綠色可持續(xù)設(shè)計在“武漢中心”項目中的運用

田慧峰

（中國建筑科學(xué)研究院上海分院 上海 200023）

1 引言

“可持續(xù)發(fā)展”是21世紀的主旋律?！敖ㄖ弊鳛橐粋€古老的行業(yè)，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須走“綠色建筑”之路。綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)，保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[1]。

近年來，為解決城市化人口增長對城市土地資源的壓力，高層建筑與超高層建筑已日益成為城市建設(shè)的主要建筑形態(tài)之一。聯(lián)合國1972年國際高層建筑會議將高層建筑按高度分為4類，其中40層以上為超高層建筑，我國《民用建筑設(shè)計通則》(JGJ37—87)規(guī)定，高度超過100m的建筑為超高層建筑[2]。

其與普通高層建筑(100m以下)相比，超高層建筑的優(yōu)勢有[3]：集約化利用土地資源；超高層建筑將工作和生活設(shè)施適當集中，顯著提高工作和生活效率；實現(xiàn)資源高度共享，提高投資效益；帶動相關(guān)學(xué)科發(fā)展，促進科技進步。

但是目前超高層高能耗、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差和常采用的全玻璃幕墻易對周邊造成光污染等現(xiàn)象均為目前超高層建筑所存在的問題。因此，如何以最少的資源能源消耗帶來最大的效益，同時保證良好的室內(nèi)外環(huán)境，是超高層建筑在發(fā)展過程中亟待解決的問題。充分發(fā)展和利用綠色技術(shù)，在設(shè)計、建造、運營過程中注意節(jié)約資源、能源，保護環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展之路才是超高層建筑的發(fā)展方向。

超高層建筑綠色可持續(xù)的設(shè)計理念為：

（1）保護自然生態(tài)環(huán)境（減少能源和資源的浪費）；

（2）顯著提高工作和生活效率；改善區(qū)域城市環(huán)境（城市綠地、交通系統(tǒng)、人文環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、城市景觀等）；

（3）實現(xiàn)資源高度共享，提高投資效益；營造健康工作環(huán)境（結(jié)構(gòu)安全的保證、空調(diào)系統(tǒng)的改進、防災(zāi)能力的提高、環(huán)保建材的使用和中庭綠化等）。

“武漢中心”建筑高度為438m，88層，為超高層建筑。該項目以國家綠色建筑三星級、LEED-CS金級認證為目標，進行了綠色可持續(xù)設(shè)計。

2 項目概況

“武漢中心”，位于財富核心商務(wù)區(qū)西南角，與城市大型公共配套連接緊密，緊鄰規(guī)劃中的夢澤湖，擁有非常優(yōu)美的自然景觀環(huán)境。東北、東面為核心區(qū)廣場，西面為旅館用地，南面為規(guī)劃水體公園。其效果如圖1所示。

圖1 “武漢中心”

“武漢中心”預(yù)計建成時間為2014年，建筑高度為438m，88層?？偨ㄖ娣e355760m2，其中，地上建筑面積271770m2，地下建筑面積83990m2，設(shè)置1200個機械式停車位。

“武漢中心”包括五星級酒店、VIP酒店式公寓、智能辦公三大部分，同時包含會議中心、商業(yè)購物、360°觀景臺等。項目豎向功能分區(qū)如圖2所示。

圖2 “武漢中心”豎向功能分區(qū)

3 設(shè)計理念

本項目以國家綠色建筑三星級，LEED-CS金級認證為目標，力求將節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等可持續(xù)設(shè)計因素融入功能、技術(shù)、經(jīng)濟等傳統(tǒng)設(shè)計因素，創(chuàng)造一座具有生命力的富含充足陽光、空間、綠化和景致的高聳的城市有機體，使該建筑成為將綠色建筑技術(shù)與超高層建筑的完美結(jié)合，以符合超高層建筑綠色可持續(xù)的設(shè)計理念。

