负责大楼设计的是“5+1AA Alfonso Femia Gianluca Peluffo with Jean Baptiste Pietri?建筑工作室”。楼内配备了由AI Engineering?工程公司设计的成套设备,这家都灵的公司是业内最有实力的公司之一。整个设计以建筑概念和支持可持续性发展相结合为特点。
一体化设计
意大利建筑公司在短短的六个月时间里完成了建造大楼的任务(工程总造价达3200万欧元)。整栋大楼由金属结构支撑,这些金属结构的抗风功能则由垂直方向上向心灌注的钢筋水泥实现,整个工程首选的建筑方式是干式建筑法。
自设计之初,方案设计者就以获得高效能为主导思想。到后来的具体实施,战略上主要考虑的是如何节能,具体做法是:
大楼正面对着地铁出口和米兰展览中心的入口,这部分墙面呈蜂窝结构,配以透明的茶色玻璃,同时上面还附有铜/金色的遮光保护材料。这些镜面材料和不透明材料由南向北渐次交替排列。大楼的东墙全部覆以金色材料,而西面的墙体则通过窗户则可以实现通风。
整个建筑物在视觉效果上可谓独具匠心:正面可以以一种优雅迷人的方式将太阳光反射回去,特别是夕阳西下时分,大楼的墙面给人的感觉是一个律动的金色表面。
工程设计、配件生产以及支撑结构件和表面材料的安装主要由斯达普·皮彻雷工程公司负责。
大楼正面玻璃材料的这种交替性的设计左右着表面材料的选取,同时决定着设备的布置。这种设计的灵活性,使设备在布局和控制系统的安装方面对建筑产生的影响较小。
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空调技术
楼内环境能够持续地保持在舒适的条件下,实现这一功能主要靠建筑物外墙的反光作用和一套混合式的空调系统共同发挥作用。这一系统通过热辐射交换和在少量空气流动的条件下就可以实现初级空气的交换发挥作用。这套系统可以使整个楼表面的温度保持高度稳定,并且可以合理控制能耗。
在办公室和会议室内,空调设备被安装在双-区域:设备对着玻璃外墙的方向安装,深度为2m,这部分设备可以取暖,也可以制冷,依据外界气候条件进行调节;在楼内其它地方,天花板空调只用于取暖,只用于调节内生的热量。
空气处理设备由一套可执行完全控制的全自动系统负责,这套系统还可以进行监控、混合操作和对所有技术设备进行编程,包括控制安保系统(消防、防盗、出入和视频监控等),从而更好地实现对整个大楼的管理。
从建筑原理方面需要解决三个层面的问题:整体布局、周边配合和设立监控中心。其中最后一项通过一套数据收集系统和与局域网连接的控制台实现。这些系统主要用于对能量消耗、报警中心的监控,还可以接收设备的维修信息,协调控制各种技术设备和安保设备。系统通过网线只须在唯一的一个平台上传输数据、声音和图像,从而减少了系统的复杂性,同时也实现了信息数据对外部的全面开放。
关于能耗需求的设计,这里依据的是伦巴第大区现行的,建筑物冬季空调设备所需初级能源的计算标准EPH,并且达到了A?级标准。与同类系统相比,这种设计比传统设计约节省1/3的能量需求。
中央空调系统
中央空调设备主要安装在大楼的半地下,与设备所服务的区域相比,这些设备距离建筑物的重心区域位置较近。
空调设备所需的冷热水由三个多功能冷凝式热泵提供,水温可通过储藏在集水箱中的,用于消防的地下水进行调节,这部分水在过渡季节和设备启动期间还可以储备多余的热量。
夏季时空调设备满负荷运作(能量可达720 kW – EER≈5.25),热泵可以制造冷水(6 °C?±5 °C)和热水(35 °C?±5 °C),这些热水主要供给那些后-取暖区域服务,即为空气处理设备和生活用热水提供热量。冬季时其中一个热泵(能量达781 kW – COP≈4.26)留作备用:可生产出6 °C?±5 °C的冷水和45 °C?±5 °C的热水。同时这个系统还与市政远程供热管网(能量可达1.4MW)相通,从而进一步实现备用能量的存储功能。这一系统可同时生产冷热水,这些冷热水再通过带四根管子的设备输送出去。这套设备可以最大限度地发挥其功能,特别是在过渡季节,系统在能量方面的最高回报甚至超出了设备的额定值。此外,由于系统可以同时使用冷热水,因此既节电又省水。由于系统以水为初级能源,并且冷凝器不需要强制通风,所以设备的造型更紧凑,同时也更静音。每个热泵还配有一个辅助性质的不锈钢热交换器,因此还可以将封闭回路中获得的水与从储水箱开放回路中抽出来的水进行调节。
客户:Gruppo Fiera Milano
建筑与景观设计:5+1AA Alfonso Femia Gianluca Peluffo with Jean Baptiste Pietri?建筑工作室
设备工程:AL Engineering工程公司、AI?工作室
环境协调、外观造型及声学效果设计:ALF Engineering工程公司、AI?工作室
结构、交通及基础设施工程:I Quadro?工程公司
供应商
热泵:意大利克莱门特(Climaveneta)
电水泵:Grundfos
空气处理设备:Samp
取暖用金属片及石膏板:Rirradia
地板式空调设备:Loex
取暖炉:意大利克莱门特(Climaveneta), Aermec
卫生排水设备:Geberit, Valsir
太阳能电池板:CSI
楼宇自动化控制系统:西门子(Siemens)
]]>建筑学及功能
其紧凑的楼体占据一个矩形的地面。主面面向北方和南方,侧面显露出楼顶的曲线形状,这种曲线的设计灵感来自于北海沿岸典型沙丘宽阔表面的正弦轮廓。
工作房间实际上没有结构性约束(横向宽度为14.4m),围绕庭院呈“U”形,共有三层:主要是专业办公室和工作室,它们根据不同需求占地60m2 到500m2,总有效面积2,700m2。所有需要自然光照的房间都最大化地设置了太阳光的透入。
室内的建筑形象具有直线度和色彩方案的中和度。外墙面和内部分隔墙广泛使用玻璃,产生一种开放空间感,强化了室内和室外感觉上的连贯性,促进了各项活动之间的互动以及各个企业之间的协作。各外墙面上的那些有限的不透明部分填充有很厚的隔热层且覆盖有铝合金板,遮挡着结构构件和周边技术网络。
由于庭院上方楼顶的透明部分,即便在多云的日子里,这里也有充足的自然光。屋顶的其余部分覆盖有一层肥沃的土层,其中种植有肉质草本植物(景天)。
方案和原理
ESIC的这个项目由NL Development公司推动,由Cepezed Architect、SmitWesterman(结构)和 Arup 工程公司的荷兰分公司(管线系统和防火)在客户方要求的基础上进行合作设计,客户方要求有:可持续性、灵活性、“工业”形象和很好的性价比。
其设计准则采用了减少对建筑内部环境的影响、节能等一些最先进的原则,其所采用的方法吸取了荷兰建筑的典型特征并有所更新,在传统上致力于合理利用资源,以及建筑系统的标准化。
其运行程序极其精简,由于通过信息网络的实时连接,对现场操作的需求被减少到了最少的必需量。这一点有利于建筑总环境影响的最小化。其设计研究的资质特征有:
— 按整个建筑的最长寿命预计,其目的是尽可能从时间上充分地利用所支配的资源,达到这一点所采用的方法是选择合格且耐久的材料和技术;
— 将能耗减少到最低的必需值,达到这一点所采用的方法是高效的建造方案和管线设备方案,它们基于可再生资源,且能够达到适度的舒适。
在设计期间,坚定不变的目标是,能源可持续等级为能源等级 A+(根据荷兰标准 NEN 2916,能效系数 EPC<0.7),该性能比本地企业的参考办公大楼高出30%.
