超高層建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)策略探討

1、<p>　　超高層建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)策略探討</p><p>　　摘 要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，超高層建筑在各大城市中隨處可見，超高層建筑有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在節(jié)約土地方面有不可代替的價(jià)值。但在設(shè)計(jì)中有很多弊端，比如破換居住環(huán)境。本文針對(duì)超高層建筑的氣候特征和節(jié)能現(xiàn)狀，從節(jié)能、綠色環(huán)保等方面做了細(xì)致說明，為以后的超高層建筑的設(shè)計(jì)做了借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:超高層建筑；建筑

2、節(jié)能；設(shè)計(jì)策略 </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 概述 </b></p><p>　　1972 年 8 月在美國賓夕法尼亞洲的伯利恒市召開的國際高層建筑會(huì)議上，專門討論并提出高層建筑的分類和定義。其中超高層建筑：40層以上（高度100米以上）。我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)

3、程》（JGJ3 － 2002）里規(guī)定：當(dāng)建筑高度超過 100m 時(shí)，稱為超高層建筑。隨著近年來資源短缺問題的出現(xiàn)，全球提出了可持續(xù)發(fā)展，而超高層建筑就環(huán)保節(jié)能方面來說是很浪費(fèi)的，隨之就出現(xiàn)了“生態(tài)節(jié)能型”建筑的概念，如氣候設(shè)計(jì)大師楊經(jīng)文貫徹“生物氣候大樓”思想，設(shè)計(jì)的馬來西亞吉隆坡梅納拉大廈體現(xiàn)了利用空中開放，空間連通建筑內(nèi)外，盡可能地拉近了人與自然的距離，較好地完成了室內(nèi)外空間的過渡與銜接，同時(shí)對(duì)形成良好的城市空間環(huán)境也是一種深化，“

4、生態(tài)節(jié)能型”成為超高層建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)新方向。 </p><p><b>　　2 氣候特征 </b></p><p>　　超高層與一般多層建筑相比，隨著高度的變化，相應(yīng)的氣候參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，高度超過100 米以上除太陽輻射可以認(rèn)為基本不變以外，其它的氣象參數(shù)都會(huì)發(fā)生很大的變化。根據(jù)氣象觀測(cè)資料構(gòu)建的典型氣象年數(shù)據(jù)中，地面風(fēng)速是取自地面高度 10 米處，如地面風(fēng)速為2

5、米／秒時(shí)，則在 100 米的高空風(fēng)速會(huì)依據(jù)指數(shù)規(guī)律提高到 3 米／秒，若高達(dá)400～500 米時(shí)風(fēng)速可達(dá)到 5 米／秒以上，溫度隨高度的變化也會(huì)有明顯的降低，通常會(huì)有每百米高度的溫度下降 0.6～1.0℃，僅這個(gè)變化足可以相當(dāng)于把建筑物移動(dòng)了一個(gè)2 級(jí)氣候區(qū)。而依據(jù)國內(nèi)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)能力來看，大多數(shù)設(shè)計(jì)單位所掌握的用以優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑能耗模擬軟件，都不能反映氣象參數(shù)沿高度的變化規(guī)律，也不能夠反映建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿高度變化的表面熱交換能

6、力的差別，這就勢(shì)必?zé)o法準(zhǔn)確地計(jì)算建筑物的能量消耗，更無從談及科學(xué)合理地設(shè)計(jì)建筑物制冷、空調(diào)、配電等一系列設(shè)備系統(tǒng)。 </p><p><b>　　3 節(jié)能現(xiàn)狀 </b></p><p><b>　?。?） 能耗大 </b></p><p>　　當(dāng)今世界上的建筑耗能占人類總耗能的50%以上,而高層建筑特別是超高層建筑的耗能又

