汉诺威国际博览会办公楼生态节能解析

汉诺威国际博览会办公楼生态节能解析刘仙萍单位中南大学建筑技术科学一、项目概况项目名称:汉诺威国际博览会办公楼设计者:托马斯·赫尔佐格(ThomasHerzog)时间:1999年春天地点:德国汉诺威二、经济文化背景汉诺威是下萨克森州首府,北德重要的经济文化中心,面积203平方公里,人口51.4万。它位于北德平原和中德山地的相交处,正处于巴黎到莫斯科、北欧到意大利的十字路口,又濒临中德运河,是个重要的交通枢纽。汉诺威又是工业高度发达的城市,汽车、机械制造等都很出名。制造业尤为突出,还有全国最大的轮胎厂。除商业、金融、保险业外,展览会议业、旅游业也蓬勃兴起,欧洲最大的旅游社组织的TUI的总部就设在这里。汉诺威朝国际"博览会城"快速发展在于战后。战后初期百业凋零,为了振兴占领区经济,1947年英国军政府下令举办工业博览会,工程在一家名叫联合轻合金工厂的厂址动工,因陋就简,开办展览。除一年一度的工业博览会外,汉诺威还举办其他定期不定期的国际性商品交易会、展览会和会议,为各国工商业互相交流提供良好的场所,如1986年从工业博览会分出来的CEBIT(以国际为中心的办公室技术,信息通信展览),航空博览会,国际建筑博览会,国际商用汽车展览会,国际林业木工展览会、国际机床展览会等,每年共200多万参观者。1997年德国博览协会为迎接2000年6月在汉诺威举办的世界博览会,决定扩建其组委会办公楼,提出设计要求是提供一个“高效的工作场所”,以及能够诠释博览会主题(“人·自然·科技”)。接受该项目的是致力于可持续的生态建筑设计研究的慕尼黑著名建筑师托马斯·赫尔佐格(ThomasHerzog)。业主的主动意识加上建筑师、结构工程师、设备工程师、科研机构的通力合作。产生了一个普通造价、低能耗、高舒适度的建筑,它所采取的一系列技术措施,代表了当前世界建筑生态节能的技术发展水平。三、生态节能设计特色1.将办公楼预算控制在普通造价水平。设计师将用于建筑节能技术的投资与空调设备因节能而减少的投资来弥补,改变了以往节能建筑造价高昂的形象,加之建筑投入使用后的能耗降低所带来的显著经济效益,使节能建筑为众多业主欢迎和接受。2.提出了明确的技术目标:低能耗、高效率、高舒适度。节能措施使室内自然温度尽可能接近人体舒适温度范围,改变了传统高层办公建筑对空气调节的过分依赖。另外,对于人体舒适度也提出了更高的标准,除了室内气温这一单一的技术指标外,还增加了室内界面温度的均匀,各房间单独控制室温的可能性,以及小气流、低噪音的空气调节方式的要求。3.被动式的能源利用方案由实验、模型至实践,不断进行变革和发展。它放弃了采用太阳能发电等性价比高昂的不成熟技术,平实简洁的外观摒弃了建筑华而不实的表面特征。四、生态节能技术措施该项目能源使用方案的技术要点是:围护结构设计、通风措施、温度调节方案。它采用了一系列相互配合的技术和构造手段,其共同作用的结果是最大限度的避免了动用高能耗的机械设备。1.围护结构设计围护结构设计的最大特点是双层外墙系统。其外层为钢+玻璃幕墙系统,内层则为木材+玻璃体系,而且在木窗樘内集成了机械送风管。内外层玻璃均采用传热系数为1.1W/㎡·K的双层真空玻璃。同时,为了保证室内由良好的观景效果,外层玻璃采用了能充分保证透光度的特殊技术。与大片的双层玻璃幕墙形成对比的是在建筑东北、西南侧设置的两个交通设备核心体,他们一方面满足功能的需要,其尺寸、体量、定位也有助于减弱双层外墙系统带来的炫目问题。核心体的外围护结构采用了带内保温层的空心黏土砖幕墙系统。黏土大砖内的空腔有利于保温隔热,并以干挂方式施工。与以往不同的是,用于该建筑的空心黏土砖采用了不加色素的天然陶土色,并且增加了砖的水平分隔,以减缓雨水在黏土砖表面的流速,避免高层建筑顶部的大风将雨水扬起。2.通风措施通风措施的原则是自然通风与机械通风相结合,即使是机械通风方式,也可以利用热压、风压为主,以消耗能源的设备为辅助。