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低碳绿色背景下超高层建筑发展的探索
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-09-09 16:37:28

       摘要:在节能、低碳的趋势下,建设绿色超高层建筑已成为一种必然趋势。然而,超高层建筑绿色生态技术的设计与应用与普通绿色建筑有较多不同之处。超高层建筑资源和能源消耗量一般比常规建筑要大,因此在建设和运营过程中更应加以绿色化引导。 

  关键词:绿色;超高层建筑;发展 

  中图分类号:TU972+.9 文献标识号:A 文章编号:2306-1499(2013)04-(页码)-页数 

  为应对全球气候变化、资源能源短缺、生态环境恶化的挑战,人类正在遵循碳循环的概念,以低碳为导向,发展循环经济、建设低碳生态城市、推广普及低碳绿色建筑。 

  1.低碳绿色建筑的界定 

  党的十七届五中全会和中央经济工作会议明确规定了“十二五”发展规划的框架与目标:建设资源节约型、环境友好型、保护环境为我国的基本国策。节约能源、降低室温气体排放强度、发展循环经济、推广低碳节能建筑技术、积极应对气候变化、促进经济发展与人口资源环境相协调的可持续发展道路。 

  在这样的背景下,对于建筑来说,在建筑的建造和使用过程中,需要消耗大量的自然资源,同时增加环境负荷。据统计,人类从自然界所获得的50%以上的物质原料用来建造各类建筑及其附属设备。这些建筑在建造和使用过程中又消耗了全球能量的50%左右;与建筑有关的空气污染、光污染、电磁污染等占环境总体污染的34%;建筑垃圾占人类活动产生垃圾总量的40%。这样的现实面前,不得不提出低碳、绿色的概念,并将这些元素渗透和引入建筑设计与建造中来。 

  绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。绿色建筑是将可持续发展理念引入建筑领域的结果,将成为未来建筑的主导趋势。 

  2.超高层建筑的特点与发展 

  2.1特点 

  超高层建筑实现了:集约化利用土地;显著提高工作和生活效率;实现资源高度共享,提高投资效益;带动相关学科发展,促进科技进步,推动解决经济发展。特点如下图1: 

  2.2发展史 

  60年代后期到70 年代中期,是美国高层建筑最辉煌的时期。1973年建成芝加哥艾莫科大厦,8O层336m,是芝加哥第二高楼。l974 年在芝加哥建成的西尔斯 110层,高 443m,在1966年马来西亚石油大厦(高450m)建成前的22年中,它一直是世界最高建筑。这个时期高层建筑技术的进步很大,高效率的高层建筑结构已经成熟,特别是钢筋混凝土结构技术取得很大发展。1976年在芝加哥建成的水塔广场大厦共74层,2层地下室,高度262m,是世界最高钢筋混凝土建筑,也是著名的综合体建筑。 

  截至2009年底,我国已建成的200米以上的超高层建筑约53栋。随着这3-4年的发展,这样的超高层建筑估计早已经超过100栋了。当下,高层建筑正处在新古典、新技派、生态观、解构主义等多元并存的发展时期。 

  3.绿色超高层建筑的体系构成 

  在建筑全生命周期内,比常规超高层建筑能耗显著降低、室内环境质量显著提高,对周围环境影响显著下降、高效稳定运行低碳和可持续性发展的超高层建筑。 

  绿色超高层建筑,主要包括从节能与能源利用、室内环境质量、节水、室外环境与可持续场址、节材、绿色施工和运营管理这七大体系。通过这七大技术体系,绿色超高层建筑能比普通超高层建筑更节能,改善了室内空气品质,缓解室外交通,节约市政用水量,整个过程中低碳排放,真正达到绿色建筑。 

  4.低碳绿色背景下超高层建筑的发展理念 

  2013年1月6日,国务院发布了《国务院办公厅关于转发发展改革委、住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》)提出"十二五"期间完成新建绿色建筑10亿平方米;到2015年末,20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求。同时还对"十二五"期间绿色建筑的方案、政策支持等予以明确。下面,来探讨一下绿色超高层建筑的发展方面的两个话题。 

