能滿足可持續(xù)發(fā)展的時代需求。辦公建筑生態(tài)化設(shè)計不只是為了滿足人們的健康需求,提高人們的工作效率,也是為了保護(hù)自然環(huán)境和緩解日益嚴(yán)重的氣候危機。辦公建筑設(shè)計應(yīng)基于生態(tài)化理念,結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)的智能控制技術(shù),使用節(jié)能技術(shù)和節(jié)能材料;因地制宜,盡可能利用可再生資源、減少能源消耗;采用綠色環(huán)保的設(shè)計方法,最終實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)環(huán)境的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1]汪任平.生態(tài)辦公建筑的活性建構(gòu)體系[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007.

作者:王植 單位:東北大學(xué)藝術(shù)學(xué)院