7、是一般建筑的6～8倍。我國建筑耗能占全國總能量的25.6% ,不少方面處于高能耗、低效率的狀況。 </p><p>　?。?） 現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的局限性 </p><p>　　2 0 0 5 年《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)頒布之后，由于超高層的某些方面具有節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，比如體型系數(shù)是完全可以滿足各節(jié)能規(guī)范的要求，對(duì)于超高層建筑沒有太大的約束，武漢地區(qū)目前也還沒有自己針對(duì)公共建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，尤

8、其是超高層建筑，所以實(shí)施起來更為困難。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所能約束的節(jié)能技術(shù)也不能夠完全適用于超高層建筑，例如遮陽、通風(fēng)等技術(shù)的規(guī)定，對(duì)超高層建筑無法適用。另外建筑物全樓整體建模的能耗模擬評(píng)價(jià)方法，受目前能耗模擬工具的計(jì)算能力所限，超高層建筑中的計(jì)算對(duì)象規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了軟件的計(jì)算能力。所以，超高層建筑的節(jié)能技術(shù)方面的問題超過了規(guī)范的規(guī)定。對(duì)于當(dāng)前建筑節(jié)能50%的目標(biāo)，不符合國家長遠(yuǎn)發(fā)展要求。超高層建筑為重大工程，如果按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在投入使用后

9、的不遠(yuǎn)將來，必然會(huì)面臨國家節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)的提高而淪為不節(jié)能建筑。 </p><p><b>　　4 節(jié)能措施 </b></p><p>　　超高層建筑節(jié)能是個(gè)綜合性的課題，從建筑設(shè)計(jì)角度講，群體布局、單體設(shè)計(jì)、構(gòu)造處理都是節(jié)能的關(guān)鍵。以下根據(jù)超高層建筑的特點(diǎn)談?wù)劰?jié)能設(shè)計(jì)策略。 </p><p><b>　　（1 ）自然通風(fēng) </b

10、></p><p>　　武漢地區(qū)夏季濕熱，汗液不易揮發(fā)，容易感到悶熱，組織良好的自然通風(fēng)可以降低室內(nèi)溫度，帶走熱量達(dá)到人體舒適，從而減少空調(diào)使用，節(jié)約能源。高層住宅與多層和低層住宅相比受到的遮擋少，隨著層數(shù)增加風(fēng)速更大，利用自然通風(fēng)致涼具有先天的優(yōu)勢(shì)條件，因此如果達(dá)到 65% 的節(jié)能目標(biāo)，高層住宅自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的節(jié)能作用顯得十分重要 。 </p><p>　　a 建筑布局的設(shè)計(jì) <

11、;/p><p>　　建筑群的布局對(duì)自然通風(fēng)的影響效果很大，但考慮到超高層建筑大多為單體建筑，所以在布局上更多考慮單體建筑的設(shè)計(jì)問題。單體建筑中戶型的選擇與合理設(shè)計(jì)對(duì)超高層建筑的通風(fēng)影響甚大。對(duì)于單朝向戶型，或者進(jìn)深大、沒有南北貫通的廳，實(shí)現(xiàn)穿堂風(fēng)存在一定困難，可以通過對(duì)戶型等進(jìn)行局部調(diào)整，可起到一定的改善作用。但超高層建筑過高的風(fēng)壓會(huì)使建筑的門窗難于開啟,給建筑室內(nèi)的使用帶來不便,而且不利于冬季保溫。所以在超高層建筑

12、布局設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮，通過合理門窗開啟形式，具備一定的可調(diào)節(jié)性，可以加強(qiáng)不利條件下的通風(fēng)效果。 </p><p><b>　　b 形成豎井空間 </b></p><p>　　利用熱壓原理設(shè)置中庭來組織自然通風(fēng)，而太高的中庭空間則會(huì)形成過大的熱壓,如不能有效控制,則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流,甚至在底層進(jìn)氣口產(chǎn)生令人不安的嘯叫。在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計(jì)過程中,針對(duì)塔樓60層高度中