双层外墙系统形成的空气走廊构成了一个巨大的通风管,大楼每层设置8处进风口,每处进风口的进风百叶设置有6种启动方式。根据风向、风压、外界气温参数等风道试验及模型分析形成的数据库系统,决定了进风口的平面位置。结合屋顶气象站数据以及空气走廊上布置的6处测温点提供的最高、最低、平均廊道气温,实施计算机系统自动调节进风百叶的开启方式。图3自动调节的进风百叶图4通透的室内展厅内墙系统保证每个使用空间至少有1.8m宽、楼层高度的开窗面积,当窗户开启时,窗扇下部的机械构件将自动关闭机械通风系统的送风口,使自然通风和机械通风方式能灵活切换,使独立控制室内小气候成为可能。例如在冬季,送风系统提供了热气流,而在某些房间由于室内活动的加剧,会有停止采暖的要求,这时候就可以打开窗户,转而使用自然空气对流。机械通风的送回风系统也充分利用了空气动力学原理,以减少风机运行的时间,节约能源。即:进风系统利用高层建筑顶部强大的风压产生的压力,排风系统则利用排风竖井中由于温度热压产生的空气动力。为减少空气动压损失,室内送、排风速度控制在1~2m/s,顶部竖井则达4m/s。3.温度调节方案该建筑的温度调节方案以春、夏、炎夏、秋、冬、寒冬不同气候条件下室内外温度的分析实验为基础,其中,炎夏和寒冬是两个重点控制环节。温度调节的实施方案以节能措施为主,以机械采暖制冷为辅,达到了低能耗、高舒适度的目的。由于空气走廊的缓冲作用,以及建筑材料的良好保温性能和气密性,在寒冷的冬季,室内的人体活动、灯具。设备产生的热量提供了大楼的主要热源。另外,该项目排风系统的末端设置了热交换单元,排风中85%以上的热量被截留回收后转移到新风中。因此,冬季采暖能耗被控制在较低水平。在夏季,由于空气走廊和自然通风的作用,室内自然温度与人体舒适温度的偏差也被控制在较小的范围。建筑结构材料(楼板、墙体)作为蓄热材料,起到了延缓室内温度波动的作用。为了提高人体舒适度,达到低温差辐射的效果,楼板上密布蓄水管,大大提高了楼板的蓄热(冷)能力。传统隔声材料被取消,使室内顶面、地面成为同质均匀的两个温度界面。炎夏的白天,蓄热楼板吸收了室内的大量热量,阻止了工作时间段室内气温的快速上升;夜晚则利用昼夜温差,将室外低于18℃的冷空气通过冷却装置输送至水循环系统,将蓄水管内的热量释放,使之在白天能重新起到蓄热的作用。在冬季,蓄热楼板蕴藏的大量能量缓慢的释放,从而有效的保证了室内热量的自然平衡,最大限度的减少了人工温度调节能耗。博览会办公楼于1999年春天竣工,投入使用一年后的数据表明:它的日运行能耗(包括水泵、风机、电梯、照明、采暖制冷)约为12.5马克/㎡,以采暖耗电量为例,其43千瓦时/㎡的年采暖耗电量,比德国低能耗建筑的标准还要低四分之一。五、小结以上从技术角度概括介绍了汉诺威国际博览会办公楼生态节能设计。设计师将生态节能设计理念、建筑的各种要求及节能的各项技术措施综合分析,并使这多方面的因素成为设计的主要动力(而不是包袱),从而做出有特色的作品。这里有一个问题,以今天的科技发展水平,是否要把所有的高科技(High-Tech)都运用到节能建筑上,一切均由电子控制,让建筑最终变成一个完美的机器呢?这应该不是我们想要的结局。相反,其趋势应更向低技(Low-Tech)发展,以低技的储藏能量的方式,更经济的实现节能。这样的建筑,可以比成一个生物,能够通过表皮来呼吸,进行昼夜的“新陈代谢”,而使用者住在这种房屋里,也感到比在“机器”里更舒适,更自然。汉诺威国际博览会办公楼采取的生态节能措施,代表了当前欧美发达国家以综合提高能源利用效率(energyefficiencyinbuildings)为主旨的能源政策,同时涵盖了欧美各国以降低能耗(energysavinginbuildings)、减少能量损失(energyconservationinbuildings)为主旨的早期能源策略。