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阅读 9177 次 夏热冬冷地区绿色办公建筑的理念与实践

摘要:本文通过对湖南为代表的夏热冬冷地区的气候进行分析,综合当地的自然资源,得出适应的建筑设计策略,并结合多层办公楼的设计,通过对具体项目的研究,探索适用的设计方法和技术措施。...
 
夏热冬冷地区绿色办公建筑的理念与实践
                    ——以洪江市交通综合办公楼为例
 
杨欣霖
(长安大学 建筑学院,陕西 西安 710061)
 
1、引 言
    作为“信息的集散、加工、再创造的场所”,办公建筑起着不可或缺的作用,为了给作为知识载体的白领精英们提供优良舒适的工作环境,让他们创造更多的社会价值,办公建筑越来越依靠现代科技。于是一栋又一栋外观精美、内部奢华、大量消耗自然资源的办公建筑不断在城市中涌现。然而办公建筑作为“城市社会、科技、财政、经济活力的显著索引”,更应该去创造一个崭新的、健康的,富有生气的绿色模式。“绿色建筑办公建筑就是在建筑生命周期各阶段以最节约能源、最利用资源与最少废弃物产生的方式来营造安全、健康、舒适、高效、环保及低环境负荷的办公环境”。
 
2、冬冷夏热地区气候分析
    我国夏热冬冷地区是指累年最冷月平均温度为0~-10℃,最热月平均温度25~30℃地区,主要包括长江中下游地区,即南岭以北、黄河以南的地区。该地区夏季白天热浪滚滚,“火风”横行;夜间静风率高,热量难以散发,气温居高不下。但到了冬季,寒潮又受到南岭和东南丘陵的阻挡,使冷空气滞留,因而寒冷时间较长。夏热冬冷地区又是一个水网地带,冬夏季节空气相对湿度大,多在70%右,夏季湿热,冬季湿冷,建筑普遍缺乏适应气候的调控措施,导致室内热环境恶劣,人们为了改善生活环境肆意使用空调设备,引起能源消耗急剧上升。
 
    以湖南地区为例,湖南地区夏季主导风向为东南偏南风,冬季主导风向为西北偏北风,湖南地区年平均风速在2.5m/s左右,相对湿度常年在70%以上,夏季湿热,冬季湿冷。年平均降雨量在1200~1700毫米之间,但时空分布很不均匀,3月至7月为雨季,降水量占全年的50—60%,7月至9月降雨量多为300毫米上下,不足雨季降雨量的一半,加之南风高温,蒸发量大,常常发生干旱。湖南夏季时间长,暑热时间也长,平均气温≥28℃的暑热期可达1.5~2个月。一次酷热天气持续的时间,一般10天左右,湘中地区可达半个月。冬季严寒期很短,但冬季较长,且阴湿多雨,人体感觉难受。
 
    因此根据湖南地区的气候特点,以及《民用建筑热工设计规范》的要求,我们可以得出湖南地区的建筑应对策略:必须满足夏季防热要求,适当兼顾冬季保温;重点突出通风隔热,结合建筑特点合理设计组织自然通风,形成有利于通风的条件,并综合利用风压和热压通风;针对湖南雨量丰富但分布不均的情况,合理设计节水策略,通过对雨水、中水的回收利用,达到节约资源的目的。下面通过具体工程项目,结合以上建筑策略进行分析,并转化为具体的建筑语言。
 
3、具体实例绿色分析
3.1 工程概况
    洪江市交通综合办公楼位于湖南省洪江市玉壶路东侧,建筑占地面积1200m2,总建筑面积4557m2,主体5层,一层为公共大厅及商业门面,二层为办事大厅,三至五层为办公用房,建筑高度23.9m,见图3.1。
 
    该项目所处基地为交通局大院,由于与基地所连接的城市干道是南北走向,故办公楼只能位于基地西侧,为东西朝向,临街面为西晒面。基地东侧为三栋住宅,东北角临近沅江,总平面详见图3.2。总体来说,该基地环境优美,交通便利,唯一的不利条件就是办公楼的朝向问题,这也是设计时需要重点考虑的。
 