该目标是通过一个将各种专业人员组织在一起的设计策略实现的,具体体现在下列能源环境方面:
— 隔热隔音性能很高的外墙面组件,它们的表面是透明的,且具有很高的太阳光反射系数;
— 采用了外形朝向南面的绿植被屋顶,这可以减少得热,只有庭院上方的部分是透明的,这能使太阳辐射投射进来;
— 安装功率减少到最小的必要值;
— 供热供冷的生产是通过可反转的空气热泵实现的,它以庭院的空间作为各办公室排出空气的收集空间,其目的是回收其中的热量;
— 采用夏季和冬季的空调设备进行平面建筑体的激活,该空调设备采用热泵供给的输入;
— 当天气好的时候,通过位于外墙不透明部分专门的自动运行开口,利用建筑内部的自然通风;
— 为空气处理机配备了强迫通风设备,其中采用了高效风机和分开布局的送风口;
— 安装了湿度传感器用于启动人工照明设备,安装了低能耗的照明灯;
— 通过一个光伏场来自动发电。
自给自足的运行模式
ESIC 的这种形式的设计,其目的是将外墙的交换表面最小化,并调节日光的照射,当然也调节了日光中的红外线成分,从而避免夏季的过度得热,并最大化地使用各个季节中的自然光。该建筑的正面是面向北方的,同两侧面一样共有三层,而朝南的一侧则只有第一层可以看到楼外的风景。在南侧,绿植被楼顶的下边缘被一个光伏模块带凸显出来,这个光伏模块带完美地集成在整体的朴素设计中,遮盖住了雨水收集瓦垄。
全高度的宽阔庭院是该建筑的能源策略中的一个核心角色,而不仅是从照明角度来看是这样。冷弯玻璃透明楼顶的隔热性能很高,安装有可自动移动的白色织物室内帘子,其技术取自温室的无遮挡屏蔽系统。
当需要的时候,直接太阳辐射会被拦截并将被传播到周围的房间中,当需要排出废气时帘子也会拉开,形成一种可以将气流输送向透明屋顶最高点的专用开口,与热泵的通道相比气流会优先从这个开口排出,热泵要回收排出气体中的大部分的热量供空气处理机使用,而空气处理机为空气加湿/除湿提供气流。
来自各个相邻房间的热空气聚集在庭院空间的上空部分。各个办公室通过一个圆形截面管道的管网直接接收到排出的空气,这些管道被精心地安装在屋顶,符合屋顶的结构元件那种有规律的视觉节奏。由于这些办公室之间有轻度的重叠,庭院中废气的路径是自然的,不需要吸气管路或者风机,这有利于设备的简化以及能源和经济上的节省。
混合通风系统可减小所安装的制冷功率,使排放到大气中的温室气体最少化。实际上,形成基本微气候条件的是遮阳的建筑形状(广阔的遮阳楼顶、透明的填充墙、建筑体的热激活、全楼高度的带透明天花板的庭院)和内源的负荷。这样以来要达到并维持室内湿热舒适度所需的人工空调量就降低了。
为了恢复该建筑所占用的整个面积上的自然属性,绿植屋顶为能量输入的迁移提供了一个重要的贡献,同时,它还用作保护层以应对楼顶结构上的碱性效应,(估计建筑构件的生命周期会增加一倍),而对于这个地区出现的大量降水来说,它能够起吸水和过滤的作用,同时减少了输送到蓄水池中的自然降水量。
结构和安全
整个建筑的设计是为了便于采用快速简单的建筑方法,它是基于预制的原则,除了钢骨水泥板和钢材的柱子之外几乎全部采用干式制造,其钢骨水泥板是钢筋混凝土的,它们对于建筑体激活设备的热惯性来说是必要的,而钢材柱子内部也是用混凝土填充的。
这些柱子是整体件,具有整楼的高度,它们支撑着楼板的厚钢梁(280mm),在7.2m和9m的间隔上根据成比例的网状分布,由容纳这些支撑和设备空间的所有结构核心来加强抗侧刚度。
那些水平的实体(包括第一层楼的地板、楼顶的那些弯曲)都有热交换作用,用带加强筋的板材制作,相对于下面的房间来说这样能够显著增加交换面积,同时也一起构成内部房间的画面。地板的装修是通过自平整的砂浆制作的,从而所有的管线设备网络都分布在墙壁或天花板上,这样有利于其用途的多样性以及各房间的功能区的灵活性。沿着庭院边缘的楼板侧面,那些梁在相对于集体房间中空气流通通道的位置设置有一些孔。
建筑方案、结构方案和管线系统的方案设计都是为了使ESIC成为一座集效率、功能和审美于一体的高集成度的建筑,这些方面系统地综合了防火安全需求,而在荷兰,防火安全通常要求每个防火管理区不大于1,000m2,并且其划分出来的的各个房间都具有很高的防烟、防火和防热特性。
各种标准的落实应用会使以可持续性为目的的设计途径徒劳无功。从而,其专业团队扮演了一个在客户需求和控制组件的要求之间的中间角色,以求在面对涉及到所有各种因素而专门定制的各种方案时摒弃常规。
这整个建筑被看做一个大型的防火管理区,排除了可燃产品和物品的存储,精心地选取所采用的所有建造材料,比如装饰品和设备,这样以来减少了可能的防火载荷(500 MJ/m2),所以其中的失火可能性被大大降低了。
冷热电三联产中心已于2009年6月启用,总部内多数建筑在屋顶上设置了太阳能光伏设施,其中第一幢建筑于2008年投入运行。其余的能源需求由环境可持续系统供应。
2015年3月,用作运动管理部的新建筑投入了运行-。该部门作为F1世界锦标赛的业务部门,圆满地完成了一系列著名的项目,使得这个跃马王朝的面目有了革命性的改变。
单座赛车工厂
这幢新GeS建筑(建筑设计:Wilmotte & Associé Architectes公司;设备设计:Polistudio A.E.S.)代表了法拉利所获得的全球最著名工业品牌的最佳价值,构成了法拉利公司宏大目标的一个关键要素。
该项目的目标是提高技术研发能力,扩大整个团队的处置空间,以求持续与顶级车队竞赛,并优化与高级跑车生产的协同,而有关的专有技术就源自于赛车。
项目范围中涵盖了若干的停车场和先前用作运动管理部办公室的一些建筑。首先在近旁的另一个区域重建了工场,同时在大约20个月的施工期内以临时结构方式布置了一些办公室。
该新建筑(约24,000m2)借助于品味独特的主体结构和线条,对法拉利品牌重新作出了诠释;项目设计高度关注建筑细节,在建筑和技术上采用了很多一流的解决方案。
通过创造协调的环境并优化生产环节,引导着在四个楼层上形成了有机连接的多功能内部空间布局(其中,地上两层,地下两层),并在这些差别很大的功能环境之间建立起高效、协调的相互连系。
就像顶级的法拉利传统车型一样,技术构件隐藏在吸引眼球的建筑外壳之下:各个机房均位于地下室,而平屋顶上设置太阳能电池板和集热器方阵(约700kWp)以及通风系统和通风末端。
供暖供冷中心和通风中心
空调系统由设在邻近Minipolo的供暖供冷中心,通过穿越地下隧道的三个回路供给。这些回路分别输送:
— 冷冻水(4~9℃;功率2,200kW);
— 低温热水(45~40℃;1,200kW),供给加热盘管单元、空气处理机组的后加热单元和卫浴热水的预加热单元;
— 高温热水(70~60℃;1,500kW),供应所有其它热能用户。
新GeS建筑的供暖供冷站设在地下二层,在由两台电动泵增压的所有分配总管的上游。仅为冷冻水回路和高温热水回路配备了换热器,而低温热水供应回路与相关的分配管道却是直接连接的。实际上,在这种场合,只有当Minipolo的试验大厅运作时,才会通过回收专用冷冻机的冷凝热量免费供应热水:通过直接连接可以最大限度地利用热能。必要时,从高温总管上分接出低温热水。
大部分空气处理机组设在地下二层,余下的机组布置在地下一层。排气先流经焓式转筒换热器(显热换热效率≥75%),然后从屋顶排出,或者在极少的场合,经建筑外壳的空隙(宽度70cm)排走。
集成监测、调节和控制系统是直接数控系统(DDC),由外围控制器、通信总线和现场元件构成。外围控制器通过与建筑管理系统的软件架构的整合,可以实现单独(单机)或协同自动控制和命令控制功能。
生产车间
