商業銀行高層建筑中節能設計研究

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摘要：建筑產業作為全世界能源消耗的三大產業之一、可持續生態觀不斷發展、創新性的高層建筑節能設計已成為建筑發展的趨勢。研究建筑節能創新設計可以為探索生態建筑的發展提供現實依據。以現有的法蘭克福商業銀行的節能設計為依據，分析該項目在節能設計中技術與材料的研究與應用。

關鍵詞：節能設計；可持續發展；生態建筑；自然通風設計

1研究背景

18世紀工業革命的到來，帶給人們繁榮經濟的同時也帶來了日益惡化的生態環境。建筑占全球能源消耗的1/3，建筑節能問題需要得到廣泛關注。20世紀60年代，建筑師保羅提出了綠色可持續設計的建筑理念，這一理念指從建筑的起始生命周期到尾聲，節省能源資源，降低排放量，使生態環境達到和諧統一的狀態。因此建筑節能作為建筑產業的一個分支，應擔負起一部分責任，倡導高效、生態的建筑空間。科技不斷進步，高新技術不斷發展，為建筑節能發展提供了沃土。國外關于高層建筑節能的系統研究已經開展許久，且已有了廣泛的應用。在中國，節能減排已是一項基本國策，其中建筑的節能問題是政策實施的重要領域之一。目前中國建筑規模已經超過所有發達國家，然而與自然環境相差不多的發達國家相比，國內在建筑能源消耗上達到了其他國家的3倍左右。本文以法蘭克福商業銀行為例，探究高層建筑節能新方式，為今后研究項目提供案例分析與參考。

2法蘭克福商業銀行遮陽節能設計

建筑光環境問題是每一個超高層玻璃幕墻建筑所必須面對的問題，傳統的單面玻璃幕墻吸收太陽光線使溫度升高。采用固定擋板進行遮陽或者采用建筑內部百葉窗簾遮陽的形式，對太陽的變換角度適應性差，尤其是在夏季，這種遮陽效果反而使室內環境變得更加悶熱[1]。法蘭克福商業銀行在遮陽設計方面獨樹一幟，巧妙地將通風百葉與幕墻造型相結合。設計師將光伏組件用百葉的形式夾在雙層玻璃的中空部分，為保證光伏組件正常運轉，內層玻璃均貼上了熱反射鍍膜，因此使光伏組件不僅能擋住陽光的輻射，還能反射陽光帶來的熱量，使建筑室內的熱量降到最低，也能使室內的光線更加柔和，具有節能效果。根據實際測量數據顯示，在冬季低溫時，將雙層玻璃幕墻的遮板和擋板關閉，其遮陽百葉的吸熱量也達到了最大值，使整個建筑南面的溫度達到30℃以上，實現了真正的冬暖夏涼。采光屋頂也被應用在這個建筑上，這種屋頂主要是通過太陽能裝置對玻璃屋頂進行遮陽。此設計的原理是通過太陽能組件和裝置來對玻璃采光屋頂進行遮陽。既滿足建筑通透的外觀要求，還同時具有了觀景、采光以及美學幾種性能[2]。法蘭克福商業銀行在遮陽體系的設計上不僅僅應用到了光伏遮陽系統，還運用了太陽能遮陽系統。它一般運用于屋頂和幕墻上，為了減少太陽對這棟建筑產生的不利影響，在屋頂安裝了太陽能遮陽系統。在遮陽的同時還能利用太陽能的熱量制作一些沐浴間食堂等，其熱水系統可以通過太陽能來供給能量。遮陽的同時還可轉換能源供大廈使用[3]，如圖1所示。

