高层公共建筑的生态设计方法

2022-09-11

高层建筑作为一种非历史传承的建筑形式, 缺少其他建筑形式常有的地域性特征, 也没有悠久的文化传统沉淀下来的痕迹。在建筑的外部, 高层林立造成的相互遮挡、玻璃幕墙, 空调散热造成的热岛效应给城市生活、交通、环境、气候造成了很不利的影响。同时, 在高层建筑内部, 一般采用全封闭的空调设备, 消耗了大量的能源, 这一切与人们为了追求美好的生活空间而建造高层公共建筑, 以及与当今世界可持续发展的理念严重相悖。因此对高层建筑生态策略的研究比其它类型建筑的研究更有现实意义。

1 高层公共建筑自身环境的生态设计

1.1 雨水利用的设计

雨水利用系统在大众媒介的宣传下, 已越来越多地受到人们的关注。凡是有雨水的地方都可以进行雨水利用, 不受规模、技术的限制, 投资少, 对环境影响负作用也小。但相对于发达国家大规模的城市雨水资源利用, 我国真正意义上的城市雨水资源研究与利用起步较晚。

一直以来, 在城镇中雨水向来作为废水排入下水道中。雨水存在着不容易控制流量, 较难收集等特点, 同时受降雨时空分布影响, 用水保证率较低, 水质受雨水收集过程和手段影响较大。高层建筑生态雨水利用的生态设计的主要途径:

(1) 高层公共建筑屋顶花园雨水蓄存和利用系统。高层公共建筑屋顶花园雨水利用系统可削减城市暴雨径流量, 减少屋面径流系数, 削减了雨水流失量。此外, 为了保证高层公共建筑屋顶花园下水道的通畅, 可以通过增加防水和排水措施。

(2) 高层公共建筑屋面雨水积蓄利用系统。高层建筑屋面雨水积蓄利用系统以瓦质量面和水泥混凝土屋面为主, 最佳屋顶材料为金属、黏土和混凝土材料, 注意不能采用含铅成份的材料[1]。有时, 高层公共建筑屋面积蓄利用还设有渗透系统, 同时相连贮水池溢流管, 雨量较多时, 可渗透部分雨水。

1.2 绿化遮阳的设计

遮阳是通过建筑手段, 运用相应的材料和构造, 与同照光线成某一有利角度, 遮挡通过玻璃影响室内过热的同辐射, 而不减弱采光条件的手段和措施。遮阳的目的是阻隔阳光直射。而绿化遮阳则包括墙面垂直绿化、屋项绿化、室外植物等在内的全方位绿化, 要充分考虑高层公共建筑的阳台、建筑出挑构件、屋面和墙面种植。

借助树木或藤蔓植物来遮阳是一种既有效又美观的遮阳措施。树木首选落叶乔木, 夏季茂密的枝叶可以遮挡灼热的阳光, 植物通过光合作用将太阳能转化为生物能, 植物叶片本身的温度并未显著升高, 可以有效的阻止部分热量通过各种方式向高层公共建筑物的室内传递。

1.3 双层玻璃墙的设计

高层公共建筑的双层玻璃墙主要针对以往玻璃墙耗能高、室内空气质量差等问题, 用双层体系作为围护结构, 提供自然通风和采光, 增加室内窨舒适度, 降低能耗, 从而较好的解决性能与节能之间的矛盾。

双层玻璃墙实质是在两层皮之间留有一定宽度的空气间层, 此空气间层被几英寸至几英尺的空气“廊”以不同方式分隔而形成一系列温度缓冲空间。其外层玻璃墙可以扩展至部分或者整个建筑里面, 包裹着传统外墙或内层玻璃墙。此外, 双层玻璃墙可以有效实现降低进入高层公共建筑物室内的噪音值。合理的双层玻璃墙开口设计使得多层玻璃墙即使在窗户开放的时候, 也能达到单层玻璃幕窗户关闭时的隔音效果, 不仅隔断内外噪音, 而且也隔断房间之间和楼层之间的噪音。

2 高层公共建筑太阳能的应用设计

我国的建筑能耗随着人民生活方式的改变和生活水平的提高增长极快, 建筑能耗问题已经成为一个迫切需要解决的问题。因此, 我们应当努力按照节能的原则去定制和实现建筑的能源设计方法[2]。

太阳是我们最根本的能量来源, 太阳能应用是高层公共建筑节能建筑设计的主要手段。一般来说每一栋建筑都或多或少的受到太阳的辐射, 但只有那些经过良好设计、达到优化利用太阳能的建筑, 才能被称为“太阳能建筑 (Solar Buildings) ”。其在高层公共建筑中的应用方法如图1所示。

2.1 被动式太阳能建筑设计方法

以采暖为主的地区, 被动式太阳能系统可采取如下技术措施:充分利用建筑自身围护结构的蓄热性能, 利用集热构件、窗户集热、采光温室等进行集热, 冬季白天的太阳辐射以某种形式积蓄起来, 到夜间释放热量进行采暖;在空间应用方面, 采暖为主的建筑应充分利用温室效应, 采用玻璃房、日光浴室、阳光中庭等;合理划分室内采暖空间, 提高建筑的密闭性能, 加加墙体保温层的厚度, 应尽量减小北立面开窗面积, 增加强门窗的保温性能。

2.2 主动式太阳能建筑设计方法

主动式太阳能的定义为用太阳能代替以往驱动冷暖空调设备的热源, 用一些特殊的装置来收集热辐射, 并将其转化为有效的热能和电能的形式。本文主要研究一下太阳能集热器的应用设计方法

若太阳能集热器放置的位置是高层公共建筑的平屋面上, 则对朝向为南偏东、南偏西不大于30度或者正南的建筑, 太阳能集热器可朝南设置或者与建筑同向设置;对朝向南偏东的建筑, 太阳能集热器适合朝南设置或南偏东设置;对受到一定条件限制的情况, 太阳能集热器不能朝南设置的建筑, 太阳能集热器可朝南偏东、偏西或朝东、西设置。此外, 水平放置的太阳能集热器可以不受朝向的限制。

若太阳能集热器放置的位置是高层公共建筑的坡层面上;则太阳能集热器可设置在南向、南偏东、南偏西或朝东、西建筑坡屋面上。坡屋面上的太阳能集热器应采用顺坡嵌入设置或顺坡架空设置。作为屋面板的集热器应安装在建筑承重结构上。

2.3 太阳能光电技术

太阳能光电技术就是利用太阳能组件将太阳能转化为电能。目前我国已经展开了晶硅高效电池, 非晶硅和多晶硅薄膜电池等光电池以及光伏发电系统的研制, 并建立了成千瓦级独立和并网的光伏示范电站。它使建筑物从单纯的耗能型转化、成功能型, 产生的电能可以独立储存也可以并网应用, 当产生的电量大于用户需求时, 多余的电量可以输送到电网, 反之可以提供给用户。

这种系统特别适合于已有电网供电的用户, 不仅省去了蓄电池的设置, 减少出投资和运行的维护费用, 而且有利于消减因采用空调设备而造成的夏季白天用电高峰问题。