从空气调节到空间调节_中国普天信_省略_上海工业园发展公司生态科研楼设计_

1、2009.FEB&MAR住収化论文P.95ArdwtectureiCultureTHESISFrom Air-conditioning to Space-conditioning： the Architectural Design of Office Building, China Putian Shanghai Industrial Park Development CO.从空气调节到空间调节：中国普天信息产业上海式，朋技术方式和空间方式。空闾方式就證指建筑空体秘系数雄目前常用的体形控制指标之一，以比式，朋技术方式和空间方式。空闾方式就證指建筑空体秘系数雄目前常用的体形控制指标之一，

2、以比文/朱君苏玲Zhu Jun Su Ling态科研楼设计作者简介朱君苏玲东南仔建筑作0-1 |循环再生的房圧1-1e I三/E平面0-2 I建筑的能1131动原型1-1(1四层平面1-1a| 4*01-1g I南立而1-1bl «!»»片1-1h 1剖面1-1c| -®平面l-1d I二层平面ABSTRACT本文以中国普天信息产业上海工业园发展公司生态科研楼设计实践为例，提出从空气调节向空间调节的节能创 作构思，并从热工环境、风环境、光环境分析设计过程中的被动式节能应对策賂。With the design practice of the office

3、building for China Putian Shanghai industrial park development company, the article makes the concept of design from Air-conditioning to Space-conditioning. The article also analyzes the passive energy-saving Strategy in the design progress from thermal environmgnt, wind environment and light enviro

4、nment.-KEY WORDS空气调节空间调节节能策略A'r-conditioning .Space-conditioning energy-saving .Strategy当今，关注生态环境、维护生态平衡已经成为全 球性的话题，能源节约已成为时弋的呼声。建筑业作 为能耗大户，对于能源和生态环境的保护更是责无旁 贷。世界是由两种基本曼素构成的：物质和能世 界上存在的一切、变化的一切，都不过是物质和能 的存在形态及其变化与转换。建気是一个与环境紧密 联系的系统，左它的全寿命周期当中同样有能和物 质的流动贯穿始终。(fflO-1)建筑存在于自然界中，时刻§外界进行着能的 交换。

5、在这交换过程中，建弟通过相应的空间绘织、 构造设计，有效的利用或阻挡室外的能流，以帮助 建筑获得较为理想的舒适环境。因此，从能操作的 角度来看，嫩策就是充分利用外界能囊，争取在隈定 的空间内获取微气候紆适环境的一种空间容器(图 0-2 ) o任何形式的能在建弟中的流通都必须经过 以下三个阶段：能的输入、能在建筑中的传递和 引导、能的输出。因此，如何使得建筑空间能够在 能流动过程中对茸进行合理利関，使得虞筑空问具间本身血对外部环境的节能能力，它是一种空间节能 策腮。从"空气调节"到"空间调节"其实就是节能 从技术方式向空间方式的转换。1 项目柢况中国普天信

6、息产业上海工业园智雄生态科研楼位 于上海市奉贤区，由中国普天信息产业上海工业园发 展公司投资崑设，东南大学崑策学院、东南大学建筑 设计研究院与瑞典星家工学院产业生态系联合硕究设 计。项目的建设旨在全而研究并在可能的条件下集成 与优化采用体现可持续性原则的建筑设计黑略与枝术 设备，开展建筑能耗与环境控制智能化系统的册发与 产业化实验，创览我国冬冷夏热地区生态节能建筑的 示范工程.。该项目的可行性研究从2006年1月开始，同年8 月进入设计阶段，2007年11月完成扩大初步设计， 2008年6月完成施工图设计，目前正处于施工轿段。 水项目已经被列入建设部、科技潮首批“十一五"绿1-igJ

7、Eo 5UIJ1A刀刈足肌1XIT十卩花刊風冽昕咒月刖幵力厶丨.I息巩V IE煌胡式，朋技术方式和空间方式。空闾方式就證指建筑空体秘系数雄目前常用的体形控制指标之一，以比论文| ttKvueI THESISA/chKrctunKukure2OO9.FEB&MARP.96值F/V来描述，物理塞义是指建筑物外Bi护结构的面 积与it筑场的体积之比。研究表明，由于農而积的差异，同样体积不同形 式的几何形体其能耗程度有所差别。我们假设，当 体的体积和高度一定时，那么平而的形式几乎就成 为影响星筑休型系数的唯一因索。在常见的平而形 式当中，圆形平面可以拥有最小的赛而积，其次是 方总。（图2-1）