新GeS建筑的入口(门厅、会客室、值守室、连接空间)是整个法拉利综合生产区共有的。该区域的空调采用地板嵌入式双重四管制风机盘管系统和新风系统,利用涡旋式风口按中性条件送风,无回风,以免空气从入口车道回流。
现在我们从F1单座赛车的生产区和维护作业区起,开始介绍从低舒适度到高舒适度的各个车间及相关的空调系统。
布置在地下室的生产车间配备的是四管制辐射吊顶系统(高度4.5m),供给的是等流量的33.3~36℃热水(冬季)和15~17℃冷水(夏季)。控制单元分别由4个电动阀(关停)和2个自动流量阀组成,用于自动控制流量,阀门由与整座建筑的建筑管理系统相连接的调节器自动操作。
依靠装在一次空气回风风道中的温度探头调节作业区内温度。在单独的办公室内装有就地调节器,利用室内温度探头和手动校准旋钮(±3℃)调节室温。露点探头可以防止管道表面和辐射板结露。
利用装在辐射吊顶内的风道和结构适当的置换风口,通风系统会按中性温度(冬季)和20℃温度(夏季,以减少部分敏感负荷)引入新风。通过装在周界墙壁近旁吊顶中的静压箱或室内自由风口实现回风。
车间内的液压试验台用于使车油维持规定的温度条件:试验台通过一个专门回路,连接冷冻水总管;该回路一直通达专门供油和调节油温的加油站,回路中配备了三速循环泵、探头套管、压力表、二通电动调节阀和两个平衡校准阀。
在生产车间旁设立了遥控车库,用于分析赛车时获得的遥测数据。遥测车库由一个大厅、一个休闲区和几间空调机房构成,大厅中配备了监视器和PC终端,休闲区内将箱式冷风机嵌入吊顶,有可能将部分新风(2,270m3/h)送入箱式冷风机。
仓库和库房中安装了单纯供暖的壁式空气加热器和按中性气候条件(冬季)和20℃(夏季)温度将一次风引入室内的新风系统,因此,不存在控制冷却,而是利用直接安装在风道上的风口。在车库的每一根车道入口和调车区内安装了两组垂直气帘,气帘装在电动大门上,由空气加热器回路供给。
更衣室配置了全空气通风系统(换气能力4,700m3/h),利用高引风率的风口,在中性气候条件下(冬季)以及按照户外气候条件(夏季)引入新风;诊疗室采用吊顶嵌入型箱式冷风机和新风实现空气调节;浴室采用散热片和回风。GeS建筑中的所有杂用房也都采用散热片和回风这种方案。
红色作业区
一走入该建筑的底层,映入眼帘的便是占据中央很大一块面积的全高红色作业区,区内设立了组装单座赛车的各个车间以及相关的仓库和若干办公室。作业区采用全空气空调系统,配合5组后加热,以便根据服务区域和补气需求更好地控制温度。利用裸露的风道,通过嵌入吊顶的涡旋风口和送风喷嘴送风,后经回风格栅排出。在试运行阶段,整个系统实施了全空气循环运行。
各个车间的空调采用高效辐射板,设置在大约5.7m高度上实现供暖供冷,与地下室中安装的系统很类似。通风系统通过微孔墙壁,引入18℃(冬季)和20℃ (夏季)新风,而这些墙壁起着置换风口的作用。内部仓库及其它有特殊热负荷要求的房间均配置四管冷风机,每台冷风机均由自控的调节器和温度探头控制。
洁净室服务于液压车间,接纳单座赛车上特别机密部件的生产过程。为此设置了自主的全空气空调系统(5,800m3/h,其中仅250m3/h用于卫生换气),其空气处理机组配备了:一次预过滤(G3)、加湿冷却(仅实验室采用蒸汽加湿)、水滴分离器、风机段、二次预过滤(F9)、绝对过滤风柜(仅用于洁净室)、加热和后加热。
根据环境热负荷和/或特定传感器感测到的污染值向不同区域输送空气质量符合ISO6级或7级的不同量的风。通过装在洁净室吊顶内的风道过滤器出风,这种方式可以最大限度地减少分层和滞流,避免了污染颗粒积聚:为此,在验收阶段作了烟气试验。
强制排风系统
实际上,所有生产车间都配置了排风系统,设置位置一般都与所使用的机器相对应,而绝大部分排风管道向供暖供冷中心附近的专用风机房汇聚。为了根据屋顶上各个排风点优化管道路径,对某些系统作了分散处理。
一般,根据相关空气处理机组进风量和排风量的逐步变化,局部再整合生产车间的排风,或者要求从其它车间和邻近房间排风。
大部分生产活动集中在红色作业区内,在该区域内按离地4.5m的高度安装排风系统。在所使用的装置中,值得注意的是带吸尘器的工作台(去毛刺间、诊疗室、车体仓库)、烘炉(车体仓库)、排风罩(冲洗站、电子器材仓库)和吸尘臂(变速器试验台)。
红色作业区外的其它生产车间包括有:
— 钢圈轮胎清洗(2个吸尘罩);
— KERS系统/组件,带KERS库房/堆栈,藉此在排风机运行期间检测氢浓度是否有可能增加;
— 电子实验室(在振动台上安装吸尘罩和排风机);
— 液压实验室(为液压系统的组装设置6个小型排风罩);
— 管道车间(在车上焊接风扇和过滤器时适用的吸尘台);
— 拆卸引擎(在引擎支架下面部分安装吸尘口);
— 赛车组装(在地板上隐蔽设置带耐高温软管的吸尘口,用于抽吸引擎的排气);
— 装拆车架(配备了针对机构的烘炉,沿夹层地板布置隔热不锈钢排风管道);
— 拆卸油箱和刹车(只配备简单的吸尘器)。
设在二楼的办公室
在GeS建筑最上层的一大块中央区域为开放式办公区,沿墙壁周界布置了多功能厅、单间办公室和会议室。房间内都配置了类似于前述的辐射吊顶、新风系统和地板嵌入式冷风机,以减少某些区域内可能会发生的较高的内部热负荷。
利用置换风口和辐射吊顶按中性温度(冬季)和20℃(夏季)引入新风,同时利用吊顶上带自由风口的风道(开放区域)和静压箱实现回风,而静压箱安装在与外墙对应的吊顶中,这样就能在受到辐照的墙壁附近引入新风。
多功能厅由一个分区全空气空调系统提供服务,从设备角度来讲,可将整个场地划分成三个可独立管理的区域,根据拥挤程度(20mc/h·人)和外部新风量的变动,实施自由冷却或局部循环。
全年引入室内的空气温度不超过15℃;温度调节依靠装在每个区域内回风风道上的温度探头,而湿度控制依靠设置在总回风风道中的温湿度探头;后加热组合由辐射吊顶的热回路供给。
杂用房
新建筑每个楼层都设置了吸烟室,室内配置了供暖供冷的辐射板,以及装在吊顶中的在工作时间内连续运行的排风换气系统(总能力108m3/h),通过与附近走廊连通的格栅引入新风。
在下面几层中都装有消防过滤器,而其自增压装置由外部主控元件(控制运行)和装在过滤器上的内部黑色元件(带风扇)构成,后者装在墙壁上或吊顶上,通过风道与外界连通,所以,在发生火情时也能起到作用(REI 120)。
除了各区和各层安装配电屏的房间之外,对于电气间、不停电电源间、遥控车库的服务器间和KERS机组间,为了各种布线仪表和特殊设备,全年采用以下方法供冷:
— 空调柜(KERS机组间配备了防爆电机和无火花风扇);
— 吊顶嵌入式箱式冷风机;
— 在电路机架中组入空调模块;
以上装置均由专用冷冻水回路供给,并由采用优惠供电的电动泵增压。
能源使用的核心特征
大楼设计遵照了项目的热力学目标:实际上,设计时只考虑气象现象(太阳辐射、空气自然对流)和内部负荷(依次为:用户、打印机、计算机、人工照明、显示器、冰箱和咖啡机)的作用,同时利用建筑形状、建筑物本身的热容量和热惯性,使室内保持正确的舒适采暖条件(22~26℃)。甚至不考虑安装强制机械通风系统,代之由建筑管理系统“轻柔”地控制门窗自动开闭,用以验证室内变量(温度、湿度、照度、空气质量)是否处在稳定范围之中,必要时按照用户需求操作辅助装置(门窗、人工照明)。
因此,显著的好处是只使用可再生能源:相对于屋顶平台倾斜15°设置的由单晶硅模块构成的218m2的光伏电场(32.16kWp)覆盖了大部分用电需求,实际上整幢大楼的运行不需要维护。因此,管理成本倾向于与能耗一致。
如何实现的?