4 綠色技術(shù)體系

綠色技術(shù)體系的制定主要依據(jù)以下四個準則：功能適用性、技術(shù)先進性、環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟合理性。其中環(huán)境協(xié)調(diào)性是全壽命周期的綠色建筑設(shè)計中的關(guān)鍵因素，它主要包括節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等內(nèi)容。在綠色技術(shù)體系的確立中，只有將四者有機結(jié)合，才能真正體現(xiàn)可持續(xù)的設(shè)計理念。

對于”武漢中心”所采用的綠色技術(shù)體系，以下將從7方面進行具體介紹。

4.1 節(jié)地與室外環(huán)境

光污染防治：由于本項目主要為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，為避免光污染和玻璃自爆，使用玻璃幕墻時，要求玻璃的反射率小于0.3，即反射光小于入射光的1/3。

建筑朝向：武漢處于夏熱冬冷地區(qū)，好的建筑外形及坐向設(shè)計可以充分減少空調(diào)及采暖能耗。若按照常規(guī)正南正北的布局方式，建筑只有1/4的南面朝向及1/4的良好景觀面。該項目將建筑順應(yīng)基地現(xiàn)狀進行旋轉(zhuǎn)450，以獲取更多的有利朝向與景觀?，F(xiàn)方案1/2的南面朝向及1/2的良好景觀面，不但充分利用南向立面夏季自遮蔭作用及冬季利用陽光采暖，同時確保了建筑免受西向陽光的過度照射。

屋頂綠化：”武漢中心”為超高層建筑，塔樓屋頂不宜設(shè)置綠化，項目在塔樓與裙樓連廊上部以及裙房屋面上設(shè)置了屋頂花園，常綠的植物，寬敞的高空視線，明亮的日光在密集商務(wù)會議間隙之時在自然環(huán)境中得到充分休息和調(diào)整。

透水地面：設(shè)計過程中加強透水地面建設(shè)，增加雨水滲透面積，改善城市及建筑外環(huán)境。室外透水地面面積要求大于等于40%。

4.2 節(jié)能與能源利用

圍護結(jié)構(gòu)：采用疊形單元式幕墻，如鱗片般，上下居中錯縫排列的幕墻造型，更具現(xiàn)代氣息和空間立體感，且可起到自遮陽的效果。根據(jù)傳熱原理，對外圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能進行折算，幕墻外墻當量傳熱系數(shù)：1.8 W/m2·K，遮陽系數(shù)：0.30。在辦公及酒店式公寓部分設(shè)置幕墻可開啟扇。

綠色照明：通過合理確定照明指標，選擇高效節(jié)能型光源、燈具及附件來減少在照明上的電能消耗；設(shè)計高效的照明控制系統(tǒng)，避免照明能源的浪費。

獨立分項計量：該項目對冷熱源、空調(diào)設(shè)備、電梯、照明、給排水等設(shè)置分項計量電表，電表數(shù)據(jù)通過BA控制系統(tǒng)反饋至中央控制器錄入數(shù)據(jù)庫，其中部分生態(tài)技術(shù)還設(shè)置單獨計量措施，監(jiān)控生態(tài)系統(tǒng)的能耗狀況。

冷熱源設(shè)置方式：本項目共設(shè)兩個冷源。酒店客房區(qū)、酒店部分餐飲區(qū)等合用一個冷源系統(tǒng)，設(shè)備配置為400RT×4；酒店式公寓、辦公、商業(yè)、酒店會務(wù)區(qū)等合用一個冷熱源系統(tǒng)，配置為1800RTX3、600RTX2；另外利用裙房區(qū)域的樁基設(shè)置地源熱泵系統(tǒng)，產(chǎn)生的熱量與蓄能系統(tǒng)聯(lián)合運行。

空調(diào)末端：項目的建筑功能分區(qū)較為豐富，因此，針對不同的功能區(qū)制定了不同的空調(diào)系統(tǒng)末端方案：辦公部分區(qū)域采用全空氣變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)區(qū)設(shè)置單風(fēng)道變風(fēng)量末端，外區(qū)設(shè)四管制風(fēng)機盤管；酒店客房、公寓、商鋪等小空間用房采用四管制風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)；商業(yè)、宴會廳、大堂等大空間用房采用全空氣定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。

