漢諾威國(guó)際博覽會(huì)辦公樓生態(tài)節(jié)能解析

漢諾威國(guó)際博覽會(huì)辦公樓生態(tài)節(jié)能解析劉仙萍單位中南大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)一、項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱:漢諾威國(guó)際博覽會(huì)辦公樓設(shè)計(jì)者:托馬斯·赫爾佐格(ThomasHerzog)時(shí)間:1999年春天地點(diǎn):德國(guó)漢諾威二、經(jīng)濟(jì)文化背景漢諾威是下薩克森州首府,北德重要的經(jīng)濟(jì)文化中心,面積203平方公里,人口51.4萬(wàn)。它位于北德平原和中德山地的相交處,正處于巴黎到莫斯科、北歐到意大利的十字路口,又瀕臨中德運(yùn)河,是個(gè)重要的交通樞紐。漢諾威又是工業(yè)高度發(fā)達(dá)的城市,汽車、機(jī)械制造等都很出名。制造業(yè)尤為突出,還有全國(guó)最大的輪胎廠。除商業(yè)、金融、保險(xiǎn)業(yè)外,展覽會(huì)議業(yè)、旅游業(yè)也蓬勃興起,歐洲最大的旅游社組織的TUI的總部就設(shè)在這里。漢諾威朝國(guó)際"博覽會(huì)城"快速發(fā)展在于戰(zhàn)后。戰(zhàn)后初期百業(yè)凋零,為了振興占領(lǐng)區(qū)經(jīng)濟(jì),1947年英國(guó)軍政府下令舉辦工業(yè)博覽會(huì),工程在一家名叫聯(lián)合輕合金工廠的廠址動(dòng)工,因陋就簡(jiǎn),開(kāi)辦展覽。除一年一度的工業(yè)博覽會(huì)外,漢諾威還舉辦其他定期不定期的國(guó)際性商品交易會(huì)、展覽會(huì)和會(huì)議,為各國(guó)工商業(yè)互相交流提供良好的場(chǎng)所,如1986年從工業(yè)博覽會(huì)分出來(lái)的CEBIT(以國(guó)際為中心的辦公室技術(shù),信息通信展覽),航空博覽會(huì),國(guó)際建筑博覽會(huì),國(guó)際商用汽車展覽會(huì),國(guó)際林業(yè)木工展覽會(huì)、國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)等,每年共200多萬(wàn)參觀者。1997年德國(guó)博覽協(xié)會(huì)為迎接2000年6月在漢諾威舉辦的世界博覽會(huì),決定擴(kuò)建其組委會(huì)辦公樓,提出設(shè)計(jì)要求是提供一個(gè)“高效的工作場(chǎng)所”,以及能夠詮釋博覽會(huì)主題(“人·自然·科技”)。接受該項(xiàng)目的是致力于可持續(xù)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)研究的慕尼黑著名建筑師托馬斯·赫爾佐格(ThomasHerzog)。業(yè)主的主動(dòng)意識(shí)加上建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師、科研機(jī)構(gòu)的通力合作。產(chǎn)生了一個(gè)普通造價(jià)、低能耗、高舒適度的建筑,它所采取的一系列技術(shù)措施,代表了當(dāng)前世界建筑生態(tài)節(jié)能的技術(shù)發(fā)展水平。三、生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)特色1.將辦公樓預(yù)算控制在普通造價(jià)水平。設(shè)計(jì)師將用于建筑節(jié)能技術(shù)的投資與空調(diào)設(shè)備因節(jié)能而減少的投資來(lái)彌補(bǔ),改變了以往節(jié)能建筑造價(jià)高昂的形象,加之建筑投入使用后的能耗降低所帶來(lái)的顯著經(jīng)濟(jì)效益,使節(jié)能建筑為眾多業(yè)主歡迎和接受。2.提出了明確的技術(shù)目標(biāo):低能耗、高效率、高舒適度。節(jié)能措施使室內(nèi)自然溫度盡可能接近人體舒適溫度范圍,改變了傳統(tǒng)高層辦公建筑對(duì)空氣調(diào)節(jié)的過(guò)分依賴。另外,對(duì)于人體舒適度也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn),除了室內(nèi)氣溫這一單一的技術(shù)指標(biāo)外,還增加了室內(nèi)界面溫度的均勻,各房間單獨(dú)控制室溫的可能性,以及小氣流、低噪音的空氣調(diào)節(jié)方式的要求。