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摘要：本文從高層建筑的平面和豎向設(shè)計(jì)兩個(gè)方面提出了高層建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)策略。高層建筑壽命周期包括前期、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)和拆除等階段。其中高層建筑在運(yùn)營維護(hù)階段所耗能源很高比例。...

探究高層建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)

王沁冰    同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

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    高層建筑壽命周期包括前期、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)和拆除等階段。其中高層建筑在運(yùn)營維護(hù)階段所耗能源很高比例。因此，要抓住基地的氣候條件找到合適的被動(dòng)設(shè)計(jì)方案，使建筑自身就是個(gè)低能耗設(shè)計(jì)。

    一、高層建筑的平面設(shè)計(jì)

    1、建筑的形體與朝向

    平面形式的選擇與高層建筑能耗之間存在著一定的關(guān)系，建筑底面積相同，外圍護(hù)表面積越大，建筑的散熱面積就越大，能耗相應(yīng)就越多；相反，建筑外圍護(hù)表面積越小，太陽輻射及通風(fēng)引起室內(nèi)溫度增加的升幅就越小，冬季通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)及窗戶的氣密性散失的熱量就越小。因此采用矩形或圓形的平面形式，建筑的能耗量較小。    

    高層建筑的朝向會(huì)影響太陽對(duì)建筑的輻射。熱帶地區(qū)的高層的長邊應(yīng)沿東西向放置，這樣可以減少建筑開闊面的太陽輻射；在寒冷的高緯度地區(qū)，高層的開闊面應(yīng)最大化面向太陽光路徑，提高建筑對(duì)太陽熱量的吸收。

    關(guān)于建筑朝向與風(fēng)向，其中一個(gè)重要的概念就是風(fēng)影區(qū)，它是由于垂直于建筑外界面氣流遇到障礙物后在其背風(fēng)向的一定距離內(nèi)產(chǎn)生的。風(fēng)影區(qū)內(nèi)，風(fēng)向改變，形成渦流，風(fēng)速減小到約為遇到障礙物前風(fēng)速的一半，這對(duì)于炎熱干旱地區(qū)的夏季及寒冷非潮濕地區(qū)室外活動(dòng)比較理想，但在濕熱地區(qū)，風(fēng)影區(qū)會(huì)導(dǎo)致一定距離內(nèi)下風(fēng)向建筑通風(fēng)降溫及除濕效果不理想。

    2、核心筒和附屬空間

    核心筒的布置有兩種形式中心核、周邊核，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥鹊奶�陽運(yùn)動(dòng)軌跡和風(fēng)向，并綜合其他因素決定核心筒位置。選擇周邊核這種布置方式，核心筒可當(dāng)作陽光或是風(fēng)的緩沖層。在熱帶地區(qū)，核心筒可設(shè)在建筑較熱的西側(cè)、東側(cè)或兩側(cè)，成為陽光的緩沖層，避免熱量直接進(jìn)入使用區(qū)域，同時(shí)也使吸入的熱量排放不經(jīng)過使用區(qū)域，并保證南北向有良好的通風(fēng)窗口；在寒冷的高緯度地區(qū)，核心筒布置在北向可作為風(fēng)的緩沖區(qū)，阻擋寒風(fēng)的侵襲，有利于冬季室內(nèi)熱量的穩(wěn)定。中心核布置方式，核心筒及附屬空間在建筑的中央，南北空間劃分及中部走廊的相隔阻礙了氣流的串通，對(duì)建筑通風(fēng)不利。因此，具體模式的選擇應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐亩�夏季太陽運(yùn)動(dòng)軌跡和風(fēng)向，在平衡各種利弊關(guān)系后進(jìn)行搭配布局。

    二、高層建筑的豎向設(shè)計(jì)

    1、豎向自然通風(fēng)

    空間豎向組織也有利垂直通風(fēng)。自然風(fēng)垂直吹向高層建筑時(shí)，會(huì)在底部產(chǎn)生正壓，在頂部產(chǎn)生負(fù)壓，上下的壓力差形成了垂直的風(fēng)道效應(yīng)。高層建筑將空間垂直發(fā)展，可以形成內(nèi)部上下貫通的中庭或者采用專用風(fēng)道，即上述的垂直的風(fēng)道效應(yīng)。

    建筑高度如果過高的話，反而會(huì)產(chǎn)生過強(qiáng)的氣流，造成不利的影響。可在內(nèi)部中庭采用逐段分隔的辦法，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)、控制；或者利用換氣裝置進(jìn)行加壓與減壓。由于自然垂直氣流來源于壓力差所產(chǎn)生的浮力，因此在不同位置進(jìn)行人工氣壓干涉，可以增強(qiáng)或減弱浮力影響，從而有效地引導(dǎo)自然氣流的通風(fēng)效力。

    2、雙層立面

    高層建筑隨著氣候的變化，要面臨采暖制冷、通風(fēng)防風(fēng)等相互矛盾的要求。雙層立面系統(tǒng)是目前處理高層建筑外界面比較理想的手段。它的原理是利用雙層材料及其中空腔的溫室效應(yīng)和煙囪效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與溫度調(diào)節(jié)。

    雙層立面的采用實(shí)際上是通過6個(gè)方面增加室內(nèi)環(huán)境的舒適度的：將室內(nèi)空氣和玻璃幕墻內(nèi)表面之間的溫差控制在最小范圍內(nèi)，有助于改善靠近外墻的室內(nèi)部分的舒適度，減少冬季取暖和夏季降溫的能源成本；惡劣天氣不影響開窗換氣；遮陽百葉置于中間層，有效防止日曬，不影響立面效果，不妨礙開窗；無需鍍膜玻璃，用自然光實(shí)現(xiàn)照明；雙層濾過陽光，避免直射，無炫光困擾；雙層玻璃及中間空氣層有效阻隔室外噪聲，臨街建筑室內(nèi)依然安靜。

    三、結(jié)語

    隨著城市化進(jìn)程加快，高層建筑數(shù)量陡然增加，建筑內(nèi)部空間巨型化，功能復(fù)雜多樣化，機(jī)械設(shè)備密集化，此類建筑一旦在技術(shù)策略上失誤，就可能成為“耗能大戶”，對(duì)資源的浪費(fèi)是一般建筑無法相比。因此，高層建筑的“生態(tài)化”具有現(xiàn)實(shí)意義。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)

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