                
                                 3.1  交通综合大楼效果图
                

                                                             3.2  总平面图
3.2 节水技术运用策略
3.2.1 雨水利用
    本项目雨水的回收利用工程分为三个部分:雨水的收集、处理和供给。具体模式是将屋顶雨水通过雨水管收集,通过集中过滤除去径流中颗粒物质,然后将雨水经过人工湿地系统处理后引入蓄水池贮蓄再通过水泵输送至水景水体、绿化用水和冲刷路面。
           

             图3.3  雨水收集及回用示意图
    1)雨水收集
    本项目采用雨、污分流系统,根据雨水的来源特点及水质特点,将雨水的收集和处理结合起来同步进行。按水质不同,雨水主要分为屋面雨水与室外道路雨水两类。其收集、处理与资源化利用流程见图3.3所示。
 
    2)雨水处理和使用
    雨水的来源主要为屋面雨水和道路雨水,其水质前者优于后者。雨水处理系统进水水质参考其它小区雨水实测数据,出水水质按我国杂用水水质标准(CJ25.1—89)和国家地面水水质分类标准(GB3838-2002)中的V类水水质综合确定。
 
    本项目中雨水收集后进入沉砂池预处理后进入湿地系统。在物理过滤、化学沉淀、微生物以及植物的共同作用下得以净化,最后进入景观水体,在景观水体中设置水泵抽入小区绿化管网,最后通过小区绿化管网送至小区各绿化用水点。整个雨水的处理流程如下框图3.4所示。
                                                         3.4  雨水处理工艺流程图
    经过人工湿地处理后的雨水,与预处理后的优质杂排水、景观水体循环水共同处理后回用于小区的绿化、道路冲洗、景观补水等。这样雨水不但可作为回用水水源,而且增加了景观水的交换系数,有利于对小区景观水体景观水的循环更新与水质保持,形成流动景观水体。
 
    3.2.2 中水利用
    1)中水回用水水质的确定
    中水经净化后,将可用于绿化、景观 道路冲洗用水等,其回用水水质要求见表3.1。
3.1  不同类型的用水水质国家指标(CJ25.189GB38382002)
主要水质指标(mg/L)
BOD5
COD
SS
氨氮
PH
总硬度
TP
TN
汽车,道路冲洗用水
10
50
5
10
6.5~9.0
450
 
 
绿化用水
10
50
10
20
6.5~9.0
450
 
 
景观用水V类
10
40
 
2
6.5~8.5
 
0.4
2
地板及空调冷用用水
 
 
20
 
7.0~9.2
 
 
 
冲厕用水
10
50
10
20
 
 
 
 
 
    2)中水水源选择
    中水水源可选择的种类和选取顺序依次为:①卫生间的盆浴和淋浴等的排水;②盥洗排水;③洗衣排水;④厨房排水;⑤小区内的雨水;⑥冲厕排水。鉴于本项目中水需进入景观水体,故优先选用水量充裕稳定、污染物浓度低、水质处理难度小、安全且居民易接受的中水水源,即将① ②作为中水主要水源,不考虑其他中水水源。
 
    3)中水处理和利用
    本工程建筑内部实行分质排水,将优质杂排水和污水分流,污水通过生化池处理后排入市政污水管道,优质杂排水由人工湿地处理达到回用水水质要求后,与经过处理的雨水一起进入小区景观水体,用于补充景观水体,同时回用于小区内绿地浇灌、道路清洗等。整个中水的处理流程如下图3.5所示。
                                                                         3.5  中水处理工艺流程图
    3.3自然通风节能设计
    3.3.1 风压通风
    利用风压来实现建筑室内自然通风,首先要求建筑有较理想的外部风环境(平均风速一般不小于3~4m/s);其次,要求建筑应面向夏季风向,房间进深较小(一般以小于14m为宜), 以便易于形成穿堂风,穿堂风的气流路线应流过人的活动范围,且风速应达到0.3 m/s以上[4]。房间进出风口的布置应使气流在室内改变方向,因为气流在室内流经路径最长时室内通风效果最好。
 