3.被動(dòng)式的能源利用方案由實(shí)驗(yàn)、模型至實(shí)踐,不斷進(jìn)行變革和發(fā)展。它放棄了采用太陽(yáng)能發(fā)電等性價(jià)比高昂的不成熟技術(shù),平實(shí)簡(jiǎn)潔的外觀摒棄了建筑華而不實(shí)的表面特征。四、生態(tài)節(jié)能技術(shù)措施該項(xiàng)目能源使用方案的技術(shù)要點(diǎn)是:圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通風(fēng)措施、溫度調(diào)節(jié)方案。它采用了一系列相互配合的技術(shù)和構(gòu)造手段,其共同作用的結(jié)果是最大限度的避免了動(dòng)用高能耗的機(jī)械設(shè)備。1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是雙層外墻系統(tǒng)。其外層為鋼+玻璃幕墻系統(tǒng),內(nèi)層則為木材+玻璃體系,而且在木窗樘內(nèi)集成了機(jī)械送風(fēng)管。內(nèi)外層玻璃均采用傳熱系數(shù)為1.1W/㎡·K的雙層真空玻璃。同時(shí),為了保證室內(nèi)由良好的觀景效果,外層玻璃采用了能充分保證透光度的特殊技術(shù)。與大片的雙層玻璃幕墻形成對(duì)比的是在建筑東北、西南側(cè)設(shè)置的兩個(gè)交通設(shè)備核心體,他們一方面滿足功能的需要,其尺寸、體量、定位也有助于減弱雙層外墻系統(tǒng)帶來(lái)的炫目問(wèn)題。核心體的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了帶內(nèi)保溫層的空心黏土磚幕墻系統(tǒng)。黏土大磚內(nèi)的空腔有利于保溫隔熱,并以干掛方式施工。與以往不同的是,用于該建筑的空心黏土磚采用了不加色素的天然陶土色,并且增加了磚的水平分隔,以減緩雨水在黏土磚表面的流速,避免高層建筑頂部的大風(fēng)將雨水揚(yáng)起。2.通風(fēng)措施通風(fēng)措施的原則是自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合,即使是機(jī)械通風(fēng)方式,也可以利用熱壓、風(fēng)壓為主,以消耗能源的設(shè)備為輔助。雙層外墻系統(tǒng)形成的空氣走廊構(gòu)成了一個(gè)巨大的通風(fēng)管,大樓每層設(shè)置8處進(jìn)風(fēng)口,每處進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)百葉設(shè)置有6種啟動(dòng)方式。根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)壓、外界氣溫參數(shù)等風(fēng)道試驗(yàn)及模型分析形成的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),決定了進(jìn)風(fēng)口的平面位置。結(jié)合屋頂氣象站數(shù)據(jù)以及空氣走廊上布置的6處測(cè)溫點(diǎn)提供的最高、最低、平均廊道氣溫,實(shí)施計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)百葉的開(kāi)啟方式。圖3自動(dòng)調(diào)節(jié)的進(jìn)風(fēng)百葉圖4通透的室內(nèi)展廳內(nèi)墻系統(tǒng)保證每個(gè)使用空間至少有1.8m寬、樓層高度的開(kāi)窗面積,當(dāng)窗戶開(kāi)啟時(shí),窗扇下部的機(jī)械構(gòu)件將自動(dòng)關(guān)閉機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)口,使自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)方式能靈活切換,使獨(dú)立控制室內(nèi)小氣候成為可能。例如在冬季,送風(fēng)系統(tǒng)提供了熱氣流,而在某些房間由于室內(nèi)活動(dòng)的加劇,會(huì)有停止采暖的要求,這時(shí)候就可以打開(kāi)窗戶,轉(zhuǎn)而使用自然空氣對(duì)流。機(jī)械通風(fēng)的送回風(fēng)系統(tǒng)也充分利用了空氣動(dòng)力學(xué)原理,以減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)間,節(jié)約能源。