  4.1绿色超高层建筑的外部造型设计上 

  超高层建筑的设计,不仅要考虑建筑本身的性能,不仅要反映其人文环境和历史环境,对其所在地区的气侯和自然条件也应该有一个更直接的反映。 

  在进行超高层建筑设计时,不能只单单重视建筑本身的立面造型的创造,而应以人的尺度为参考系数,充分考虑人观察视点、视距、视角,和高层建筑使用亲近度,从宏观的城市环境到微观的材料质感的设计都要创造良好的尺度感,把高层建筑的外部尺度分为五种主要尺度:城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度。(1)建筑与城市环境在尺度上的统一。注意超高层建筑布置对城市轮廓线的影响,因为在城市轮廓线的组织中,起最大作用的是建筑物,特别是高层建筑,因而它的布置应遵行有机统一的原则进行布置:1)高层建筑聚集在一起布置,可以形成城市的“冠”。也可以单栋高层建筑布置在道路转弯处,以丰富行人的视觉观赏。2)若超高层建筑彼此间毫无关系,随处随地而起不到向心的凝聚感,则不会产生令人满意的和谐整体。(2)同一高层建筑形象中,尺度要有序。超高层建筑设计时,应充分考虑建筑的城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度这一尺度的序列,在某一尺度设计中要遵守尺度的统一性,不能把几种尺度混淆使用,才能保证高层建筑物与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间及与人之间保持良好的有机统一。(3)超高层建筑形象在尺度上须有可识别性。超高层建筑物上要有一些局部形象尺度,能使人把握其整体大小,除此之外,也可用一些屋檐、台阶、柱子、楼梯等来表示建筑物的体量。任意放大或缩小这些习惯的认知尺度部件就会造成错觉,效果就不好。但有时往往要利用这种错觉来求得特殊的效果。 

  提倡工业主义建筑人文化设计理念,这是工业主义建筑设计理念的补充与完善,建筑形体在强调对材料和结构的率真表达的同时,也重视建筑的语义表达;不单单关注建筑本身的纯粹形式或理想的秩序,更强调建筑与周围环境和城市文脉的整合。   4.2绿色超高层建筑的节能方法及措施上 

  (1)优化建筑位置及朝向设计。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。(2)优化围护结构墙体设计。1)围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。2)超高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板),岩棉板等轻质保温材料。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5-13 %,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于超高层建筑围护结构保温,由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。 

  在超高层建筑中所采用的一些节能技术有很多特殊考虑。电梯系统是超高层建筑的核心技术之一。现在能看到这样的一些电梯系统,电梯在下降所产生的能量可以在电梯上升时使用。有些项目利用自身造型来节省结构方面的材料,使建筑在结构系统方面的效益更高。 

  在建筑外墙方面,可以利用光电板收集太阳能,既可以收集能量,也可以起到遮阳效果。根据项目具体的设计效果目标可以使用不同的产品,在光电板当中传统使用较厚的硬片,可能对使用位置有一些特殊要求,但现在有一种薄膜式的新产品,在建筑上应用面积比传统方式更大。 

  对于设计者和使用者来说,还有一些很小的事情是我们可以随时做到的,也能减少项目的能耗。比如灯光照明采用感应系统,还有对空调系统冷凝水的回收。决定在一个项目采用某一种建筑材料的时候,我们会把原材料的采集到生产的过程都做一个跟踪调研,确保材料自身的含碳量非常低,能够真正达到减碳的目标。 

  4.3绿色超高层建筑电气设计施工上 

  作为绿色超高层建筑,安全性必然是供电系统设计所需要格外注意的地方,其次是供电可靠性。建议: 

  (1)在配电系统的设计上,应考虑到多回路供电及备用发电机组的配置。因超高建筑的高度,变配电房设置在塔楼中部的楼层,可以减少低压配电的损耗。如某超高层中,由于备用柴油发电机需要设置于地库层,为了配电至塔楼的高层,供电电压采用了10千伏输出,再经变压器降压至低压配电。(2)在这样的超高层建筑的配电系统上,供电距离、电缆的长度、电缆大小的适当调整以及安装时的施工工艺也需要注意。由于国贸三期面积大、楼层多,自然会出现远距离供电的问题,考虑到这一点,后备电源采用了高压发电机来发电,从而解决了难题。(3)由于超高层建筑物会有一定的摇摆度,在上升主干线的设计上将以电缆连接铜母线槽配电,以减低超高层建筑物在摇摆时对铜母线槽接驳组件位置的拉扯压力,减少发生故障及维修的机会,也相对地增加了主干系统的寿命,在电气设备的空间安排方面也应做出适当调整。因为作为超高楼,它的楼层多,机电方面的设备自然也多,对于业主肯定是希望拥有尽可能多的使用空间,这样就会和电气设备所占用的空间形成一个矛盾,这也是很多高层建筑物都会碰到的一个问题。为了让业主获得的使用空间,在排布电缆和竖井方面花了很多的时间和心思,并且和业主、各个施工单位进行紧密的协调配合,尽量减少转换竖井和缩小竖井等所占用的空间,以便提供出的空间给业主使用。(4)在节能的问题上,除了降低电压以减少用电损耗外,在办公楼里,设计采用高效能的T5节能荧光管,它的特点是把电能转化为光能的效果比较好,比起以前那些T8、T10的荧光管,T5荧光管将在日后使用过程当中发挥更好的节能效应。另外,在水泵和空调风机马达方面,大多都采用变频控制设计,变频控制马达的特点是可以根据实际系统需求来调节马达的用电量,这样就可以避免以往普通马达长时间持续定量工作造成的不必要的用电浪费,从而达到节能的目的。(5)电梯的安置以及电梯的运行速度是一个引人关注的问题。超高层的电梯最快运行速度有的可达到每秒十米,人们可感受到瞬间上升或下降的美妙体验。不过也建议,在低层和高层的电梯转换安排方面,将30层设计成转换层,低层的电梯上升到30层时转换乘坐另一组电梯到达30层以上的高层区域。推荐应用高科技和人性化的电梯设计方案。如果大楼突然遭遇地震或者强风,大楼的电梯系统会自动停止运行,所有的电梯会立即自动回降到最近的一层,开门,以便里面的乘客跑出来逃生。(6)在弱电系统设计方面,当下超高层流行使用高清视频,配置可兼容播放高清视频节目的系统,以满足业主和客人的高端需求。 

