绿色超高层建筑的研究和探索-以武汉中心为例.PDF

绿色建筑地图（www.gbmap.org） 绿色超高层建筑的研究和探索 以武汉中心为例 田慧峰，张欢，阮建清，孙大明 中国建筑科学研究院上海分院 摘要摘要介绍了超高层建筑的发展情况及优缺点，指出在超高层建筑中应用绿色建筑技术的必要性，提出绿色超高 层建筑的定义，总结了绿色超高层建筑的特点、技术体系及可持续设计方法。以武汉中心为例，详细阐述了绿色 建筑技术在该项目中的应用方法、方式，指出发展绿色超高层建筑具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。 关键词关键词绿色建筑；超高层建筑；武汉中心；可持续设计 1. 引言引言 现代高层建筑的发展是社会需求推动的。随着经 济发展和城市化程度的提高，城市人口急剧增加，土 地供应紧张，促使人们向高空发展，拓展生存空间， 在极为有限的土地上建造更大面积的建筑，这是高层 建筑及超高层建筑产生和发展的源动力[1]。 随着科技的 不断进步，建筑技术也不断创新，使得建设超高层建 筑成为现实。 1972 年 8 月在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开的 国际高层建筑会议上，提出了超高层建筑的定义40 层以上， 高度 100 米以上的建筑物[2]。 超高层建筑又可 以按高度划分为两档，即 100～200m 和 200m 以上两 档。 在短短几十年内，我国建设超高层建筑的速度是 惊人的。超高层建筑的快速发展不仅提高了城市土地 资源利用率，还显著提高了工作和生活效率，实现了 资源高度共享，促进了建筑行业及相关产业的发展， 也推动了科技的进步。 但是，超高层建筑的能源和资源消耗量巨大，如 果不能科学合理地设计、建造、运营，势必会造成能 源和资源的浪费。在室内环境方面，考虑到安全性问 题，超高层建筑多为密闭型，如果处理不当，会对建 筑内人员的身心健康造成影响。另外，超高层建筑的 建造也会对城市的区域风环境、光环境和热环境产生 较大的负面影响，对广场、街道上的行人及交通安全 构成威胁。 如何以最少的资源能源消耗带来最大的效益，同 时保证良好的室内外环境，是超高层建筑在发展过程 中亟待解决的问题。充分发展和利用绿色技术，在设 计、建造、运营过程中注意节约资源、能源，保护环 境，走可持续发展之路才是超高层建筑的发展方向。 2. 绿色超高层建筑绿色超高层建筑 在节能、低碳和环保等理念、以及相关政策和市 场需求等背景下，建设绿色超高层建筑已成为一种发 展趋势。 2.1 绿色超高层建筑概述绿色超高层建筑概述 绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度 地节约资源节能、节地、节水、节材、保护环境和减 少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间， 与自然和谐共生的建筑[3]。由于超高层建筑的特殊性， 绿色技术在其上的应用显得更为重要，应使绿色技术 充分地在超高层建筑上发挥作用，将其打造成绿色超 高层建筑。 我国还没有对绿色超高层的专门定义，参照绿色 建筑的定义，笔者对绿色超高层的定义如下绿色超 高层建筑是指在建筑全寿命周期内，比常规超高层建 筑能耗显著降低、室内环境质量显著提高、建筑采光 效果明显改善、对周围环境影响显著下降、高效稳定 运行的低碳和可持续发展的超高层建筑。 2.2 绿色超高层建筑的技术体系及特点绿色超高层建筑的技术体系及特点 绿色超高层建筑技术主要包括以下几个方面 1 节地与室外环境通过发展公共交通、减少 光污染、增大室外地面渗透等技术达到减小对室外环 境的影响的效果。 2 节能与能源利用通过优化围护结构、空调 系统、照明、电梯等，以降低能耗、提高能源利用率。 3 节水与水资源利用 通过收集利用场地雨水、 建筑中水，采用节水景观、节水器具等措施减少市政 用水需求。 4 节材与材料资源利用充分利用 3R 材料、土 建与装修一体化、采用当地材料和高强度材料等。 