即:進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)利用高層建筑頂部強(qiáng)大的風(fēng)壓產(chǎn)生的壓力,排風(fēng)系統(tǒng)則利用排風(fēng)豎井中由于溫度熱壓產(chǎn)生的空氣動(dòng)力。為減少空氣動(dòng)壓損失,室內(nèi)送、排風(fēng)速度控制在1~2m/s,頂部豎井則達(dá)4m/s。3.溫度調(diào)節(jié)方案該建筑的溫度調(diào)節(jié)方案以春、夏、炎夏、秋、冬、寒冬不同氣候條件下室內(nèi)外溫度的分析實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),其中,炎夏和寒冬是兩個(gè)重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)。溫度調(diào)節(jié)的實(shí)施方案以節(jié)能措施為主,以機(jī)械采暖制冷為輔,達(dá)到了低能耗、高舒適度的目的。由于空氣走廊的緩沖作用,以及建筑材料的良好保溫性能和氣密性,在寒冷的冬季,室內(nèi)的人體活動(dòng)、燈具。設(shè)備產(chǎn)生的熱量提供了大樓的主要熱源。另外,該項(xiàng)目排風(fēng)系統(tǒng)的末端設(shè)置了熱交換單元,排風(fēng)中85%以上的熱量被截留回收后轉(zhuǎn)移到新風(fēng)中。因此,冬季采暖能耗被控制在較低水平。在夏季,由于空氣走廊和自然通風(fēng)的作用,室內(nèi)自然溫度與人體舒適溫度的偏差也被控制在較小的范圍。建筑結(jié)構(gòu)材料(樓板、墻體)作為蓄熱材料,起到了延緩室內(nèi)溫度波動(dòng)的作用。為了提高人體舒適度,達(dá)到低溫差輻射的效果,樓板上密布蓄水管,大大提高了樓板的蓄熱(冷)能力。傳統(tǒng)隔聲材料被取消,使室內(nèi)頂面、地面成為同質(zhì)均勻的兩個(gè)溫度界面。炎夏的白天,蓄熱樓板吸收了室內(nèi)的大量熱量,阻止了工作時(shí)間段室內(nèi)氣溫的快速上升;夜晚則利用晝夜溫差,將室外低于18℃的冷空氣通過(guò)冷卻裝置輸送至水循環(huán)系統(tǒng),將蓄水管內(nèi)的熱量釋放,使之在白天能重新起到蓄熱的作用。在冬季,蓄熱樓板蘊(yùn)藏的大量能量緩慢的釋放,從而有效的保證了室內(nèi)熱量的自然平衡,最大限度的減少了人工溫度調(diào)節(jié)能耗。博覽會(huì)辦公樓于1999年春天竣工,投入使用一年后的數(shù)據(jù)表明:它的日運(yùn)行能耗(包括水泵、風(fēng)機(jī)、電梯、照明、采暖制冷)約為12.5馬克/㎡,以采暖耗電量為例,其43千瓦時(shí)/㎡的年采暖耗電量,比德國(guó)低能耗建筑的標(biāo)準(zhǔn)還要低四分之一。五、小結(jié)以上從技術(shù)角度概括介紹了漢諾威國(guó)際博覽會(huì)辦公樓生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師將生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)理念、建筑的各種要求及節(jié)能的各項(xiàng)技術(shù)措施綜合分析,并使這多方面的因素成為設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)恿?而不是包袱),從而做出有特色的作品。這里有一個(gè)問(wèn)題,以今天的科技發(fā)展水平,是否要把所有的高科技(High-Tech)都運(yùn)用到節(jié)能建筑上,一切均由電子控制,讓建筑最終變成一個(gè)完美的機(jī)器呢?這應(yīng)該不是我們想要的結(jié)局。相反,其趨勢(shì)應(yīng)更向低技(Low-Tech)發(fā)展,以低技的儲(chǔ)藏能量的方式,更經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這樣的建筑,可以比成一個(gè)生物,能夠通過(guò)表皮來(lái)呼吸,進(jìn)行晝夜的“新陳代謝”,而使用者住在這種房屋里,也感到比在“機(jī)器”里更舒適,更自然。漢諾威國(guó)際博覽會(huì)辦公樓采取的生態(tài)節(jié)能措施,代表了當(dāng)前歐美發(fā)達(dá)國(guó)家以綜合提高能源利用效率(energyefficiencyinbuildings)為主旨的能源政策,同時(shí)涵蓋了歐美各國(guó)以降低能耗(energysavinginbuildings)、減少能量損失(energyconservationinbuildings)為主旨的早期能源策略。