13、庭空間的自然通風(fēng)狀況,福斯特及其合作者將每 12 層作為一個(gè)獨(dú)立的單元，各自利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，取得良好的效果。 </p><p>　　c 玻璃幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu) </p><p>　　為了減少過高的風(fēng)壓和熱壓對(duì)高層建筑自然通風(fēng)的不利影響,1990年英恩霍文在波恩電話大樓的設(shè)計(jì)中發(fā)展了雙層玻璃幕墻,這一革命性的設(shè)想,在埃森RWE辦公大樓得以實(shí)現(xiàn)。幕墻內(nèi)外層玻璃間隔500mm,即形成可蓄熱的空腔

14、,提供了節(jié)能的可能性,又可以通過內(nèi)層可開啟的玻璃窗實(shí)現(xiàn)室內(nèi)各層間的自然通風(fēng)。由于外層的玻璃阻擋了高空的風(fēng)力,人們第一次可以在高層建筑中打開窗戶,讓室外的新鮮空氣流入室內(nèi)。這一新異的構(gòu)想使大樓基本上放棄了昂貴的機(jī)械空調(diào),使自然通風(fēng)率達(dá)到70% ,節(jié)能 30%。 </p><p><b>　?。? ）天然采光 </b></p><p>　　現(xiàn)代超高層寫字樓中的建筑照明所消

15、耗的電力占了總電力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所產(chǎn)生的熱量要小得多，可以減少調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境所消耗的能源。因此，采用天然采光解決照明是節(jié)能的有效途徑之一。 </p><p>　?。? ）綠色環(huán)保設(shè)計(jì) </p><p>　　超高層建筑節(jié)省了土地,不只是提高容積、增多建筑面積,更重要的是在滿足了一定容積的情況下,把節(jié)省下來的土地轉(zhuǎn)化為綠地,保護(hù)并培植對(duì)維持生態(tài)平衡起重要作用的

16、綠色植被。 </p><p>　　a 開辟垂直綠化：與高層建筑的用地面積相比,其外表面積是地面的 4～5 倍或更多,因此在外墻上開拓綠化,將對(duì)綠化環(huán)境的形成起很大作用。 </p><p>　　b 發(fā)展屋頂綠化：開拓綠化空間, 另一種辦法是發(fā)展占天不占土的屋頂綠化。在公共建筑群開辟屋頂花園潛力很大,應(yīng)進(jìn)一步提高屋頂花園的質(zhì)量,發(fā)展薄覆蓋型種植技術(shù)。 </p><p>

17、　　c 營造空中庭園：為了改善人遠(yuǎn)離自然,易導(dǎo)致空調(diào)綜合癥、生態(tài)環(huán)境差的缺點(diǎn),在高層建筑之內(nèi)營造空中庭園,這是近些年來國外某些高層建筑追求與探索的新課題。如諾曼?福斯特設(shè)計(jì)的法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈就引入生態(tài)的概念，是世界上第一座“生態(tài)型”超高層建筑。 </p><p>　　作為城市綠化的重要組成部分，國外近年來十分重視拓展高層底部的綠化空間，提出“生活要接近自然環(huán)境”的原則，在廣場(chǎng)，中庭等公共空間中盡可能布置綠

18、化空間，并通過建筑法規(guī)的制定和實(shí)施，控制高層區(qū)環(huán)境質(zhì)量。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　建筑節(jié)能是國家發(fā)展的基本國策之一，超高層建筑又是標(biāo)志性極強(qiáng)的建筑，研究超高層建筑的設(shè)計(jì)策略和節(jié)能技術(shù)措施，抓好超高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，將會(huì)帶動(dòng)建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)全社會(huì)建筑節(jié)能的技術(shù)進(jìn)步。 </p><p><

19、b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　?。? ］鄧元慶,薛明.可持續(xù)發(fā)展意識(shí)與高層建筑[J ].建筑科學(xué).2000.2 </p><p>　?。? ］郭飛,王時(shí)原.上海高層住宅自然通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究[J ] .建筑學(xué)報(bào).2008.11 </p><p>　　［3 ］高層建筑中的自然通風(fēng)問題. 中國綠色建筑網(wǎng).2010.5.13 </p&