余熱利用、節(jié)能輸送系統(tǒng)：武漢地區(qū)太陽能資源較差地區(qū)，且本項目中五星級酒店及酒店式公寓用熱水量較大，因此項目未采用太陽能熱水，而是對部分冷水機組采用熱回收形式，回收熱量用于生活熱水加熱，以節(jié)省運行能耗。

地源熱泵（可再生資源的利用）：本項目考慮土壤源熱泵系統(tǒng)供冷時用于商業(yè)、辦公、公寓的綜合區(qū)域冷源部分，供熱時作為蒸汽鍋爐的預(yù)熱。

水蓄冷系統(tǒng)：本項目采用水蓄冷空調(diào)，水蓄冷的儲能轉(zhuǎn)換效率高達90%,比其它幾種儲能技術(shù)轉(zhuǎn)換效率高10%～25%，可實現(xiàn)有效節(jié)能，降低運行費用。

另外，本項目還在辦公高區(qū)部分區(qū)域內(nèi)采用主動式冷梁系統(tǒng)，充分利用地源熱泵產(chǎn)生高溫空調(diào)冷水，提高地源熱泵系統(tǒng)的運行效率，外區(qū)設(shè)置四管制風(fēng)機盤管。

建筑能耗模擬優(yōu)化：采用能耗分析軟件建立”武漢中心”模型，通過對圍護結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等進行優(yōu)化分析后，能耗結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，經(jīng)過模擬優(yōu)化選擇，高效建筑比基準建筑節(jié)能10%左右。單位面積耗電量降低20kWh/(m2·a)，能夠降低能耗費用約20元/m2·a)。

4.3 節(jié)水與水資源利用

表1 項目能耗模擬結(jié)果

節(jié)水器具：節(jié)水器具是項目實現(xiàn)節(jié)水目標的首要考慮因素。綜合考慮綠標及LEED的要求，初定項目中應(yīng)用的用水器具的節(jié)水要求如表2。

節(jié)水灌溉：本項目綠化采用節(jié)水噴灌的形式。

表2 項目中使用的節(jié)水器具

中水回用：本項目收集賓館、酒店式公寓每天產(chǎn)生的大量可二次利用的中水，使用中水回收利用設(shè)備對這些水進行處理，用于辦公區(qū)域室內(nèi)沖廁。根據(jù)測算，中水原水量為326m3/d，沖廁部分中水，用水量為279 m3/d，原水量/用水量=1.17。設(shè)中水原水調(diào)節(jié)池910m3，中水處理設(shè)備處理能力為11m3/h，連續(xù)24h運行，中水會用水箱為78 m3。

雨水利用：武漢地區(qū)雨水充沛，年降雨量1800mm以上，收集的雨水用于室外綠化澆灌。室外綠化澆灌用水首先采用雨水作為水源（見圖3），在雨水不足的情況下采用中水系統(tǒng)，而在中水系統(tǒng)水量不足的情況下采用市政水。由于中水系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，基本上可保證景觀灌溉用水不采用市政水。

圖3 雨水處理流程圖

根據(jù)水量平衡，整個項目最高日用水量為Qd=3226m3/d（未預(yù)見量按10%計），其中中水回用量為278.99m3/d，雨水回用量為116.44m3/d，總計非傳統(tǒng)水源利用率為12.25%。

4.4 節(jié)材與材料資源利用

靈活隔斷：辦公區(qū)域可變換功能的室內(nèi)空間，30%以上功能區(qū)域采用靈活隔斷。

土建與裝修一體化設(shè)計施工：施工前進行裝修圖紙設(shè)計，避免施工后再設(shè)計裝修圖紙，從而帶來不必要的挖洞等麻煩和材料的浪費。

高性能鋼、高性能混凝土：鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)使用HRB400級（或以上）鋼筋作為主筋占總量的70%以上。

本項目宜采用預(yù)拌混凝土，并采用散裝水泥，可減少施工現(xiàn)場噪聲和粉塵裝紙袋對森林資源的消耗，保護生態(tài)環(huán)境；充分使用可再循環(huán)材料可以減少生產(chǎn)加工新材料帶來的對資源、能源消耗和對環(huán)境的污染，對于建筑的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