这幢大楼(使用面积2,421m2)耸立在康斯坦茨湖畔(Constance Lake,海拔高度404m)的卢斯特瑙镇(Lustenau)的近郊,位于一片河漫滩的中央,其特点是平均气温在-0.7°C(一月份:-3.8°C~2.7°C)与18.4°C之间(七月份:13.2°C~23.6°C),降水主要集中在夏季几个月内(最大降雨量135mm),旱季为二月份(降雨量62mm)。
底楼(自由高度4.21m)设有两个相对的入口,开设了一个画廊和一个小餐厅。以上五层(层高3.36m) 用于办公用途,其中有一层为 BE 设计事务所。层高之所以较高的目的是便于空气循环。
立面相互错转几厘米
奥地利的设计公司在结构、建筑物理、能源优化、照明技术、电气设备和消防设施领域中的专家顾问的帮助下,完成了对整幢大楼的设计,并始终全面监督着设计和建造过程。
通过对设计工作的整体研究,克服了对框架支撑结构的正交性和不平度的典型限制。对于2226大楼来说,外墙既不是简单地振捣而成,也不是罩在支撑框架上的蒙皮,而是根据技术需要和外壳要求性能而砌筑成形的刚性体。
大楼设计极其紧凑,楼体(体积13,138m3)宛如边长约24m的立方体(S/V比:0.263),但是,采用陶土砌块方便了砌筑微凹墙体,而大楼的特点是几个立面之间、从一端至另一端有几厘米的轻微错转和微小弯度,这种设计虽说出于物理/技术的需要,也是缘于设计师的灵感。
实际上,为了调节不同季节内采光量、热量、进风量和出风量,基于能源流程图对楼体作了仔细的模拟,以求优化各楼层的太阳能增益和室内照度。
内外之间
因不安装可控式机械通风装置,在立面上开设了若干个窗洞,它们对于室内的温湿度平衡起着极其重要的积极作用。在各立面上均匀开设了窗户,几乎完全朝向四个基点,无论是否受到太阳光直接辐照:这些窗户的总面积为立面总面积的24%。
因窗框嵌入厚墙的内弧面,故较大深度的内弧面遮蔽了玻璃窗,减少了太阳能增益,尤其是在夏天,并有利于自然光线射入而反射到侧面洁白的外墙上。
门窗(Uw0,5W/m2K)是由一家专业生产室内家具的当地公司制造,按照项目的能源需求量身设计的。所有窗户均宽1.84m,高2.96m,而底楼窗户例外,高4.07m,安装在地板上方 +54cm 标高位置。
窗框材质为油浸处理过的芯板,窗户由支撑三层低辐射复合玻璃的固定型材和全高活动窗板构成。窗板根据立面承受辐照的情况装在右侧或左侧。
因为窗框装在沿窗洞外周凿出的专用槽内,所以从外面是看不到窗框的,只有窗板是立面上唯一的彩色标志。由于窗框内装有小机构,因此,窗板能像两脚规那样向外打开,以实现自然通风。
低低的窗台和触及天花板的内弧面使得自然光线深入室内空间,抑制了照明电耗,避免了热空气(最轻)和冷空气(最重)在通过狭缝时互相影响。
内部空间作了最少程度的装修:水泥地板,墙壁和天花板抹灰泥。所有技术孔都留在墙壁内,用木盖盖紧。电线穿套管从地板下走,然后沿木线槽向上伸展;工作场所均安装了架空地板。
墙上既没有插座又没有开关:每个区域均在室内墙壁上嵌入了一个显示器,藉此反馈与室内外气候条件和系统运行状态相关的数据,并允许用户实施局部的有限干预。
陈旧建筑的改造
Poseidon Haus 大楼建成不到20年就呈现出陈旧过时的趋势,这一点与美国世贸双塔的不幸遭遇有点类似,但并非是引起争论的唯一一点,而根据现代原则也引发了一些在空间功能上值得注意的问题,同时根据标准、技术和节能的要求也有必要实施深度改造。
实际上,这是一幢特别的能源密集型综合楼。冬季供暖的热负荷曾为100kWh/m2a左右,而夏天供冷的热负荷更为140kWh/m2a。尽管这幢大楼的地段位置很有魅力。但是它的种种缺点,特别是高昂的管理维护成本,已经严重地损害了其物业价值。
往昔的 Poseidon Haus 大楼,如今的 Leo 大楼以银行徽标中的狮子作为纪念标志,目前是德意志银行的总部,也是一幢综合性办公大楼,每天大概要接待1,500人进出,特别是那些按照 LEED 协议(金奖)的能源认证人员。
扩建、节能和舒适
这个改建项目由 Schneider+Schumacher 设计事务所主持,其主要目标定为整个楼群统一设计思想,使新的工作场所与新的外立面之间恢复明晰、协和的关系,不再按照空间的外观构思,而是将整个楼群作为能够为活动提供最佳环境条件的总体进行设计。
在约20个月的施工期间,现有的两幢连体楼完全拆清腾空,并对四周的钢筋混凝土结构作重点破拆,以求增加立面的开放幅度,使楼内外形成最明晰、舒心的关系。
拆除了楼底下的建筑结构,另外再建造一个横贯新楼,楼体从17层倾斜至9层,从楼顶的露台上可探身俯瞰城市全景。除了使总面积增加了约15,000m2(现在建筑总面积略低于50,000m2)之外,从布局观点来看,这幢新楼体更使 Leo 大楼成为一个统一体。
现在,主入口实际上借助双高新大厅,大厅面向广场并位于封闭的内部庭院之中,后者供休闲和代表活动之用。将全部主要的公共活动功能(酒吧、食堂、厨房、服务区等)分布在大厅底层,登上上层全透明的连接空间,可以进入原有的两幢连体楼宇。
改善能源绩效,使之符合客户的环境目标和舒适条件,构成该项目的下一个认证目标,为此也可采用双层外皮的建筑外壳系统实现这一点,而 Permasteelisa 集团成员的德国 Joseph Gartner 公司对此创新理念作出了全程指导。
与以前情况相比,目前冬季供暖的单位能耗为28kWh/m2a, 夏季空调供冷能耗为59kWh/m2a,供热供冷的一次能源总需求减少了60%。
供给立面的压缩空气
德国好多地方夏天气候温暖,因此从节能角度讲,双层立面(双层幕墙)是特别有效的方案。安装在 Leo 大楼立面上的空腔封闭型立面(CCF)构件实际上构成了一个由相互隔离的下述模件组成的双层表皮系统:
–? 铝合金断桥隔热框架;
–? 外层整块特殊玻璃(厚度6mm);
– 水密内部墙体(厚度94mm),利用细管网以最低的速度将干燥压缩空气吹入空腔,实施定期换气;
– 机动转向的遮阳遮光装置(软百叶窗帘、卷式窗帘)安装在通气空腔内,通常由集中控制管理机构操纵;
– 内层中空玻璃。
压缩空气经过过滤后流入墙体空腔(50L/h;0,05-0,2bar过压),目的是侵入空腔内的粉尘,根据外部温度冷却模件,防止结露。CCF 模件冷却空气的温度越低,则模件含湿量也越低。因此,CCF 模件不仅可以避免在外层玻璃板的内侧结露,而且也不需要传统型双层幕墙那种典型的清扫作业,后者会因对流带入悬浮颗粒。
CCF 详细介绍
Leo 大楼的外壳(总面积28,000m2)由2,598个 CCF 模件构成(总面积10,000m2),其中:
– 1,683个模件,宽度1,200mm(分成两种对称件)x高度2,300mm,安装在改建楼体的幕墙上;
– ?915个模件,宽度2,100mm(分成两种对称件)x高度2,300mm,安装在新建楼体的幕墙上。
只有小部分 CCF 模件是固定的,1,311个模件配属于采用缩放机构的立面(180mm以下)平行开启系统,利用大楼的建筑管理系统自动控制操纵该系统,不仅用于启动自然通风,而且在发生火情时排出烟气。