8、 tola们以立方体基准，它的体型 系数（F/V）为100%,则棱锥体为126%,梭柱体为 93%.圆柱体为92%.半球体为83%0本项呂中科 研楼几何式采用不规则六而体，体形系数介于立方 体和圆性体之间。因此，豪筑在设计之初就冀定了旳 能的荃础，II免了形体节能的-先天不足'0智能生态科研楼底层标高比宣外地坪低1.8米， 其下部体大部分为聲色草坡所SM> 40cm厚的厦 土层加上5cm厚保温层,综合传热果数仅为0.33 w/ m2.Kf为建筑的围护红构提供了优越的热绝缘性能。 通过计算，本项目设计的体形果数仅为0.298,远低 于上海市工程建设规范公共麗鋭节能设计标准 （DGJ

9、08-107-2004J 0307-2003）-体影累数不应 大于04（T的规定。2.1.2 ffl护结构的节能控制智能生态科研樓上部体全部外堆及下部体 垂而均采用20cm厚轻质蒸压混凝土板加5cm聚苯 乙烯挤» （XPS ）保沮板，综合传热系数为0.40 w/ m2.Kt围护结构具有较好的热绝缁性（图22 ） 0 上部体朋顶采用种植用而技术，40cm厚的覆土层 和5cm岸保温层使得厦顶综合传热廉数仅为0.33 w/ mK （图2-3 ） o种植屋而不仅可以左夏季降低顶板 農面泻度2七以上，冏时种植11而的离热绝绿性能基 本杜绝了热交换。2.2.风环境的应对策略2.2.1自然通风的实

10、现方式8 利用风压实现自能通风当风吹向建貌时，因受到it毀的阻挡，会在矗逋 的迎风而产生正压力。同时，代流绕过Jt筑的各个侧 面及背面，会在相应位产生负压力。风压通风就是 利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的 流通。（图2-4）b 利用热压实现自常通风利用热空气上升的原理，在置上部设排风可 将污浊的热空从晝为排出，而晝外新鮮的冷空气則 从建筑底部被吸入。热压作用与进、出风的髙差和 亶内外的温差有关，室内外51差和进、出风的高差 越大，则热压作用越明显。（图2-5）c.风压与热压相结合实现自然通风左建筑的自然通风设计中，风压通风与热压通风 往往是互为补充.密不可分的。一般来说，在蹩筑进

11、 深较小的部位多利用风压来亶接通风，而进深较大的 部位则多利用热压来达到通风效果。（图2-6 ）權“女方体*«»08乩.ng*<2-1:arv y *r - Jk *工 <Mill11T卜<1 rI； H一 T2-2F -2-32-7*J匕2-52-10a2-10b2-10c2-10e2-212-2021第见影体体型系数比较2-21休保潟构造23植单而构造2-4风压通风方式2-5热压通风方式2-6风压与徭压相结仓通风方式27自儼通风的空间结构2-8内堆通风帯详图2-9主入口捕风设计2-10a«夏季节风压作用下三JE 平而风逮分布图2-106秋冬季

12、节风压作用下三层 平面风速分布图2-10c«I9节风压作用下A-A 剖面风速分布图2-10d秋来季节风压作用下A-A 剖而风速分布圧2-10e热Si作用下A-A剖面风速 分布图的三层平而2-11b*»后的三廉平面21c改ifiJg»C$节风压作用 下三层平3E风逮分布图2-12影体自遑阳分析2-13a智餐遽阳百叶2-13b«K«阳百叶横型2-14双层可呼吸建阳舉皮2-15a百叶的舉悄白晏215b百叶的«1»««276中庭天审JR光2-17中庭天悄遑阳2-18中庭天爾大样及构件详图219展厅天宦采光2-20

13、展厅天eftIB2-21JK厅天宙大样及构件详图Publishing House All rights reserved. http：/7mm化Architeauft&Cuhurt论文TMESIS2009.FEB&MARP.972.2.2智能生态科研楼风环境亦对策路a.有利于自然通风的空间结构建筑内部贾穿各层的中庭不仅是整个建筑的中心空 间，也是自然通风系统的核心。建筑外密可开启面秩 为外窗总面积的31.5%0在气候宜人的季节，新聲空 气从开启的门窗进入，利用热压通风和风压通风的机 制，排出的空气在中庭汇集，从顶部的开拔出。中 庭顶部设计自动可开启天寛，利用太阳能将空气加热 强

14、化通风。这种支持自然通风的空间结构将使豐筑物 在春秋两季可通过大换气的自然通风带走余热，缩 短全年空调系统的运行时间，大大节省能耗o （图 2-7）b内培设计建筑的自然通风是要通过内外空间赏通实现的， 封闭的内墙会阻陽房间与中庭的空气流通°为了实现 均匀有效的自然通风，科研楼在内墙设计上也考應了 这方面的要求。在主耍的通风方向上，蒸压混凝土板 内增上部做400mm髙通风口。沿走厲为橫向铝合金 通风百叶，内做可翻启木板以调节通风。过渡季节， 建筑的外窗、内堪翻板、中庭顶部的天窗均开启，形 成空气流的有效贾通。内堆的通风构造完善了建筑自 然通风的空间系统。（图2-8）c主入设计主入是室内

