节能视角审视高层建筑设计

鉴于大家对理学论文十分关注，我们编辑小组在此为大家搜集整理了“节能视角审视高层建筑设计”一文，供大家参考学习

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色 GDP 的问题，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变［1］。在“低碳经济”提出背景下，“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳城市”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。高层建筑作为城市中耗能最高的建筑个体，在“低碳”及“节能”的设计手法上具有广阔的发展空间［1］。

1 广州珠江大厦概述

现代高层建筑常常被视为一个城市财富和地位的象征，虽然各国之间最高大厦的竞争一直没有停止过，但现在又加进了新的内容———挑战最节能大厦。珠江大厦作为全球首个零能耗的超高层，尽管 2010 年才是它完整现身广州的时间，但其可持续发展的独特的设计思想已经引起了全世界非常多人的关注。71 层的珠江大厦代表了未来超高层企业总部建设的趋势，这是一座标志性的高效建筑物，设计过程与环境实现了高度的和谐，产生的能源与其能耗基本持平。与 SOM 其他那些深刻影响当代的建筑成就相比，这座大厦更具令人感动之处( 图1) ． 这是因为在不如人意的中国房地产中，我们面对的现状是: 建造和使用建筑所消耗的能源占社会总能耗的46%． 对于中国这个能耗大、资源相对缺乏的国家而言，节能及可持续发展的思想显得尤为迫切与重要。实现完全零耗能的珠江大厦并不是建筑师或地产商哗众取宠的项目，而是真正成为了中国节能战略的一个重要环节，更多人将欣赏到它在降低建筑能耗、发展绿色建筑方面的里程碑意义。本文将针对珠江大厦的节能设计理念进行解析，希望为今后更多的绿色界节能高层建筑提供参考。

2 造型艺术与节能创作的有效结合

从建筑形式直至选址，这座 309 米高塔楼设计的各个方面都对风能和太阳能进行了充分利用。大厦的独特的曲线型外观是在考虑了广州本地的天气和复杂且严谨的风能系统的基础上形成的。大厦的朝向与形态完全契合广州本地四季的主要风向，当建筑物与风向形成最佳角度时，不仅能确保风力涡轮系统获得最多的风能，也能减轻风力对建筑结构的负面影响( 见图 2) ．

通过两层高的天桥相连接，且其下部可通车，缓解了高层四周的交通压力。裙房有三层并在底层架空形成开放式，不仅对底层人形成开阔的视野，也有利于通风。裙房的屋面与天桥的屋面均做了屋顶绿化( 图 4) ，保护了屋顶维护结构，也有利于保温隔热，进一步减少屋顶的能源的损耗。

3 能源利用分析

根据净消耗能源为零的模型，珠江大厦的设计大大地减少了建筑对城市基础设施的依赖。大厦的设计将最大程度地利用周围的能源，大厦的整体形式是基于海绵理论，即吸收和利用周围的能源，而不是使其流失。大厦将利用太阳的辐射和风能，减少对人工能源的依赖。实际上，这也是风力涡轮机第一次真正被安装到建筑体上。珠江大厦尽可能使用自然光照、减少空调区域的阳光吸收、回收雨水以及利用太阳能提供热水等措施都降低了能耗。堆叠的通风口、反射性板材降温、沉箱热槽等设备用来降低建筑的温度。电流则由立面上的太阳能收集器来产生( 见图 5) ．

3． 1 珠江大厦中太阳能的利用

利用太阳能是这栋大厦降低能耗的一个重要方面，它也是大众非常熟悉的一种获取能量的途径，都市生活里到处可见。而珠江大厦的建筑表面是一种更为优化的设计，大部分的双幕墙中设置了内部遮光装置接收光电池的能源，即收集太阳辐射再转化为能量。同时，这样的表面覆盖也实现了最大限度利用自然光，在室内采光方面有着非常显著的节能作用。在大厦内部形态多样的节能设计中，还不得不说优于空气冷却效果的水冷却系统，冷水管被设置在天花板的部位，这对降低层高、增加使用面积也产生直接影响。