其余692个模件采用手动开启(70mm以下)。在这两种场合,开窗时,建筑管理系统会暂停机械通风和向有关的房间供给传热液。在开启窗户时,也可操作百叶窗帘。
CCF 模件的传热系数是较低的(Uw:1.0W/m2K),太阳辐射因子 g 等于0.44,但是,从声学观点说,CCF 的性能值得注意,在 Leo 大楼的房间内,噪声级降低到了37–45dB。大楼底层的透明立面采用竖框横档式双层中空玻璃的传统幕墙系统。
不透明的幕墙(14,000m2)为通风幕墙,由稳定的绝热层和按图制作的特殊平板玻璃构成,制作时,将粘合剂和增强玻纤(GFRC)倒入模具内,合模后开模。于是,这两种组分会在幕墙上交互排列形成一种纹理组织,从而使立面设计达到多样化和轻量化。
设备与安装场所
热力设备的设计由 Seidl+Partner 工程公司担当。由建筑师按照楼内房间的类别,联合评估将新风引入室内的设备的类型、位置和形状。美茵河畔法兰克福的气候是典型的大陆性气候,冬季寒冷(一月份平均 Tmin 为–1.1℃),夏天炎热(七月份平均为25.5℃),这些季节还常常因降水和相对湿度的峰值而出现特殊变动。以下表1中列出了新空调设备的设计规格。
表1 – 工程规格
该项目的气候条件 | 冬季:T(℃); U.r. (%) | 夏季: T(℃); U.r. (%) | |||
-12 | 90 | 32 | 40 | ||
项目区域 | 冬季:T(℃); U.r. (%) | 夏季: T(℃); U.r. (%) | 通风 | ||
办事处 | 22 | 35 | 26 | 55 | 6,9m3/h/m2 |
会议室 | 22 | 35 | 26 | 65 | 18m3/h/m2 |
员工餐厅、入口、大厅 | 22 | – | 26 | – | 18m3/h/m2 |
影印室 | 22 (max) | – | 26 | – | – |
更衣室 | 24 | – | – | – | – |
淋浴 | 24 | – | – | – | 100m3/h |
走廊、电梯 | 15 | – | – | – | ~3m3/h/m2 |
档案 | 15 | – | – | – | 3m3/h/m2 |
服务器机房 | 22 | – | 22 (max) | – | – |
厕所、楼梯 | 18 | – | – | – | 35÷70m3/h |
技术部 | > 0 | – | – | – | 3÷6m3/h/m2 |
注:温度偏差为±1℃。楼内最高进风风速为0.12m/s(冬季)- 0.15m/s(夏季)
设备间位于地下筏板基础和各楼顶的设备区内。冬季供暖制热依靠2台功率相同的板式换热器(总功率2,400kW),与城市远程供暖管网相连以备后援。利用配备了无油离心压缩机和冷凝水系统的2个冷冻机组(总功率2,500kW)制取冷冻水。
采用微孔铝板制作的辐射吊顶,并结合新风,实现所有办公室内部的供暖供冷,而吊顶的激活范围到达离立面4.2m的地方。与大楼底层集会场所内透明立面相对应,安装了地板对流器。
按照使用区域的不同,安装了不同的通风设备;这些区域包括了:办公室和会议厅、大厅和餐厅、厨房、吸烟室等等。另外,还安装了排风设备,包括消防安全所需的,涉及厨房的橱柜、与垂直人员流动节点相应的分隔空间、卫生设施、设备间和维修间、车库等。
总的说来,空气处理机组设置在屋顶设备区内,主要服务于办公场所,并利用镀锌钢板制作的风道,沿竖井通道分配空气。空调和卫生换气所考虑的总风量等于228,340m3/h(送风))和225,890m3/h(回风)。
在夏季,进风17℃,直至外部气温至32℃;一旦超过此阈值,则按照实际需要,查核每个房间温度,逐渐降低进风温度。为了应对外部空气较高的湿度,余热回收装置利用一套两级间接绝热冷却系统,在湿热阶段切断部分回路(效率:冬季80%;夏季35%)。一般,利用:
– 线型消声风口(办公室,会议厅);
– 吊顶线型风口(大厅,连接空间);
– 螺旋型风口(餐厅、休闲场所、吸烟室),某些场合与室内陈设结合;
– 蘑菇头风口(服务器机房、走廊、卫生间、设备间等);
– 壁装格栅(设备间)。
排风终端主要为装在天花板上或墙壁上方的格栅型终端。厨房内配备不锈钢强制排风罩。
棋盘状绿地
绿宫项目起源于设计大赛,该客户正面对着一个刚获得批准的建设项目,决定对一些能够更好地解释深刻转型中的市场需求的一些方案进行评审。在这类“第二见解”的结果中,承载了项目先前的形态束缚,包含了优化楼体进深及重新布局垂直和水平路径,当然还另外深入评审了所有建筑事项并重新规定了结构设计和设备设计的要求。
在这种场合下,传统的庭院式建筑系统显示出了其全部现实性,在适应多相的都市背景的同时,又不舍弃独特的个性。尽管建筑物本体的设计多么不规则,但是立面的处理还是回归一致、有序并具结构特点的理念。
而该项目上面几层就像悬挂在完全透明的底层之上, 宛如一幅用硕大连续的画框装帧的风景画,采用竹竿竖直设置的玻璃幕墙遮阳装置,更减轻了框架的承重荷载。朝向作为内部自然活动空间的庭院,由遮阳竹屏开合所形成的透光度和对比性因楼体立面的不同方位及室内外最直接联系的恢复而有所增加,更因为大厅内竖起的雕塑般的一段段楼道得到了强化,从而形成了欣赏内庭花园的不断变化的观景点。
从绿地和地坪按不同方式处置形成的规则、生动的棋盘形开放空地,交替相间的道路和逗留空间,同时存在的树木和光点,直至地下车库的通风隔栅,所有这一切都突出显示出了楼群整体的结构矩阵。
建筑形态的有序合理性与自然本源的要素独特性的反差也基于楼群的正面形象。因型钢的使用受到限制,故采用竹子构成遮阳屏,竹子间隔的疏密可随太阳辐照条件而变。
利用自动控制机构实现遮阳竹屏的固定或活动,形成玻璃幕墙透入光线的不同疏密场景,恢复了建筑物的生气勃勃的形象。绿宫项目由 GaS Studio 建筑事务所设计开发,造价大约0.21亿欧元。
空间和功能
地下均为一层,用作车库和水电气设施间,而地上几层如下分布:
-A 楼,地上5层,主要朝向为东/西,底层用作商务(展厅)和生产工场,而以上几层保留作为办公室;
-B 楼,地上5层,主要朝向西南/东北,底层作为生产工场,而以上几层作为办公室;
-C 楼连接A楼和B楼,一共两层,朝向南/北,专用做生产工场。
在设计这几幢楼房时,将安装电梯、卫生设施、技术用房和竖井等重点考量纳入了其中。大楼底层经由街道(A 楼)和地面停车场(B 楼和 C 楼)进入,底层有两条过道,通向庭院、地下车库和进出车道,于是限定了项目北边的周界区域。
通过中央部位的全高门厅,可以分头进入每个楼体的上层空间,这些门厅的特点是朝向内部花园的墙壁是完全透明的,并设置了观景楼梯和分布式阳台。
在底层以上,所有楼层空间均按开放空间,而且每个楼层都布置了一个夹层;仅在A楼内设置了若干单间办公室。沿楼层四周和纵向轴线分布着圆柱状立柱,这样,便能够为作业活动留出更自由的布局空间。附属的安全梯和技术井配置在 A 楼和 B 楼楼顶的相应位置,而在两幢楼的顶层都布置了面向庭院的大阳台。