15、外热交换发生最频繁的地方，也 是空气进入建筑物的重要通道。智能生态科曲楼主入 通过逐渐内收的两側堆体，使得入空间自然形成 一个良好的捕貝系统两侧墙体向外张开，就像一个 捕风的漏斗，前端大！增加了捕风的面积，后端缩 小，增强了通风风压。同时，由于上部体金及入雨 基对阳光的遮挡，减弱了入处太阳热辐射，在入口 形成了厦度梯度，这又进一步增强了入捕风效果。 入空间的特殊设计，将丸流集中到门厅位后，通 过竖向贯通的中庭空间的热压作用，气流得到进一步 的加速大大提高了建筑在春秋季节的自然通风效 果。（S2-9）d.软件模拟分析与设计调整左方案的设计过涅中，为了检验趣筑室内色然 通风效果，我们采用计算流体力

16、学（CFD）商业软件 PHOENICS进行室内坯境自然通风的模拟分析。在软件模拟的过程中，我们分别对风压和热压两 种自然通风方式进行模拟计算（图2-lOa.b.c.d.e ）, 分析结果舉明科研堆空间结构和洞门设都能有效的 形成自然通风，室内房间空气畅通，周部没有影成死 角，自然通风效果相对较好；从节能方面来说，夏天 东南风为主导风时室内通风效果良好；冬天西北风为 主导风时，能有效的阻止冷风进入室内，建筑布局及 空户设整体上有利于夏季通风、冬季防风的要求。 为了进一步爱化或改善自然通风效果，根据建筑的布 和上海地区春夏时期的主导风方向，三屋平面在迎1994-21） 17 China Arade

17、mix: Jnumal bkdrnru 风方向设专门的通风口，以防止东南部房间风速过 大而形瞩房间的舒适度，周时兼颐西北部房间通风的 不足。（图2-11a.bc）23光环境的应对策略2.3.1形体自遮PB智能生态科研楼上、下体分开错落相叠，由 透空的设备层相连。相对于下部体的南立面）上部 体出挑2.89-3.64米。因此，夏季正午下部体* 南鹿的落地玻璃窗深深的埋藏”在由上部体形 成的阴老里，避免了过强的太用辐射，大大降低了 PE光对下部体的热辐射，降低了空调负荷。（图 2-12）此外，丄部体大部分外堆向内倾斜，避免其农 面受到过多的太阳辐射，具有自遼阳功能。2.3.2智能建阳百叶蹇速的上部体

18、 智能型生态哀皮，能够自 动适应气候条件与室内环境控制要求的变化。生态表 皮是由统一模数的铝合金百叶构成的可调节表皮。在 与内层门窗对应的位外层遮旧叶片分组设控 系统.分别根据采光、视野、盘阳、蓄热的不同功能 要求分区域进行控制调节，实现冬季最大限度利用太 阳能、夏季建档太阳辐射，同时满足室内自然采光的 最佳设计。（图2-13ab）建筑的两屋表皮完全脱开，间MJ72cmt可作为 检修空间。空腔上下端部设封百叶。夏季，空腔封 百叶打开，空气在两者之间狭0的空腔内流动，带 走多余热降低建筑表面温度；冬季，百叶闭合，空 腔相对封闭，72cm厚的空气层犹如一层楠衣"将 建过体包裏起来，有效的

19、延级了建筑表面的热散 失。（图2-14）季节和天气状况决定了百叶的转动角度，懑阳表 皮开启程度随之变化.建筑因此聂现出四季阴晴的丰 不仅如此，白天外表皮反射太阳光线，上部 体量宛若磐石，悬浮于起伏的绿色草坡上；夜晚，百 叶开启，建筑内部光线透出，同样因梭形百叶而反射 出柔和的光芒，整个体犹如通灵的越玉，散发迷幻 的色彩。（图2-15a.b）2.3.3天窗设计a.中庭天帝建筑内部的全部使用空间囤绕贯通四廉的中庭布 自魅光可以从中庭顶部的天自接照射到室内， 经过倾斜墙量的漫反射提高了走和各使用空间的照 度。天險顶部的结构构件載面设计成41S"总，射入 天窗的太阳光，经过两次反射，柔和地散向整个中 庭，照亮建筑的内部空间。（图2-16）逹阳是所有中庭顶部空间需要考虑的董要因素， 中庭天窗的遮阳直接彫响整个中庭空间的光热环境品 质。s”影结构构件本身具有遼阳功能，避免了克 射光进入中庭。构件之间还设*了遮阳帘积 有效的 阻您了多余的光和热。（图2-1A 2-18）除此之外，天矗的设计还考怎了光线补充问邀。 阴雨天，天光入射小、照度低，安装在天窗构件上 的节能