绿色建筑地图（www.gbmap.org） 5 室内环境质量通过增强自然通风、选择高 效空调系统、充分利用自然采光和低挥发性装修材料 等措施改善室内环境。 6 运营管理通过执行调试计划对各系统进行 调试、对运行管理人员进行培训、利用能源分项计量 系统记录建筑运行能耗情况，并及时发现存在的不足 制定节能的措施以减少建筑运行能耗。 7 绿色施工超高层建筑施工周期长，对周边 环境影响很大，因此应充分减少水土流失、充分利用 建筑废弃物等达到减小施工对环境的影响。 2.3 绿色超高层建筑的绿色超高层建筑的可持续设计可持续设计 绿色超高层建筑的可持续设计主要体现在以下几 个方面 1 保护自然生态环境 （减少能源和资源的浪费） ； 2 改善区域城市环境（城市绿地、交通系统、 人文环境、风环境、城市景观等） ； 3 营造健康工作环境（结构安全的保证、空调 系统的改进、防灾能力的提高、环保建材的使用、中 庭绿化等） ； 4 显著提高工作和生活效率； 5 实现资源高度共享，提高投资效益。 3. 工程案例工程案例武汉中心武汉中心 3.1 项目概况项目概况 武汉中心项目位于武汉市汉口几何中心的王家墩 中心商务区西南角，东北、东面为核心区广场，西面 为旅馆用地， 南面为规划水体公园。 该项目是实施 CBD 核心区开发战略的第一个项目，是实现核心区功能最 重要的组成部分之一。其效果如图 1 所示。 图 1 武汉中心 武汉中心预计建成时间为 2014 年建成， 总高度为 438m，88 层。总建筑面积 355760m2；地上面积 271770m2；地下面积 83990m2，停车位 1200 个。项目 将充分利用绿色技术，建造成绿色超高层建筑，其绿 色建筑评级目标为国家三星级绿色建筑和美国 LEED-CS 金级。 表 1 武汉中心主要技术经济指标 内容内容 数据数据 基地面积 28100m2 建筑高度 48m 建筑层 8F 建筑总面积 343971 m2 地上建筑面积 259981 m2 地下建筑面积 83990 m2 容积率 9.25 建筑密度 35 绿地率 24 停车位数量 1200 武汉中心包括五星级酒店、VIP 酒店式公寓、智能 办公三大部分，同时包含会议中心、商业购物、360 观景台等。项目竖向功能分区如下 图 2 武汉中心竖向功能分区 3.2 绿色技术应用绿色技术应用 本项目力求创造一座具有生命力的富含充足阳光、 空间、绿化和景致的高耸的城市有机体，在建筑中多 层次地为使用者提供绿化空间，使该建筑成为绿色建 筑技术与超高层建筑的完美结合。 针对绿色超高层建筑技术在武汉中心的应用进行 详细的介绍。 1 节地与室外环境 室外交通组织科学地进行室外交通组织规划， 优化主要出入口布局，使城市公共交通系统得到最便 利、最充分的利用。 绿化植物植物均采用乡土或适合当地生长的植 物，采用乔灌草结合的复层绿化。 屋顶绿化武汉中心为超高层建筑，塔楼屋顶不 绿色建筑地图（www.gbmap.org） 宜设置绿化，项目在塔楼与裙楼连廊上部以及裙房屋 面上设置了屋顶花园， 常绿的植物， 宽敞的高空视线， 明亮的日光在密集商务会议间隙之时在自然环境中得 到充分休息和调整。 透水地面透水地面面积占室外面积的比例＞ 40。 建筑方位若按照常规正南正北的布局方式，建 筑只有 1/4 的南面朝向及 1/4 的良好景观面。 因此将建 筑顺应基地现状进行旋转 45，以获取更多的有利朝 向与景观。 最终方案将有 1/2 的南面朝向及 1/2 的良好 景观面。 2 节能与能源利用 围护结构项目的围护结构采用相对简约的单元 式幕墙，更具现代气息和空间立体感，渐变错缝的方 案比较好的统一了幕墙单元块尺寸，同时起到自遮阳 的效果。 根据传热原理，笔者对外围护结构的热工性能进 行了折算，外墙的当量传热系数为 1.8W/m2K，遮阳 系数为 0.3。 在办公及酒店式公寓部分设置幕墙可开启 扇。 图 3 武汉中心围护结构细节 冷热源酒店客房区、酒店部分餐饮区等合用一 个冷源系统，设备配置为 400RT4；酒店式公寓、办 公、商业、酒店会务区等合用一个冷热源系统，配置 为 1800RT3、600RT2；另外利用裙房区域的桩基 设置地源热泵系统， 产生的热量与蓄能系统联合运行。 