整个楼群将大概9,100m2的面积用于办公室(每个夹层最多能设120间),约1,800m2用于生产工场(层高为5.65m),另有235m2用于仓库。
建筑外壳由多层防水预制装饰板制作,安装在多层保温隔热材料上,以保护承重结构和灰泥饰层。透明立面采用高隔音隔热性能的断桥隔热连续双层幕墙玻璃构筑(Uw 1.53W/m2K)。供热供冷中心位于主楼屋顶上,因建筑设计中未考虑保护结构,故由米兰 Alpiq InTec 公司采用轻型模块化结构系统制作了该结构。
在 A 楼的顶层,安装了供给整个楼群包括展厅专用的冷冻机组、热泵以及用于 A 楼和 C 楼办公室和展厅的空气处理机组;B 楼用的空气处理机组就装在 B 楼的屋顶上。针对办公室和展厅所占据的建筑面积,已配置了全套设备。对于生产工场所占据的建筑面积仅作了一些准备,待将来由用户负责安装空调系统。
柔性和可持续性
由 Ariatta Ingegneria dei Sistemi 公司负责实施设备项目的规划设计,对此客户提出了以下原则:
– 在有关可预计的功能关系上实现柔性化和易修改;
– 将管网和室内终端与建筑形象很好的整合;
– 运行操作有弹性,配置与管理成本无关的计费系统;
– 降低能耗(建筑物须达到 B 级节能认证),最大程度地减少温室气体排放;
– 优化维护作业;
– 尽量利用可再生能源。
譬如,为实现功能柔性化并确保按美学观点将办公室与周围环境相整合,采用了以下方案:
-在敷设电网、电话网络和数据网络并预计为内部分隔将安装活动墙壁的房间内采用高架地板;
-按照高度模块化原则选择暖风机、新风分配终端、照明灯具等装置的分布方案,以透明幕墙的分隔作为基本模块。
在能源和环境可持续性方面,采纳了许多方案。譬如,空调水暖分配系统采用变量型。关断单个办公区内的空调系统就会自动切断所有暖风机和相关调节机构的电源,并同时关闭所有二通调节阀,取消传热介质的供给请求等等。
因不采用内燃式发动机,故该楼群实现了本地零排放,而安装在屋顶上的光伏阵列(捕光面积1,200m2),又起到了降低总能耗的作用。
卫浴热水先是引自自来水管,然后经板式换热器预热到40~42°C,再储存在电热锅炉中,并加热至65~70°C作抗军团病菌处理。板式换热器由热泵冷凝器回路供给热量。如此所提供的卫浴热水可覆盖年用量的一半。
建筑设备管理系统 BMS 的选择既要按节能观点响应技术系统的优化运行,又应便于单个租户负责实施管理(例如:运行时数、温湿度。消防安全和防闯入等)。
屋顶上的供热供冷中心
供热供冷中心(总功率:1.8MWf;1.5MWt)的构成如下:
-3个配可逆式热泵的多用途冷冻机组(560kWf;440kWt),供应办公区和生产工场;
-1台备用热泵(560kWf;440kWt),供应展厅;
在夏季和春秋两季,优先回收利用冷凝热量,供给可能的供热和生产卫浴热水的需要;在冬季,也可以利用蒸发器产出的冷冻水满足可能的供冷需求。超出需求的任何冷凝热量都可以通过与空气交换而排出。
每台冷冻机组都与输送一次热水(42°C)和一次冷水(8°C)的相关循环水泵相连接,制暖过程和制冷过程在电气上是互锁的,以便使它们的运行与相应的发动机或电动机及预定的关停顺序同步。
设置在水暖回路中平衡水箱下游的附属电动泵供应空气处理机组、暖风机、辐射地板和散热片,而散热片安装在洗手间和其它服务房间中,安装时散热面向外。
通风系统由4个空气处理机组构成,全年生产14~15°C的空气,每台机组负责供应相应的楼体(最大排量为:A 楼,35,000m3/h;B 楼,22,000m3/h;C 楼,5,800m3/h);第四个机组(16,500m3/h)备用于展厅的全空气空调系统。
所有机器都配备了变频风机和余热回收换热器;换热器中有适合办公区的焓轮型(效率≥75%)和高效静止型交叉流式两种,都能当外部空气条件和/或排出空气不利于热量回收时在排出和吸入阶段实施旁流。
隐蔽的终端
在每幢楼中,门厅采用全空气空调系统,并辅助安装了辐射地板。送风和回风的分配依靠设置在可视位置、竖向伸展的采用镀锌薄钢板制作并刷涂白漆的多孔循环风道。在春秋两季及外部气温允许时(冬季,T=17~20°C;夏季,T<28°C),A 楼和 B 楼的门厅内启用自然通风模式。
在办公区,空调系统的设计考虑到尽可能好的“清洗”室内空气,将暖风机像出风口那样隐蔽起来,以适合叠加安装在微孔板假顶模块上。
对于每一个夹层来说,新风主风道都向假顶分岔配管,在每个分支接口处配备了自平衡型可调节挡板。通过二次风道局部与暖风机相互整合,后者具有一个独立的室温调节装置。相反,回风始终集中于办公区的假顶之上;在洗手间,只考虑采用强制排风。
暖风机隐蔽安装在假顶内,因此需要选择高度尺寸小的型号。暖风机由四管网络供给并配备了自动流量阀,其特点是按“U”形配管,将送风和回风布置在同一侧。实际上,风机盘管通过微孔假顶抽取室内空气,再经过热处理,通过法兰接口重新送入二次风道。
因为送风口处的静压力较高,故可以将多数暖风机设置在每个夹层的中央地带(连接区),按每三个假顶模块配一台暖风机的比例,将它们安装在合适的位置上,以利于维护作业而不会干扰工作场所。如果室内的有效面积按两个模块分隔,则假顶中的风道管网须考虑安装附属管架。
在展厅中,只安装全空气空调系统(冬季供暖:夏季供冷除湿),采用旋流风口和线性风口送风(沿陈列橱窗布置)。通过特别嵌设在立柱装饰面上的的隔栅回风,由立柱充任回风管道而与假顶中的主回风风道联通。设计楼内办公室时,还考虑采用由假顶中的暖风机构成的水/空气混合系统和新风供暖供冷,并带独立的室温调节装置。
在地下层,对于需要供冷的技术用房,考虑安装过载型直接膨胀式空调器和相关的冷凝器。将设置机组的房间作为排风设施使用。全部技术用房均安装电加热元件作为抗冻措施。设在同一层的档案室和仓库,因不要求自然通风,故只安装散热片(18°C)。
位置和规划
Wynyard Quarter(温亚德海滨新区)以前是工业区,现在要进行城市旧楼改造项目。ASB North Wharf(ASB 北码头)位于 Wynyard Quarter 中心,是一个能够同时具有公共活动空间和私人活动空间的综合型活动场所。它有两座大楼 —22号板楼(高27米)和23号塔楼(高52米),呈东西方向,中间有一座同高的玻璃幕墙走廊将二者连接起来。
一层用于公众活动(酒吧、商业店面、市民服务设施、可用作礼堂的多功能厅),可以从临街的入口进入,也可以从上层停车场进入。
23号楼的一层还有 ASB 银行的分行,从这里可以进入各个办公区(约1,650人)。所有办公区都有不同的功能空间配置和设置,其大部分都没有竖直分区,而竖直分区是从三层到六层的所有楼层。
所有办公室都有一个特色,就是中央庭院,竖向上穿过所有房间,在所有层面之间形成沟通,建立直接视觉联系,营造了独特的工作空间,而楼梯位于中央庭院的对角线上。
23 号楼的最高几层供领导层使用,而 22 号楼的最高层是餐厅。上下通行区域和卫生间区域都设置在楼体外围,而主设备间位于楼体的二层和最高一层。