3法蘭克福商業銀行呼吸式幕墻通風節能設計

玻璃幕墻作為一種建筑材料，有許多優點，如外觀晶瑩輕巧，具有現代氣息，但它也因為浪費能源，使用受到限制。如今玻璃幕墻已經改善了能源消耗大的弊病，諾曼·福斯特在法蘭克福商業銀行的設計中就采用了可呼吸生態玻璃幕墻。玻璃幕墻內層采用了LOW-E玻璃，外層采用單片鋼化玻璃，雙層玻璃幕墻采用不同的方式控制通風。為了加快通風速度，面積層采用了對角式通風模式，能夠有效組織氣流帶走中庭部分的熱量，同時引入新鮮空氣，實現自然通風。夏天，內層的LOW-E玻璃吸收阻擋太陽的輻射熱量，中空部分的熱氣流被帶走，辦公空間內的冷氣可以循環進入中空部分，形成一道空氣屏障，阻擋熱氣流進入辦公空間內部。冬天，雙層玻璃幕墻具有保溫效果，由辦公空間吸入的熱氣流也阻擋了室外冷氣流的侵襲。因此，在這樣的環境中不管是酷熱的夏天，還是寒冷的冬天，在建筑物的邊角處活動或辦公都不會感覺有明顯的溫差，同時，中空部分的空氣循環系統以低風速低能耗運行，避免了噪音和強風對人體的影響，最大限度營造了安靜舒適的辦公環境[4]，如圖2所示。

4法蘭克福商業銀行空中花園自然通風設計

面對全球氣候變暖、生態環境惡化等挑戰，可持續設計已經成為當今建筑師討論的熱門話題。現代建筑阻隔了人們與自然的聯系，而綠色建筑的理念為人們解決了這一問題。諾曼·福斯特設計的法蘭克服商業銀行將大自然引入到了高層建筑中，解決了高層建筑的生態問題和自然通風的問題。諾曼·福斯特將建筑分成4個組，每組12層。每層的空中花園占據了1個三角形的長邊，另外2個長邊就是辦公空間。1組有4層樓高。每隔4層就轉到了另一邊，每隔12層就轉一圈，空中花園圍繞著中庭盤旋。由于空中花園位于不同的標高，空氣中的密度與溫度不同，室內外的壓力梯度也不同，通風就產生了“煙囪效應”，如圖3所示。如果在構筑物的下方開一個小口，室外的空氣就會從小口進入，室內的空氣就會從小口上方排出，形成熱壓效果，空中花園就充當了這個進出風口，進口吸入了室外的新鮮氣流，出口則排出室內的渾濁氣流，形成了自然通風。空中花園不僅減少了建筑設備的能耗，還保證了建筑在全年大部分時間都能有良好的通風環境。同時，空中花園種植的這些綠色植物也有效改善了室內的環境與氣候，為了能夠帶來令人感到愉快和舒適的自然景觀，空中花園根據大廈所處的方位和朝向種植了不同的植物。南面花園種植了地中海特有的柑橘樹，西面種植了北美洲的楓樹、杉樹等，東面則種植了亞洲竹子。這些植物不僅給正在辦公的人們帶來令人心情愉悅的自然景觀，同時還充分吸收與分解了室內的污染空氣，再配合中庭的拔風效應，不僅可以有效實現自然通風，還能使陽光撒入建筑內部。正是將空中花園的植物與雙層玻璃結合使用，給這座建筑取得了一系列美譽，它們就像肺一樣呼吸，被稱為“生態倉”。冬季和夏季通風示意圖分別如圖4、圖5所示。

5結語

有一位建筑師這樣評論當今建筑的發展：建筑的創新設計，已經不再局限于空間，人們開始關注到建筑的材料、技術，所能帶來的生態特性。是的，在建筑的整個生命周期內，節約資源能源、保護環境已是當今世界的流行趨勢。法蘭克福商業銀行的節能設計擴展了人們對生態建筑的理解，其在建筑遮陽、通風及能源的利用上為中國在高層建筑可持續節能設計方面提供了實際借鑒與參考。在全球化、可持續發展的大浪潮中，建筑的創作也要順應時代的發展，建筑節能也是人們要不斷研究探索的技術，也是人類對自然和自身不可推卸的責任。

參考文獻：

［1］薛志峰.公共建筑節能［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［2］侯鑫，王絢.“當代高技”建筑［J］.新建筑，2004（2）：18-23.

［3］汪潔.論綠色建筑設計與綠色節能建筑［J］.建材與裝飾，2008（4）：266.

［4］王飛.綠色節能技術在大型公共建筑玻璃幕墻中的應用［D］.天津：天津大學，2007.

作者:范蓓 郝夢馨 單位:武漢工程大學藝術設計學院