    本项目所在地湖南,属于东南季风区,夏季主导风向为东南偏南风,冬季主导风向为西北偏北风。然而本项目由于基地限制是东西朝向,对于风压通风来说,是不太有利的,针对这种条件,设计时除了将办公大楼采用常规的开窗方法外,还在东立面的窗台下(正压区)设置了可伸缩的金属百叶窗,以用来增加室内空气流场,即可用于通风,也可以搁置空调机箱。在走廊一侧(负压区)设置高侧窗,控制室内气流线路,将主要气流高于工作台面,见图3.6。并且将每一开间的横墙向外延伸720mm,即作为建筑立面的垂直划分,也可作为垂直遮阳构件,更重要的是作为导风构件,引导偏南风吹进室内,见图3.7。
                                 
        3.6  进出风口位置和高低对气流的影响                                   3.7
 
    立面的窗台下(正压区)设置了可伸缩的金属百叶窗,以用来增加室内空气流场,即可用于通风,也可以搁置空调机箱。在走廊一侧(负压区)设置高侧窗,控制室内气流线路,将主要气流高于工作台面,见图3.6。并且将每一开间的横墙向外延伸720mm,即作为建筑立面的垂直划分,也可作为垂直遮阳构件,更重要的是作为导风构件,引导偏南风吹进室内,见图3.7。
 
    3.3.2 热压通风
    要形成热压通风,建筑物的进出口高差和室内外空气的温差,两个条件缺一不可。“因此只有当其中的一个因素有足够大的量时,热压通风才具有实际重要的意义”。在本项目中,楼梯间的长度为8.1m,楼梯间上方屋顶高度28m,楼梯间的室高比约为1:3.5,对于热压通风来说,效果良好。所以本项目将两个楼梯间与屋顶贯通,并在屋顶设计一个类似于风帽的构造形体,四周安装可调控的百叶,用来控制风向,夏季开启通风,冬季关闭防风。通过热压作用,将污浊的热空气从室内通过竖向空腔楼梯间排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸人,见图3.8。并且在一楼大厅的两个楼梯下方各设置一个水池;二层以上,每层前厅都设置了室内绿地,以改善室内空气质量,达到室内降温的效果,见图3.9。
              
                            图3.8  热压通风示意图
4、结 论
    首先通过分析以湖南为代表的我国夏热冬冷地区的建筑气候,综合气候特点与当地自然资源,得到适应湖南地区气候的建筑设计策略:通风隔热,中水利用等。然后,为了将这几种策略转化为建筑语言,从它们的建筑表现形式、适用范围、优缺点、设计影响因素等方面进行了研究,以便方案设计时的参考和选用。最后,结合具体的项目要求,综合使用了以上几种建筑策略。
 
    通过比较各种建筑设计策略和技术措施的实用效果,以创造舒适的室内环境和节约能源为目标,完成了本项目方案设计。在这个操作过程中,尝试将理论与实践相结合,采用科学的方法来指导设计,不仅可以发挥个人创作的灵活性,还减少了方案决策的盲目性和模糊性。
 
    总之,遵循气候的建筑设计不应只停留在简单的描述上,各种建筑设计策略也有一定的适用条件,不是只要用了就能改善室内环境、节约能源。本文虽然对适应特殊气候的建筑技术措施的适用性、影响因素等进行了研究,但是在实际创作中,应该采取何种措施和形式,还需要建筑师们根据不同的设计条件灵活选择。
 
参考文献:
[1] 宋海林.绿色办公——通向未来办公建筑的绿色之路.清华大学建筑学院硕士论文. 1999年11月.导师:胡绍学
[2] 陈晓卫,杨彩虹.‘生态建筑’研究绿色办公建筑——清华大学设计中心楼设计实践与探索[J].建筑学报第五册.2000年
[3] 杨谦柔.绿建筑设计评估工具之研究——以办公建筑为例.中国文化大学环境设计学院硕士论文. 2000年12月.导师:张世典
[4] 付祥钊主编.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].中国建筑工业出版社.2002年
[5] 柳孝图主编.建筑物理[M].中国建筑工业出版社.2002年
[6] 刘念雄,秦佑国.建筑热环境[M].清华大学出版社.2005年
 
(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)
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