高效节能灯具通过合理确定照明指标，选择高 效节能型光源、灯具及附件来减少在照明上的电能消 耗； 设计高效的照明控制系统， 避免照明能源的浪费。 建筑能耗模拟优化采用能耗分析软件建立武汉 中心模型，通过对围护结构、空调系统、照明系统等 进行优化分析后，能耗结果如表 2 所示。 表 2 武汉中心能耗模拟结果 模型 耗电量 （MWh） 总能耗费用 万元） 单位建筑面积耗电量 kWh/m2 单位建筑面积能耗费用 元/m2 节费率 基准建筑 52022 5014.2 194.1 187.10 设计建筑 48422 4637.4 180.7 173.04 7.2 高效建筑 46824 4491.2 174.7 167.58 10.1 从表 2 可以看出，经过模拟优化选择，高效建筑 比基准建筑节能 10左右。单位面积耗电量降低 20kWh/m2 年，能够降低能耗费用约 20 元/m2 年。 空调末端系统形式项目通过空调末端系统方案 进行技术性能比较和经济性能比较，通过对比分析， 确定最优空调末端系统形式。 表 3 空调末端系统方案比较 方 案 一 风机盘管新风系统 方 案 二 地台送风系统 方 案 三 变风量系统 方 案 四 VAV 系统外区周边风机盘管 舒适度 一般 很好 较好 很好 室内空气品质 低 好 较好 好 系统灵活性 低 好 一般 较好 节能效果 一般 很好 较好 较低 噪音 较高 低 低（不带风机末端） 较低 设备天花吊顶空间 500mm 250mm 600mm 500mm 地台空间 150mm 500mm 150mm 150mm 核心筒空调机房尺寸 无 2 个 6m 5m 2 个 6m 5m 2 个 6m 4m 净高 3150mm 3050mm 3050mm 3150mm 初投资比较 350 元/m2 600-700 元/m2 500-600 元/m2 500 元/m2 运行费用比较 高 低 低 较低 通过对比空调系统末端各方案，确定的最终方案为办公部分区域采用全空气变风量空调系统，内区 绿色建筑地图（www.gbmap.org） 设置单风道变风量末端，外区设四管制风机盘管；酒 店客房、公寓、商铺等小空间用房采用四管制风机盘 管新风系统；商业、宴会厅、大堂等大空间用房采用 全空气定风量空调系统。 另外，在办公高区部分区域内区采用主动式冷梁 系统，充分利用地源热泵产生高温空调冷水，提高地 源热泵系统的运行效率，外区设置四管制风机盘管。 3 节水与水资源利用 节水器具节水器具是项目实现节水目标的首要 考虑因素。综合考虑绿标及 LEED 的要求，初定项目 中应用的用水器具的节水要求如下 座便器两档式，不大于 3/4.5 升/次。 小便器 不大于 1L/次， 某些产品能做到 0.5L/次。 水龙头1.9L/分钟（如科勒，仕龙） ， （测试压力 60 psi） 淋浴头 不超过 6.75 L/分钟，可选择 6.6L/分钟, （测试压力 80 psi） 厨房洗涤槽 不超过 8.3L/分钟 （测试压力 60 psi） 中水系统收集宾馆、酒店式公寓每天产生的大 量可二次利用的中水，设置中水处理系统，用于办公 区域室内冲厕。根据测算，中水原水量为 326m3/d，冲 厕部分中水， 用水量为 279 m3/d， 原水量/用水量1.17。 设中水原水调节池 910m3，中水处理设备处理能力为 11 m3/h，连续 24h 运行，中水会用水箱为 78 m3。 图 4 酒店废水回收利用示意图 雨水回用 武汉地区雨水充沛， 年降雨量 1800mm 以上，收集的雨水用于室外绿化浇灌。室外绿化浇灌 用水首先采用雨水作为水源，在雨水不足的情况下采 用中水系统，而在中水系统水量不足的情况下采用市 政水。由于中水系统的相对稳定性，基本上可保证景 观灌溉用水不采用市政水。 