另外，在設(shè)備采購時需要執(zhí)行《綠色建筑材料及設(shè)備采購控制計劃》，滿足采購要求。需盡量購買武漢當?shù)夭牧?，同時采購VOCs等有害物質(zhì)揮發(fā)較少的材料。從而盡量減少室內(nèi)污染物。

4.5 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量

室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)：大廈內(nèi)部裝有智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可監(jiān)控室內(nèi)的溫度、光照度，也可監(jiān)控室內(nèi)的二氧化碳等氣體及污染物的濃度。一旦發(fā)現(xiàn)污染物超標，即可自動送風(fēng)，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的舒適健康。該智能監(jiān)控系統(tǒng)還可監(jiān)控大廈內(nèi)的能耗情況。

室內(nèi)采光：項目外圍護結(jié)構(gòu)采用高透光玻璃，外圍護結(jié)構(gòu)的窗墻比約50%～60%之間，可保證室內(nèi)良好的采光和視野。

新風(fēng)量：項目主要功能房間的新風(fēng)量綜合考慮國家《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》及LEED的要求，滿足LEED-CS中IEQc2增強新風(fēng)的要求，即在ASHARE90.1-2007中規(guī)定的通風(fēng)量基礎(chǔ)上提高30%。

可調(diào)節(jié)外遮陽：項目在塔樓與裙樓連廊上空的玻璃房內(nèi)設(shè)置可調(diào)節(jié)外遮陽（見圖4）。具體遮陽方式未定。

4.6 運營管理

圖4 可調(diào)節(jié)外遮陽效果圖

樓宇自動化系統(tǒng)：設(shè)置樓宇自動化系統(tǒng)對空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯和冷熱源系統(tǒng)的各種設(shè)備進行科學(xué)合理管理，達到節(jié)約人力、節(jié)約能源和減少維護費用的目的。

智能照明控制系統(tǒng)：在“武漢中心”的高檔辦公室及酒店高級套房、宴會廳等場所可以設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)。根據(jù)各個區(qū)域的不同功能、每天不同時間段要求、室內(nèi)亮度值等，不僅可以實現(xiàn)調(diào)光控制，還可以預(yù)設(shè)許多燈光場景，根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動調(diào)用相應(yīng)場景或保持恒定的亮度。酒店客房走道燈光夜間人流減少時可以根據(jù)客人的腳步聲自動調(diào)節(jié)燈的亮暗。

4.7 綠色施工

本項目同樣需要在施工前期制定綠色施工各項計劃書，包括《水土流失控制計劃》、《施工廢棄物管理計劃》和《施工期間IAQ管理計劃》等。同時還需要收集施工期間的各項資料。5綜合效益分析

運用增量成本分析法，分析了武漢項目采用各類綠色技術(shù)的增量成本，預(yù)計總成本增量將在6301萬元，單位面積增量成本為200元/平方米左右。但是綠色技術(shù)同時也分別從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材的角度將帶來以下直接經(jīng)濟效益、環(huán)境經(jīng)濟效益以及社會經(jīng)濟效益。綠色建筑經(jīng)濟綜合效益構(gòu)成圖如圖5所示。

圖5 綠色建筑經(jīng)濟綜合效益構(gòu)成圖

5 結(jié)語

隨著人口的增長和土地資源的限值，超高層建筑將成為未來城市建筑的主要形態(tài)之一。而綠色可持續(xù)設(shè)計理念也必將成為超高層建筑的首選，其能夠顯著地降低超高層建筑的運行成本，降低資源消耗，減少環(huán)境污染等。本文對”武漢中心”項目的綠色技術(shù)體系進行了詳盡的闡述，希望會對更多超高層綠色建筑的設(shè)計有所裨益。

[1]GB50378-2006綠色建筑評價標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.06.

[2]翟國強.超高層建筑的建筑設(shè)計理念——對天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)CBD超高層建筑國際招標方案的評析 [J].建筑學(xué)報,2005(5):86-90.

[3]孫大明,田慧峰,周志仁.綠色超高層建筑設(shè)計的重點與難點探討 [C].城市發(fā)展研究—第七屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會論文集,2011