  在项目实施过程中,也会遇到一些实际的困难和问题。例如某超高层大楼,由于施工工期紧,同时要配合其它设计单位的优化考虑,解决施工单位相互的协调问题等。值得一提的是,低层的商场具有很大的变化性,今天是一个大商铺,明天就可能变成了三个小商铺,或者变成了一个大的开放性场所,随着商铺自身的变化,它所需要的电气方面的功能也要随之变化,针对这个问题,设计方就需要反应迅速,在配电功能上做出相应的调整,以满足业主所需。黄先生介绍,在强电方面,主要利用母线槽来配合不同楼层租户里多变的用电负荷,做出灵活的调整,来解决这个难题。 

  在超高层电气方面和地震相关问题上,可以想象到当地震爆发后,对建筑物自身已是一个重大的灾难。所以,(1)应考虑供电系统不应再为建筑物带来的灾害,如爆炸、火灾等,即使在无可避免或预测的情况下,也应考虑不至引起大范围大面积损害。(2)系统本身的安全性和可靠性。由于超高楼的楼层高,面积大,电缆布经区域也很大。一旦发生地震时,大楼晃动,电缆也随之晃动,在这种情况下,要注意适当的电缆长度及固定方法,让电缆系统有一定的富余量,不至于造成损坏进而影响到供电系统。相对电缆而言,母线槽在高楼遭遇地震的时候出现损坏的几率就大的多。(3)一些电气设备的固定,如桥架方面,可考虑多使用弹簧支架,这样一旦出现地震情况,这些电气设备虽然会随着建筑物本身震动,但是因为用了弹簧支架,就会有一个缓冲过程,减少震动及松脱而引至下坠的机会,亦不至于造成严重的损坏,以致破环整个大楼的配电功能。 

  最后,值得一提的,是对于机房、竖井等的空间方面考虑得过于充分,设计出来的机房都占用了很大的空间,这在技术上本身没有什么问题,可确保供电系统有很好的安装及维修空间,但是在如今绿色超高层这样的项目中,业主会非常追求大楼的高使用率和美观效果,尤其是酒店、商场等高端场所,更需要比较宽敞和舒适的空间感,因此他们对机电方面的设计会要求做得非常精简,不希望占用过多的空间。现在越来越多国外的投资商来到中国内地投资大的项目,内地设计师在客户服务方面还可以有更大的进步空间。 

  5.结语 

  当下,在政府在积极鼓励超高层建筑项目开发和实施的同时,也应综合、全面的考虑施工过程中及建成后对环境、安全及其他潜在非稳定性因素的影响。探究超高层建筑风格的发展变化的深层原因,可以看到超高层建筑设计理念的更新、建筑科技的发展水平。因此,重视对超高层绿色建筑设计理念的探讨,进一步完善超高层建筑设计理念是推动低碳绿色背景下超高层建筑设计健康发展的有效途径和关键所在。 

  参考文献 

  1.毛志兵。高层与超高层建筑技术发展与研究[J],施工技术,2012年 第12期 

  2.田慧峰,等。绿色超高层建筑研究与探索——以武汉中心为例[J],建设科技,2011年22期 

  3.李宏军。绿色超高层建筑评价技术细则研究[J],建设科技,2012年06期 

  4. 《绿色建筑评价标准》GB 50378

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