3． 2 珠江大厦中风能的利用

珠江大厦中最吸引眼球的节能技术则是首次被实际使用的风力涡轮机( Wind Tubines) 系统。人们都很清楚，在超高层建筑规划中，设计师必须非常小心地应对风力对于建筑物的影响。珠江大厦的建筑结构中设以风力涡轮机系统正是极为安全地利用了风力，掌控到如何捕捉风、并为大厦提供高效能源。这种节能创新设计是在建筑体上设置多个风力涡轮机开口，这种的独特建筑造型可将风引至设备层的一对开口处，确保风将从开口进入大厦的管道系统、被提速近三倍，然后被转换为能量，分别用于办公大楼内部的热能、通风、除湿和温度调节等方面的能量需求。另外，那些流通过后的空气还有任务，它们将负责加热沿途经过的上层地面，当然，路线是被精心设计过的。这些建筑体上的开口使风穿越大厦而过，避免了直接对外墙施压，减轻了结构负载。这种设计缓解了迎风面承受的压力，并减小了建筑物背面破坏性的负压。这对开口还减少了风力对建筑表面的压力，建筑相对面上可能造成破坏的压力也因此而减轻，建筑会更加稳固更加舒适。

3． 3 珠江大厦中的其他技术

珠江大厦的每一个设计特点都是创新想法的体现。其建筑室内由流经天花板内金属板的冷冻水进行冷却，代替流经管道的空气冷却。由于水比空气制冷更有效率，采用这种方式将极大降低能源消耗，并允许层高从常规的 4． 2 m 降低到 3． 9 m，在同样高度限制的条件下这样就增加了 150000 平方英尺的面积。通过这样的方式极大节约了设备的数量和尺寸。此外，雨水将被收集起来，用于大厦的取暖、通风和空调系统，而大厦结构则通过竖管通风、辐射楼板降温和沉井热换的方式散热( 见图 6) ．

4 可持续理念的体现

当前节能、对环境友好的可持续设计已然成为建筑设计的潮流。在目前所有设计的建筑中，SOM将推广可持续性建筑视为己任，把各种节能环保技术融入设计。“社会责任是建筑设计师的第一要义”。建筑师 Silas Chiow 强调，作为专业人士，SOM 的建筑师不应仅仅停留于建筑设计以满足功能化需求的层面，更重要的是怀揣社会责任感，关注当地、所在国甚至整个地球的生态环境，并凭借自己的专业知识和理念回馈社会。目前中国正面临城市化高速发展，每年有 20 亿 m2新建筑建成，建筑过程和使用消耗的能源正与日俱增。可持续发展不应该仅作为一种口号，而更应该是一种实际行动。在珠江大厦中所包含的可持续理念。不仅仅考虑建筑本身是否环保、可持续发展，还关注诸如材料的生产运输给社会和环境带来的能耗。比如珠江大厦要考虑选择一种建材，南京和广州都有生产厂商。在同等质量，同样能满足需求的前提下，SOM 会采用来自广州的产品。因为必须还把建筑材料在运输过程中产生的资源消耗考虑在内。珠江大厦的节能设计成为改善建筑周边的环境、提升建筑本身的价值典范，推动建筑的可持续发展。面对各界对于在珠江大厦中所使用的可持续建筑成本的关注，在 Silas Chiow 看来，任何新技术、新产品在推广之初鉴于前期研发投入、生产规模的原因，价格都会比较高，但可持续技术是今后建筑的发展方向。随着建筑可持续技术、设备产品的推广、普及，尤其在中国政府的推动下，可持续技术将日趋平民化。正如在珠江大厦中首次使用的风力涡轮机( Wind Tubines) 系统及其它高技一样，虽然现阶段看其成本相当的昂贵，但是由于这些技术与设计的可持续性会使建筑在未来的建筑领域占有得天独厚的优势，那就是节约能源，其零能耗的设计与实施将成为为当今及未来高层建筑中的典范［2，4］。

5 结语

中国是世界上最大的建筑市场之一，也是世界上碳排放量最多的国家之一。中国社会科学院2009 年 6 月在北京发布的《城市蓝皮书》指出: 中国城市发展报告( NO． 2) 》指出，在全球气候变化的大背景下，发展低碳经济正在成为各级部门决策者的共识。节能减排，促进低碳经济发展，既是救治全球气候变暖的关键性方案，也是践行科学发展观的重要手段。由此可以推断建筑节能应该是未来高层建筑发展的主要方向，珠江大厦的设计为我们提供了一个优秀的示范，值得大家学习和借鉴，另包括建筑风能、太阳能在内的众多可持续建筑技术和设备不断引入，低碳建筑的建造具有漫长的发展道路，建筑师以低碳、节能为核心设计观才能够设计出优秀的高层建筑作品，推动中国的建筑走向可持续发展之路。