超高層建筑節(jié)能的設計策略探討

1、超高層建筑節(jié)能的設計策略探討超高層建筑節(jié)能的設計策略探討 摘 要:隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，超高層建筑在各大城市中隨處可見，超高層建筑有其獨特的優(yōu)勢，在節(jié)約土地方面有不行代替的價值。但在設計中有許多弊端，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)保等方面做了細致說明，為以后的超高層建筑的設計做了借鑒。 關鍵詞:超高層建筑；建筑節(jié)能；設計策略 中圖分類號： TU 文獻標識碼： 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)構技術規(guī)程（JGJ3 2002）里規(guī)定：當建筑高度超過 100m 時，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，如氣候設計大師楊經(jīng)文貫徹“生物氣候大樓”思想，設計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”成為超高層建筑設計的一個新方向。 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)氣象觀測資料構建的典型氣象年數(shù)據(jù)中，地面風速是取自地面高度 10 米處，如地面風速為2 米秒時，則在 100 米的高空風速會依據(jù)指數(shù)規(guī)律提高到 3 米秒，若高達400500 米時風速可達到 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，僅這個改變足可以相當于把建筑物移動了一個2 級氣候區(qū)。而依據(jù)國內(nèi)建筑節(jié)能的設計實力來看，大多數(shù)設計單位所駕馭的用以優(yōu)化建筑圍護結(jié)構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結(jié)構沿高度改變的表面熱交換實力的差別，

4、這就勢必無法精確地計算建筑物的能量消耗，更無從談及科學合理地設計建筑物制冷、空調(diào)、配電等一系列設備系統(tǒng)。 3 節(jié)能現(xiàn)狀 （1） 能耗大 當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)能標準的局限性 2 0 0 5 年公共建筑節(jié)能設計標準標準頒布之后，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)能設計標準，尤其是超高層建筑，所以實施起來更為困難。建筑

5、節(jié)能設計標準所能約束的節(jié)能技術也不能夠完全適用于超高層建筑，例如遮陽、通風等技術的規(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方法，受目前能耗模擬工具的計算實力所限，超高層建筑中的計算對象規(guī)模遠遠超出了軟件的計算實力。所以，超高層建筑的節(jié)能技術方面的問題超過了規(guī)范的規(guī)定。對于當前建筑節(jié)能50%的目標，不符合國家長遠發(fā)展要求。超高層建筑為重大工程，假如依據(jù)這個標準，在投入運用后的不遠將來，必定會面臨國家節(jié)能規(guī)劃目標的提高而淪為不節(jié)能建筑。 4 節(jié)能措施 超高層建筑節(jié)能是個綜合性的課題，從建筑設計角度講，群體布局、單體設計、構造處理都是節(jié)能的關鍵。以下依據(jù)超高層建筑的特點談談節(jié)

6、能設計策略。 （1 ）自然通風 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可以降低室內(nèi)溫度，帶走熱量達到人體舒適，從而削減空調(diào)運用，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)增加風速更大，利用自然通風致涼具有先天的優(yōu)勢條件，因此假如達到 65% 的節(jié)能目標，高層住宅自然通風設計的節(jié)能作用顯得非常重要 。 a 建筑布局的設計 建筑群的布局對自然通風的影響效果很大，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計問題。單體建筑中戶型的選擇和合理設計對超高層建筑的通風影響甚大。對于單朝向戶型，或者進深大、沒有南北貫穿的廳，實現(xiàn)穿堂風存在肯定

7、困難，可以通過對戶型等進行局部調(diào)整，可起到肯定的改善作用。但超高層建筑過高的風壓會使建筑的門窗難于開啟,給建筑室內(nèi)的運用帶來不便,而且不利于冬季保溫。所以在超高層建筑布局設計中應綜合考慮，通過合理門窗開啟形式，具備肯定的可調(diào)整性，可以加強不利條件下的通風效果。 b 形成豎井空間 利用熱壓原理設置中庭來組織自然通風，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,甚至在底層進氣口產(chǎn)生令人擔心的嘯叫。在法蘭克福商業(yè)銀行的設計過程中,針對塔樓60層高度中庭空間的自然通風狀況,福斯特及其合作者將每 12 層作為一個獨立的單元，各自利用熱壓實現(xiàn)自然通風，取得良好的效果。 c 玻璃

8、幕墻圍護結(jié)構 為了削減過高的風壓和熱壓對高層建筑自然通風的不利影響,1990年英恩霍文在波恩電話大樓的設計中發(fā)展了雙層玻璃幕墻,這一革命性的設想,在埃森RWE辦公大樓得以實現(xiàn)。幕墻內(nèi)外層玻璃間隔500mm,即形成可蓄熱的空腔,供應了節(jié)能的可能性,又可以通過內(nèi)層可開啟的玻璃窗實現(xiàn)室內(nèi)各層間的自然通風。由于外層的玻璃阻擋了高空的風力,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)。這一新異的構想使大樓基本上放棄了昂貴的機械空調(diào),使自然通風率達到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)保設計 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,應進一步提高屋頂花園的質(zhì)量,發(fā)展薄覆蓋型種植技術。 c 營造空中庭

10、園：為了改善人遠離自然,易導致空調(diào)綜合癥、生態(tài)環(huán)境差的缺點,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?福斯特設計的法蘭克福商業(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，超高層建筑又是標記性極強的建筑，探討超高層建筑的設計策略和節(jié)能技術措施，抓好超高層建筑的節(jié)能設計，將會帶動建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，促進全社會建筑節(jié)能的技術進步。 參考文獻 1 鄧元慶,薛明.可持