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文檔簡介
1、超高層建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)策略探討超高層建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)策略探討 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,在節(jié)約土地方面有不行代替的價(jià)值。但在設(shè)計(jì)中有許多弊端,比如破換居住環(huán)境。本文針對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。 關(guān)鍵詞:超高層建筑;建筑節(jié)能;設(shè)計(jì)策略 中圖分類號: TU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1 概述 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議上,特地探討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
2、筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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)能方面來說是很奢侈的,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,盡可能地拉近了人和自然的距離,較好地完成了室內(nèi)外空間的過渡和連接,同時(shí)對形成良好的城市空間環(huán)境也是一種深化,“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。 2 氣候特征 超高層和一般多層建筑相比,隨著高度的改變,相應(yīng)的氣候參數(shù)也會發(fā)生改變,高度超過100 米
3、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)都會發(fā)生很大的改變。依據(jù)氣象觀測資料構(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 米秒時(shí),則在 100 米的高空風(fēng)速會依據(jù)指數(shù)規(guī)律提高到 3 米秒,若高達(dá)400500 米時(shí)風(fēng)速可達(dá)到 5 米秒以上,溫度隨高度的改變也會有明顯的降低,通常會有每百米高度的溫度下降 0.61.0,僅這個(gè)改變足可以相當(dāng)于把建筑物移動了一個(gè)2 級氣候區(qū)。而依據(jù)國內(nèi)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)實(shí)力來看,大多數(shù)設(shè)計(jì)單位所駕馭的用以優(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)沿高度的改變規(guī)律,也不能夠反映建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿高度改變的表面熱交換實(shí)力的差別,
4、這就勢必?zé)o法精確地計(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)。 3 節(jié)能現(xiàn)狀 (1) 能耗大 當(dāng)今世界上的建筑耗能占人類總耗能的50%以上,而高層建筑特殊是超高層建筑的耗能又是一般建筑的68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。 (2) 現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的局限性 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,比如體型系數(shù)是完全可以滿意各節(jié)能規(guī)范的要求,對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公共建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),尤其是超高層建筑,所以實(shí)施起來更為困難。建筑
5、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價(jià)方法,受目前能耗模擬工具的計(jì)算實(shí)力所限,超高層建筑中的計(jì)算對象規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了軟件的計(jì)算實(shí)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,假如依據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),在投入運(yùn)用后的不遠(yuǎn)將來,必定會面臨國家節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)的提高而淪為不節(jié)能建筑。 4 節(jié)能措施 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。以下依據(jù)超高層建筑的特點(diǎn)談?wù)劰?jié)
6、能設(shè)計(jì)策略。 (1 )自然通風(fēng) 武漢地區(qū)夏季濕熱,汗液不易揮發(fā),簡單感到悶熱,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,從而削減空調(diào)運(yùn)用,節(jié)約能源。高層住宅和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)勢條件,因此假如達(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)能作用顯得非常重要 。 a 建筑布局的設(shè)計(jì) 建筑群的布局對自然通風(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和合理設(shè)計(jì)對超高層建筑的通風(fēng)影響甚大。對于單朝向戶型,或者進(jìn)深大、沒有南北貫穿的廳,實(shí)現(xiàn)穿堂風(fēng)存在肯定
7、困難,可以通過對戶型等進(jìn)行局部調(diào)整,可起到肯定的改善作用。但超高層建筑過高的風(fēng)壓會使建筑的門窗難于開啟,給建筑室內(nèi)的運(yùn)用帶來不便,而且不利于冬季保溫。所以在超高層建筑布局設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮,通過合理門窗開啟形式,具備肯定的可調(diào)整性,可以加強(qiáng)不利條件下的通風(fēng)效果。 b 形成豎井空間 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形成過大的熱壓,如不能有效限制,則會產(chǎn)生劇烈的紊流,甚至在底層進(jìn)氣口產(chǎn)生令人擔(dān)心的嘯叫。在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計(jì)過程中,針對塔樓60層高度中庭空間的自然通風(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。 c 玻璃
8、幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu) 為了削減過高的風(fēng)壓和熱壓對高層建筑自然通風(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,供應(yīng)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,讓室外的簇新空氣流入室內(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%。 (2 )自然采光 現(xiàn)代超高層寫字樓中的建筑照明所消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
9、所產(chǎn)生的熱量要小得多,可以削減調(diào)整室內(nèi)熱環(huán)境所消耗的能源。因此,采納自然采光解決照明是節(jié)能的有效途徑之一。 (3 )綠色環(huán)保設(shè)計(jì) 超高層建筑節(jié)約了土地,不只是提高容積、增多建筑面積,更重要的是在滿意了肯定容積的狀況下,把節(jié)約下來的土地轉(zhuǎn)化為綠地,愛護(hù)并培植對維持生態(tài)平衡起重要作用的綠色植被。 a 開拓垂直綠化:和高層建筑的用地面積相比,其外表面積是地面的 45 倍或更多,因此在外墻上開拓綠化,將對綠化環(huán)境的形成起很大作用。 b 發(fā)展屋頂綠化:開拓綠化空間, 另一種方法是發(fā)展占天不占土的屋頂綠化。在公共建筑群開拓屋頂花園潛力很大,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)。 c 營造空中庭
10、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和探究的新課題。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。 作為城市綠化的重要組成部分,國外近年來非常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,中庭等公共空間中盡可能布置綠化空間,并通過建筑法規(guī)的制定和實(shí)施,限制高層區(qū)環(huán)境質(zhì)量。 5 結(jié)語 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)記性極強(qiáng)的建筑,探討超高層建筑的設(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),將會帶動建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)全社會建筑節(jié)能的技術(shù)進(jìn)步。 參考文獻(xiàn) 1 鄧元慶,薛明.可持
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