4 节材与材料资源利用 灵活隔断 办公区域可变换功能的室内空间， 30 以上功能区域采用灵活隔断； 高性能钢、高性能混凝土钢筋混凝土主体结构 使用 HRB400 级 （或以上） 钢筋作为主筋占总量的 70 以上； 可循环材料的使用可再循环材料的使用率达到 10以上； 土建与装修一体化设计施工施工前进行装修图 纸设计，避免施工后再设计装修图纸，从而带来不必 要的挖洞等麻烦和材料的浪费。 另外，在设备采购时需要执行绿色建筑材料及 设备采购控制计划 ，满足采购要求。需尽量购买武汉 当地材料，同时采购 VOCs 等有害物质挥发较少的材 料。从而尽量减少室内污染物。 5 室内环境质量 室内空气质量监测系统大厦内部装有智能环境 监控系统，可监控室内的温度、光照度，也可监控室 内的二氧化碳等气体及污染物的浓度。一旦发现污染 物超标，即可自动送风，实现室内环境的舒适健康。 该智能监控系统还可监控大厦内的能耗情况。 室内采光项目外围护结构采用高透光玻璃，外 围护结构的窗墙比约 5060之间，可保证室内良好 的采光和视野。 新风量项目主要功能房间的新风量综合考虑国 家公共建筑节能设计标准及 LEED 的要求，满足 LEED-CS中IEQc2增 强 新 风 的 要 求 ， 即 在 ASHARE90.1-2007 中规定的通风量基础上提高 30。 6 运营管理 运行调试超高层建筑调试非常复杂，需要经验 丰富的调试团队来完成。绿色顾问提出 LEED 的调试 要求，由项目调试团队来制定详细的调试技术，包括 基本调试和全面调试，并最终完成调试的全部资料收 集，确保各系统运行良好。 智能环境监控系统大厦内部装有智能环境监控 系统，可监控室内的温度、光照度，也可监控室内的 二氧化碳等气体及污染物的浓度。一旦发现污染物超 标，即可自动送风，实现室内环境的舒适健康。该智 能监控系统还可监控大厦内的能耗情况。 楼宇自动化系统设置楼宇自动化系统对空调系 统、给排水系统、照明系统、电梯和冷热源系统的各 种设备进行科学合理管理，达到节约人力、节约能源 和减少维护费用的目的。 绿色建筑地图（www.gbmap.org） 智能照明控制系系统在“武汉中心”的高档办 公室及酒店高级套房、宴会厅等场所可以设置智能照 明控制系系统。根据各个区域的不同功能、每天不同 时间段要求、 室内亮度值等， 不仅可以实现调光控制， 还可以预设许多灯光场景，根据预设参数自动调用相 应场景或保持恒定的亮度。酒店客房走道灯光夜间人 流减少时可以根据客人的脚步声自动调节灯的亮暗。 高档办公室的灯光亮度可以根据不同时段日光对室内 的辐照进行自动调节。 7 绿色施工 本项目同样需要在施工前期制定绿色施工各项计 划书，包括水土流失控制计划 、 施工废弃物管理 计划和施工期间 IAQ 管理计划等。同时还需要 收集施工期间的各项资料。 4. 结结语语和展望和展望 在我国的快速城市化进程中，充分发展和利用绿 色技术，在设计、建造、运营过程中注意节约资源、 能源，保护环境，走可持续发展之路，建设绿色超高 层建筑是必经之路。 绿色建筑技术在超高层建筑中的应用体现在节地 与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、 节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理、绿 色施工等方面。 由于超高层建筑的特殊性，其绿色评价标准应高 于常规建筑， 采用的绿色技术水平也将高于常规建筑。 现在，绿色超高层建筑评价技术细则 正在编制中[4]， 该细则的发布和实施将对于我国超高层建筑的建设起 到很好的引导和规范作用，促进绿色超高层建筑建设 工作的健康发展。 参考文献参考文献 [1] 胡玉银. 超高层建筑的起源、发展与未来一, 建筑施工. 2006.11 [2] 孙大明, 田慧峰, 周志仁. 绿色超高层建筑设计的重点与 难点探讨. 城市发展研究第七届国际绿色建筑与建筑节能 大会论文集, 2011. [3] GB50378-2006 绿色建筑评价标准. 中国建筑工业出版社. 2006.06 [4] 绿色超高层建筑评价技术细则编制. 建设科技. 2011.06 版权作品，禁止转载