里維斯節(jié)能中心的啟示

倪 明 李朝霞

隨著綠色節(jié)能意識(shí)的深入人心,世界各國(guó)的建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越多的向節(jié)能型、生態(tài)型靠攏。在LEED綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下,涌現(xiàn)出了大量零能耗的綠色建筑。美國(guó)的里維斯節(jié)能中心就是其中的佼佼者,被評(píng)為全球十大節(jié)能建筑之一。該建筑不論是節(jié)能技術(shù)、材料選擇,還是內(nèi)部環(huán)境、廢水處理、資源利用、建設(shè)費(fèi)用各個(gè)方面都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。它是各國(guó)致力于保護(hù)環(huán)境,建設(shè)綠色節(jié)能建筑的建筑師可學(xué)習(xí)、借鑒的優(yōu)秀作品,具有很高的參考、借鑒價(jià)值。

1 里維斯中心設(shè)計(jì)理念

美國(guó)里維斯節(jié)能中心是一個(gè)充分利用自然環(huán)境和多樣節(jié)能技術(shù)手段的零能耗建筑,如圖1所示。建筑基地北側(cè)是一片居住區(qū),南側(cè)是一片植被茂盛、生態(tài)環(huán)境良好的濕地。在這樣的基地環(huán)境下,由里維斯家族投資建設(shè)的這個(gè)研究中心,不但考慮了建筑與環(huán)境的融合及對(duì)歷史文脈的沿用,同時(shí)還考慮了建筑對(duì)外界環(huán)境的保護(hù)與利用及建筑自身自給自足的存在方法。

里維斯節(jié)能中心由兩個(gè)2層高的建筑組成,建筑面積1 263 m2。其功能空間由教室、多媒體廳堂、實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械室四大部分組成。該節(jié)能中心不但要滿(mǎn)足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求,同時(shí)還要滿(mǎn)足中心周邊社區(qū)及相關(guān)團(tuán)體在此召開(kāi)會(huì)議、講座、集會(huì)和聚餐等多種功能。因此,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)充分考慮了建筑功能與新型節(jié)能技術(shù)的結(jié)合。設(shè)計(jì)計(jì)劃從1996年開(kāi)始籌備,建筑在2000年竣工。2005年～2008年節(jié)能中心的各項(xiàng)節(jié)能設(shè)施正式投入使用。經(jīng)過(guò)近3年的實(shí)時(shí)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)節(jié)能中心的節(jié)能效果十分突出。目前該建筑的節(jié)能效果與普通建筑的節(jié)能效果對(duì)比(如圖2所示),該建筑能耗僅為普通建筑的54%。同時(shí)通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能的利用還能夠產(chǎn)生18%左右的能量以供消耗。

2 外部景觀環(huán)境節(jié)能做法

里維斯節(jié)能中心與我國(guó)節(jié)能建筑做法的主要區(qū)別在于是否充分保護(hù)和利用自然環(huán)境。里維斯節(jié)能中心的外部環(huán)境,包括大面積的草坪、果樹(shù)及水池。如何充分保護(hù)和利用外部自然環(huán)境,其做法是在外部景觀設(shè)計(jì)中更多的選擇人行道路系統(tǒng)和自行車(chē)行車(chē)系統(tǒng),而排除車(chē)行道路系統(tǒng)。這樣就能夠最大限度的減少機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)環(huán)境的破壞。同時(shí),對(duì)環(huán)境進(jìn)行充分利用,利用周?chē)麡?shù)、草坪、水池等對(duì)環(huán)境污水進(jìn)行循環(huán)再利用。在建筑周邊保留果樹(shù)、植被,一方面,保留原有物種作為環(huán)境景觀;另一方面,為建筑的使用者提供食品(如草莓等)。另外,建筑外部的雨水、生活污水可通過(guò)建筑外部具有過(guò)濾功能的水池、草坪和碎石小路進(jìn)行過(guò)濾,之后為建筑提供生活用水。其過(guò)濾過(guò)程如圖3所示。

3 建筑節(jié)能手段

1)電力供應(yīng)。通過(guò)對(duì)建筑所在區(qū)域的氣候條件進(jìn)行分析,里維斯節(jié)能中心確定通過(guò)太陽(yáng)能提供整個(gè)建筑使用的電力。該中心在建筑屋頂及停車(chē)場(chǎng)頂部建設(shè)了一個(gè)與城市電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能供電系統(tǒng),如圖4所示。系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是,在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的時(shí)期,為建筑自身提供運(yùn)轉(zhuǎn)的全部能量來(lái)源,同時(shí)將過(guò)剩的電能向區(qū)域電網(wǎng)輸出;而在天氣較差的情況下,絕大部分電力來(lái)自于自身的太陽(yáng)能供電系統(tǒng),少量電力來(lái)自城市電網(wǎng)。該建筑全年的能量供應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)如表1所示。可見(jiàn)通過(guò)該系統(tǒng)全年節(jié)約能源可達(dá)到計(jì)劃消耗能源的70%以上。

表1 節(jié)能中心節(jié)能比

2)污水處理。建筑中的污水處理主要是通過(guò)與城市污水系統(tǒng)相通的建筑內(nèi)部多個(gè)迷你生態(tài)系統(tǒng)——生態(tài)間完成,如圖5所示。建筑內(nèi)部的生活污水(淋浴及廚房用水)通過(guò)生態(tài)間內(nèi)部種植的大量植被之后,被分解和部分利用,產(chǎn)生大量的氧氣和清潔的中水,為建筑內(nèi)部提供良好的空氣來(lái)源和調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候環(huán)境。