支撑结构为钢筋混凝土和钢材,这样的结构具有宽阔的透光空隙(约10米),可以构建出具有灵活性的表面。比如在露天区域或双层高的区域,房间构造所传达出的开阔感和通透感,很像大型公共建筑。
从室外看,整个楼体的结构极具自由度,颜色也丰富多样,这些特点令每个房间都像盒子一样活泼生动。建筑设计由 BVN Donovan Hill 与 Arup 设计事务所的悉尼办公室合作完成;Arup 工业公司的悉尼办公室还对客户减少“碳足迹”20% 的目标有决定性的贡献。
活动的位置
工作活动是根据“基于活动的工作”的原则,不仅布置了基于流线型和无约束、多用途且互相联通的空间,而且还相应地降低了工作房间的能耗。
这项创新设计理念把工作空间的数字革命效果提升到了极致。无线系统的使用保证了楼内各处都拥有网络连接,所有工作位都无需被限定在固定的位置。并且,据该公司证实,相对于职员和领导的实际总人数,办公桌减少了20%。
除了一些关键工位(比如,前台、服务岗)之外,这种不固定工位的特点,会在各种舒适度因素上(热和冷、空气流通、光强、噪声等等)带来不同程度的个人感受,发挥重要的作用。
每个人都可以找到自己的理想工位,并且在需要时可以改变室内的各种环境舒适度因素。这并不排除对工作环境进行设定的可能性。通过对陈设品方案的专门研究,可以非常有针对性,并且有足够的差异化,从而能够达到令人满意的个性化程度。
灵活性
在设计研发部门,用于工作活动的各个区域都考虑采用不同的管路设备轮换方案,比如采用冷梁、可调气量系统、暖气等。还选择机械式和自然式混合通风系统。
在经过仔细的湿度分析之后,Arup 的设计师确定了运行模式,在一年中的较长时期,都能利用无成本的自然通风,另外采用机械设备,用于除湿和废气中热量的回收。
分成性受控通风设备设置在进风口地板附近,其目的是保持较高的空气质量。注意到制造商的指示和送风方式(可调气量)说明,研究了一种多送风口布置模型,它能提供:
– 位于地面的灵活终端管路网络;
– 送风口位于经过专门设计的栅栏隔间中,或者和栏杆集成在一起;
– 送风口之间的建议距离和送风口与人之间的可用区域,最少为120厘米;
– 在走廊通道区域的天花板设置送风口;
所以,在办公室内送风口可以被用户识别,可以根据个人温度舒适情况来决定把工位设置在什么地方。
海洋气候微风的持续作用产生了被动自然通风。人们可以根据自身的感受来决定是否采用被动自然通风。这个系统非常简单,光信号系统采用交通信号灯的信号系统,由监控系统控制,通知各用户需要或者不需要与大楼交互,手动执行窗户(这指的是安装在玻璃墙壁中的反转气窗,开窗方式是伸出式)的打开或关闭。
树叶和火山
从能源的角度来看,整个建筑都是围绕主墙体设计的,通过这些墙体可以驱动入口处的“漏斗形”外部气流流入。北面墙体整年日照充足,安装有成百上千的铝合金遮阳板,外形就像 pohutukawa 树。整个遮阳系统,保护着60%的竖直透明表面不受阳光光线照射,遮阳板的布置表面上看是随意的,实际上是基于一种复杂的能量模型。
固定遮阳板的支撑钢绳像帆船的桅牵索,同时象征性的呼应了体育项目。在23号楼南面和西面的墙体上,透明墙面外有可运动的竖直遮阳板。
三个巨大的黄色大门从大楼的墙面伸出,凸显出了公共集合区,总体上复原了色彩极其绚烂的设计,既有标志性的作用,也具备实用功能,为楼内楼外之间提供了很好的透视效果,同时很好的控制了入口处的采光效果。
漏斗位于23号楼的楼顶多层庭院的最高处,这个玻璃天窗/抽气装置(底座处宽度是19平方米;高约11米)是在附近的造船厂用玻璃钢制作的,顶部逐渐呈锥形变细,形成“文氏效应”,能够把位于两个大楼里办公室内的空气吸过来。
这个“漏斗”,由于其形状像朗伊托托火山(Rangitoto)的锥形外形,所以被命名为“朗伊托托”。朗伊托托被上面的金属帆放大了,迎着海洋微风的方向,把自然光传到庭院内部。
这种静态抽气系统的形式是用 CFD(计算机流体动力学)软件设计的,减少了与电机驱动窗户相应的空气压力;窗户位于下风处,能够打开和关闭漏斗通往内部房间的通道,把烟囱效应最大化。
23号大楼的空气处理机位于抽气装置的四周,由于使用了这种系统,进风是靠很多自然进风口;而这种系统以及22号楼的北面墙壁,构成了这个建筑体吸引人的一个标识性建筑元素。
这套生物气候技术方案,估计总能耗为120kWh/m2a(包括照明、电力和其它非热能形式的能耗),相对于该公司之前的总部大楼中所监测到的数值减少了40%。
针对环境方面采用了建造、技术和管线设备策略(比如:雨水的回收和再利用;通过存在传感器自动打开或熄灭照明元件)达到了2009年新西兰办公室设计5颗绿星认证的最高级别。
技术设备
热冷设备的主要设计准则涉及设备的能源效率、生命周期总成本和最小化地减少故障风险和由海洋气候影响所引起的过早报废风险。
热流体的生产设备包括:
– 2台高效天然气锅炉,采用自由调节的燃烧器,每台(678千瓦)都能提供总需求热量的60%;
– 3组空气-水型制冷机组(每组 561千瓦),采用蜗杆压缩机和“零 ODP”液体,COP 可在6.3(部分载荷17%)、5.2(50%)和3.6(100%)之间调节,每个数值都能覆盖总制冷负载的33%。
热力设备位于地下层,空气入口位于停车场的坡路上;会议厅、管道系统和驱动器都位于热力设备的后部之上。排气口设置在外墙壁上,排烟道穿过建筑体,达到楼顶,排烟口是水平的。
制冷机组设置在22号楼楼顶的隔音房间内。为防止盐渍腐蚀,把制冷机组固定在基座上的紧固件都采用不锈钢,覆板都经过处理,连接到设备剩余部分的管道和接头都是不锈钢和经阳极化处理的铝材。全部辅助和控制系统都设置在专门密封的房间,加压并在进风口安装空气过滤器。
回路加压设备由多台速度可调的主电泵(以利于进气)和速度、流量可调的副电泵组成。如果一台泵停机,那么其它的泵可以保障提供总负载的70%,电机驱动的旁路可以用于低负载的运行。
机械通风
多台空气处理机用于降低新风侧的压降,全部都配备多个高效风扇和多个旁路部(用于回流空气),它们能降低新风风扇的耗电量。共安装了十二台空气处理机,如下布置:
– 2台用于北面,2台用于南面,4台用于22号楼的中央区域,位于平面楼顶上;
– 4台安装在23号楼,分别用于南面、东面、北面以及中央区域,设置于烟道周围的技术室内。
通过竖直立柱和天花板以及地板中的水平分支管路,空气被输送到相关楼层(22号楼从4层到7层;23号楼从3层到8层)。这些管道上安装了多个按区域调节流量的系统,可以根据需求进行流量调节。
送风口、风扇都设置在地板上,利于空气分层;其安装所采用的技术方案能够根据工作空间布局的变化,方便快捷的对其调整设置。
位于烟道上方的金属闸门由电子控制的电机驱动开合,通过它能够实现从楼顶抽排气。当自然抽排气装置完全关闭或半关闭时,具有热回收装置的空气处理机把空气回收利用,从而能够把庭院顶部空间保持在轻微的负压状态。
这时全部热力设备都封闭起来,并保持在过压状态,以保护全部设备不受盐渍损害。为预防附近工厂氨气泄露事件的影响,全部新风进风口还安装有专门的检测装置。
图1:CABR近零能耗示范建筑?
