解讀清華大學超低能耗示范樓

如何解釋清豐公司的低能耗示范樓？作為該建筑的設計師，我們認為，首先，它是一個低能耗的綠色建筑，采用了一系列生態策略，創造了節材、節能、環保、高效、健康、舒適的生活環境。第二,它從里到外、從上到下,到處都是實驗載體,最終將它們整合為一個復合的實驗裝置。第三,它是國內外各種先進生態技術的總匯,是生態技術實驗展示的平臺和生態建筑設計與實施的技術支持體系。第四,它是體現技術美學和實驗建筑特征的建筑作品。第五,它是學科交叉、校企共建的成果。清華大學超低能耗示范樓貼建于清華大學建筑館東側,建設用地約560m2,建筑面積3000m2。用地為一個南北長、東西短的長方形,朝南面短,西側被建筑館遮擋,用地局促,設計難度大。我們的設計理念是:注重生態,被動式優先;重內涵輕形式,形式跟隨解決問題;在限制中求創造,促進人居環境積極化;問題導向,互動式設計;學科交叉、使用者參與。設計中采取了五方面的生態策略:1.在建筑與環境的關系上,深入分析了周圍環境和氣候的特征,充分挖掘場地的積極因素,轉化其消極因素。考慮到建筑與環境空間置換的影響,采用微型園林、人工濕地、植被屋面等技術,對自然環境作出生態補償。2.在結構體系選擇上,考慮到鋼結構比鋼筋混凝土結構自重輕,排放CO2少,便于材料的回收再利用。同時,使用功能上需要設1.2m高的設備夾層,鋼桁架有利于夾層間管道穿行,因此選用了鋼結構。3.在建筑圍護結構方面,重點是強調其應變性和智能化。建筑南向,是得熱最多的一面,而且人在室內向南可以看到大片綠地。這里主要采用兩項建筑節能技術:其一,高性能真空玻璃幕墻,綜合傳熱系數K=1.4W/(m2.k),外置自控水平百葉遮陽,綜合對太陽總輻射的遮擋率>85%。其二,窄通道雙層皮通風玻璃幕墻(內循環、外循環),綜合傳熱系數K=1.28W/(m2.k),窗上下間設置光伏電池板,為通道內微型排風機提供動力。建筑東向,采用兩項建筑節能技術:其一,高性能真空玻璃幕墻,綜合傳熱系數K=1.4W/(m2.k),外置自控垂直百葉遮陽,綜合對太陽總輻射的遮擋率>85%。其二,寬通道雙層皮通風玻璃幕墻(箱式、多層串聯式),內置自控遮陽簾及陽光反射板,綜合傳熱系數K=1.1W/(m2.k)。建筑的北向和西向,采用高保溫隔熱墻體。外飾面為鋁幕墻,內部為保溫棉和石膏砌塊,石膏砌塊和聚氨脂保溫材料均可回收再利用。外窗和外門采用多腔結構的PVC塑鋼窗,外設保溫卷簾。樓層架空地板采用相變蓄熱地板,相變溫度設為21℃,可大大增加地面的蓄熱性能,有效調節室內的溫差。生態艙,作為被動式太陽能利用技術,冬季通過頂窗玻璃大量得熱,減少采暖能耗;夏天采用內遮陽或外遮陽方式遮擋太陽輻射;室內布置微型植物群落,增加人與自然的接觸,改善室內空氣質量。植被屋面除對室外環境增加綠量、加強生態功能外,對改善屋面的保溫隔熱性能,減少建筑能耗,具有積極作用。4.在室內環境控制方面,在大多數時段采取被動式節能策略(自然通風、自然采光),在少數時段則需要附加主動式節能策略(室內溫濕度獨立控制空調系統)。建筑布局上,樓梯間、廁所、新風機房等服務空間安排在西側中部被遮擋部分,其余部分為使用空間,達到空間利用最大化并為自然通風的組織創造條件。建筑的北半部外部有風壓,采用風壓通風方式,組織穿堂風;南半部無風壓,則采用熱壓通風方式,發揮煙囪效應。室內樓梯間是一個多功能綜合裝置。三跑樓梯中央設置防火玻璃筒做為通風豎井,樓梯間上部設玻璃天窗。這樣,三個通風豎井與樓梯間既隔離又透光,同時滿足使用功能、通風功能及消防的要求。中央通風豎井還可作為陽光反射通道。對于溫濕度獨立控制空調系統,在溫度控制中的冷熱源,冬天采用22～24℃低溫熱水,夏天采用18～20℃高溫冷水。而溫度控制的末端則采用干式空調末端(毛細管式輻射板、貫流型干式風機盤管、改進型干式風機盤管)。在濕度控制中,由溶液除濕全熱回收新風機組提供干燥新風。新風系統采用置換通風形式(下送風用的地板送風器、設上下兩組回風口的回風柱)、工位置換通風、個性化送風末端等。5.在能源系統方面,一是高效利用石化能源;二是積極開發可再生能源。示范樓采用燃氣熱電冷聯產系統,液體除濕技術與煙氣冷凝技術相互配合。示范樓共有四種發電機組:微型燃氣輪機、內燃機、斯特林發動機與燃料電池,用于研究和展示各類動力裝置的應用特性和優缺點。四種制冷設備:電動制冷機、雙效余熱吸收式制冷機、溶液制冷機、溶液除濕系統。三種供熱熱源:熱網熱量、熱電聯產熱量、煙氣冷凝熱量。太陽能在示范樓中的應用主要有四種方式:真空管太陽能集熱器,為溶液再生器提供能源;太陽能光伏電池板,用于窄通道雙層皮玻璃幕墻通道內為微型排風機提供動力;太陽光收集傳輸系統,為地下室提供自然光照明;生態艙,是被動式太陽房與空中花園的結合。清華大學東區地表淺層溫度基本穩定在15℃,通過土壤埋管可獲取16～18℃的冷水,這樣,夏季可直接利用淺層地熱能實現供冷。清華大學超低能耗示范樓的生態設計理念、生態策略與節能技術,可以成為生態建筑設計的技術支持,但在實