3)采光措施。為了實(shí)現(xiàn)良好的采光,建筑布局上采用了東西軸向的布局。建筑內(nèi)部使用率高的房間南向開(kāi)窗。建筑內(nèi)部加大了建筑層高和開(kāi)窗的高度。建筑中部設(shè)置的采光大廳,并通過(guò)建筑內(nèi)部淺色的裝飾層,很好的提高內(nèi)部照度水平。同時(shí),使用了充有氦氣的三層Low-E玻璃窗,很好的解決了采光與保溫的矛盾。對(duì)于大尺度的空間內(nèi)部大量使用了玻璃隔墻,這樣能夠提高室內(nèi)空間的采光效果,形成了大空間內(nèi)部良好的光環(huán)境,如圖6所示。

4)通風(fēng)系統(tǒng)。建筑的通風(fēng)系統(tǒng),由布設(shè)在建筑多處的CO2自動(dòng)感應(yīng)器與門(mén)窗的自動(dòng)控制系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng),在室內(nèi)空氣環(huán)境下降的情況下自動(dòng)開(kāi)啟。同時(shí),建筑內(nèi)部也設(shè)計(jì)了方便手動(dòng)開(kāi)啟的門(mén)窗,可根據(jù)使用要求自行進(jìn)行通風(fēng)采光。

5)保溫措施。在這個(gè)大小空間相互穿插的復(fù)雜建筑中,建筑師考慮了建筑材料的特征對(duì)建筑節(jié)能的影響。這個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用了大面積磚墻:一方面延續(xù)了建筑的文脈;另一方面則起到了隔熱和保溫的作用。結(jié)合建筑的外層玻璃,形成了日光間,起到了調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用。建筑室內(nèi)大廳采用了傳統(tǒng)的水泥地面。水泥良好的蓄熱系數(shù)使地面起到了白天吸熱、晚間放熱的作用。對(duì)室內(nèi)溫度穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)起到了很好的作用。

6)節(jié)能材料選擇。該建筑的大量建筑材料來(lái)自于當(dāng)?shù)氐氖摹⒛静暮驮薪ㄖ鸪蟮慕ㄖ牧稀Ｆ渲?建筑墻體中的磚來(lái)自于其他教學(xué)樓拆除后廢棄的磚塊。而隔熱保溫砌塊則來(lái)自于粉碎后重新加工而成的建筑垃圾。建筑內(nèi)部各個(gè)教室的梁、屋頂及多功能廳堂的室內(nèi)修則全部都由木材制成。木材不但符合FSC環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),零甲醛排放,而且這些構(gòu)建都可以在被拆除后再次利用。另外,建筑室內(nèi)的座椅全部為木質(zhì),符合FSC環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)的地毯也來(lái)自于廢棄塑料的再加工,并且該地毯能夠在使用破損之后,進(jìn)行重新回收再翻新,可以循環(huán)使用。以上這些做法,一方面減少了自然環(huán)境的壓力,同時(shí)也為建筑室內(nèi)提供了健康的空氣環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

1)充分利用環(huán)境形成低成本的綠色建筑設(shè)計(jì)。既利用內(nèi)部、外部環(huán)境的營(yíng)造形成適合建筑存在的小氣候,并為建筑的污水處理、空氣凈化提供條件。2)高技術(shù)智能控制系統(tǒng)與低成本節(jié)能做法相結(jié)合。這種做法改變了零能耗建筑必是高技術(shù)、高投入建筑的傳統(tǒng)觀念。利用特朗伯墻、自然通風(fēng)、充分采光等傳統(tǒng)的建筑手法與節(jié)能控制系統(tǒng)、太陽(yáng)能技術(shù)等相結(jié)合形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的節(jié)能大系統(tǒng),共同完成建筑能耗的節(jié)約。3)通過(guò)廢棄材料的再利用,降低建筑成本。在我國(guó)和其他國(guó)家的零能耗建設(shè)的前期,建筑材料多使用非可再生材料,如鋼材。而對(duì)廢棄的工業(yè)材料和生活垃圾的利用的考慮則較少。4)對(duì)建筑材料、裝飾材料的生命周期的考慮。通過(guò)使建筑材料、裝飾材料的使用時(shí)間延長(zhǎng),能夠在很大程度上減少建筑垃圾和生活垃圾向自然界的排放。隨著預(yù)制裝配式建筑的不斷發(fā)展,相信越來(lái)越多的建筑材料會(huì)被二次利用或三次利用,從另一個(gè)側(cè)面形成建筑的生態(tài)節(jié)能技術(shù)。

[1] http://www.eere.energy.gov/buildings/highperformance/case-studies/overview.cfm ProjectID=5.

[2] Petersen J.Oberlin College Lewis Center for Environmental Studies[J].A Low-Energy Academic Building,2004(3):27-28.

[3] 丁沃沃.適用、堅(jiān)固與美觀——談學(xué)校建筑的設(shè)計(jì)與建造[J].建筑學(xué)報(bào),2004(8):67-69.

[4] 閻國(guó)忠.對(duì)建筑的審美解釋[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào),1991(5):61-63.