近零能耗建筑在中国首个示范项目
近零能耗建筑在欧美发达国家已成为建筑节能发展的最新趋势。自2000 年以来,多个发达国家先后提出了(近)零能耗建筑或类似定义并开展相关技术研究,并在政府指令、技术发展目标等文件中做出中长期规划。中国建筑节能工作至今发展近30 年,需要树立更高、更远的目标,零能耗建筑的研究正在逐步有序开展。本项目正是该理念在中国首先践行的实例。
表1:部分欧洲国家近零能耗发展目标
近零能耗建筑与绿色建筑相比,更加关注能源在建筑中的利用效率,通过高性能建筑围护结构、高效建筑用能设备、可再生能源的综合利用以及智能化的运行管理,达到建筑用能的超低限值。
本示范项目旨在打造目前最高水平的建筑节能与绿色建筑技术的高效集成与示范应用。与现有常规建筑相比,示范建筑提出明确的能耗量化指标,并承诺向公众实时公开能耗数据:“全年空调、采暖和照明能耗低于25 kWh/m2,冬季不使用化石能源供热、夏季供冷能耗降低50%、建筑照明能耗降低75%”。这对项目的设计、建造和运营提出了极大的挑战。
指标类型Type of Indicator | 指标Indicators | 目标值Target | 说明Description |
一般指标General indicator | 面积 floor area | 4025 m2 | 容纳180人 |
层数 floor | 主体4 层,局部2层 | 4F, partial 2F | |
认证等级 certification | GBL 3 starLEED Platinum Energy Star 95+ |
||
能源指标Energy indicator | 能耗水平energy consumption | 25 kWh/m2year | 含采暖、空调、照明heating, cooling, and lighting included. |
节能率 Energy saving | >85% | ||
最大空调功率cooling power index | 30~40 W/m2 | ||
最大供热功率heating power index | <15 W/m2 | ||
可再生能源替代率(电)renewable energy Ele. | 2% | ||
可再生能源替代率(冷)renewable energy Clg. | 40% | ||
照明功率密度 LPD | Reduce by 60%4 W/m2 | ||
资源指标Resource indicator | 节水率 water saving | 50% | |
非传统水源利用率unconventional water use | 30% | ||
可再循环材料利用率recyclable material | 15% | ||
舒适度指标Comfort indicator | 温度Temperature | 20~26oC | |
湿度 RH | 35%~60% | 非自然通风、工作时间 | |
PM2.5 | 35 μg/m3 | ||
CO2 | 800 ppm | 非自然通风、工作时间 | |
VOC | harmless | ||
其他指标Others | BA points 检测点数量 | 1500点 | |
wifi覆盖 | 100% |
高性能围护结构
项目设计原则为“被动优先,主动优化,经济实用”。其被动式设计体现在降低建筑体型系数、采用高性能围护结构体系及无热桥设计、保障气密性等方面。
围护结构采用超薄真空绝热板,将无机保温芯材与高阻隔薄膜通过抽真空封装技术复合而成,防火等级达到 A 级。导热系数0.004 W/m·k。外墙综合传热系数不高于 0.20 W/㎡·k。
示范楼采用三玻铝包木外窗,内设中置电动百叶遮阳系统,传热系数不高于1.0 W/㎡·k,遮阳系数小于0.2。四密封结构的外窗,在空气阻隔胶带和涂层的综合作用下,大幅提高门窗气密、水密及保温性能。中置遮阳系统可根据室外和室内环境变化,自动升降百叶及调节遮阳角度。
制冷采暖系统运行方案
示范楼的能源系统由一个基本系统和一个选择系统组成。基本系统用于保证项目的基本制冷及供热需求,选择系统则是科研性的,用于展示和实验。
示范楼的夏季制冷和冬季采暖采取太阳能空调和地源热泵系统联合运行的形式。屋面布置了144组真空玻璃管中温集热器,结合2组可实现自动追日的高温槽式集热器,共同提供项目所需要的热源。项目设置1台制冷量为35 kW的单效吸收式机组,1台制冷量为50 kW的低温冷水机组用于处理新风负荷,另一台100 kW的高温冷水地源热泵机组为辐射末端提供所需冷热水。项目分别设置了蓄冷、蓄热水箱,可以有效降低由于太阳能不稳定带来的不利影响,并实现夜间利用峰谷电价蓄冷后昼间直接供冷。
图2:示范项目夏季能源走向
图3:示范项目制冷机房3D 设计
在水冷多联空调机组等常规空调末端之外,二层和三层采用温湿度独立控制空调系统,房间内分别采用顶棚辐射和地板辐射。溶液除湿新风系统设置全热回收,新风经集中处理后送入室内,负责处理室内潜热负荷和部分显热负荷。室内辐射末端负责处理主要显热负荷,冷热水温度可以得到一定程度的优化,这样在保证良好空气品质的同时,实现了建筑室内环境的高舒适度和系统整体节能。
智能控制与监测系统
项目屋顶设有光导管,通过采光罩高效采集室外自然光,从黎明到黄昏室内均可保持明亮。照明大量用高效 LED 灯具,光效高达116 lm/W,并配置高度智能化的控制系统,与占空传感器、照度传感器和电动遮阳百叶联动,可室外日照和室内照度的变化,调整室内光源功率,在降低室内负荷与利用自然采光之间寻求节能空间。项目还展示了国际领先的 PoE 互联照明概念,采取IEEE 802.3AT 协议,利用 CAT5 网线同时实现供电与控制两项功能,照明控制软件也具备照明能源管理功能。
图4:互联照明供电与控制功能
室内设有多种环境控制装置,用户可以根据需求进行调节。通过分布在建筑内的近一千个传感器和分项计量装置,可以实时将运行数据传输至中央控制器,最终汇集到建筑能源管理平台。在这里,通过数据的统计和分析,可以实现对系统故障的迅速反应和准确定位。先进的楼宇控制系统,集成包括能源管理、照明控制、气象站在内的多个平台,实现建筑能源系统的集中管理和高效运行,为实现建筑节能保驾护航。
图5:智能建筑系统集成
运行管理
项目运行时需要面对针对性管理及促进行为节能的调整,如员工需适应辐射空调降温慢和夏季存在结露风险的特点。为此管理部门特意编制了示范楼使用手册,强调节能运行和管理,设置了多款“强条”,如空调开启时杜绝开窗,室温设置限制,和人走灯灭等要求。
经过近半年的运行实验和调整运行策略,初步能耗数据显示示范楼正在不断接近制定的能耗目标。
图6:示范建筑2014年能源分析占比
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此外,值得强调的一点是:由于热泵泵出的水能够达到高温,因此,现在可被选用替代住宅楼中的锅炉,而无需改造供暖终端。实际上,现代化住宅中的暖气片,特别是铝合金材质的暖气片,在获得65°C热水供应时能达到最佳效率。采用效率高得多的热泵实现这种替代,有利于取消锅炉的有害排放及其定期维护和认证。
至于太阳能系统,就是在楼顶上安装了5块2.5m2的太阳能集热板,用以生产卫浴热水并整合入整个供暖系统。所安装的太阳能系统配置了3个500公升的蓄热水箱。从设计理念和结构来看,这种水箱很特殊(远远不同于传统的压力水箱),但是管理和维护极简单。其特点如下:
–? 热量储存在蓄热水箱之中,而卫浴热水是瞬间生产的(发生在29公升的不锈钢蛇形管内)。这种系统保证了产出完全卫生的卫浴热水,既无出现军团杆菌的风险,也无赃物或水垢淀积。
– 带回排水系统(起放空作用)的太阳能集热板保证了最大程度的简化使用并省却了维护:避免了使用乙二醇(作用是提高能效),防止出现停滞现象(后者因标准型平板集热器中发生的热机应力所致,因乙二醇的化学作用和高温下产生的水蒸气作用,可能会造成内部回路损坏)。因此,不必再加注乙二醇了,而设备寿命也得到了相当大的延长。一台采用电子控制器调节的泵,通过控制集热器的运行参数和温度,以最佳的方式管理着集热器与蓄热水箱之间的水的流量。
由于所安装各个系统的结构和运行特点,这些设备不需要实际维护,容易管理和使用。对于客户来讲,安装太阳能集热板并用一台热泵替代冬季用锅炉并生产卫浴热水,有可能享受65%的税收减免优惠。为了从唯一的管理点正确管理新设备的所有参数,通过 Bacnet 网关有可能将所有新设备与现有的监控系统相连接。
结语
在使楼宇夏季和冬季的热载荷曲线保持不变的同时, 通过对比前几年的电力消费和能源消耗,验证新设备的安装有效地节约能源和降低经济成本。在实际应用中,这种比对对于设计师来说是很有用的,可以为客户提供尽可能实际得多的对不同设备方案的成本效益的精确分析。此外,最终可以最精确地计算出投资回收时间。