低碳绿色建筑的探索与实践——以天津泰达MSD拓展区H2低碳建筑示范楼为例

低碳绿色建筑的探索与实践——以天津泰达MSD拓展区H2
低碳建筑示范楼为例
谢诚
【摘要】低碳建造技术早已成熟,而低碳建筑却一直未得到广泛实践.以天津泰达MSD拓展区H2低碳建筑示范楼为例,通过建筑体型调整、结构形式选择、双层呼吸式幕墙及太阳能光伏板等方面的具体应用,达到国内外4个绿色建筑认证的设计目标,实现了商业开发与环境保护的双赢,可为今后类似绿色低碳建筑的施工提供借鉴.
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2016(038)005
【总页数】3页(P632-634)
【关键词】低碳绿色建筑;低碳措施;呼吸式幕墙;绿色认证
【作者】谢诚
【作者单位】上海易城工程顾问股份有限公司上海200080
【正文语种】中文
【中图分类】TU761.1+2
1 实例分析
1.1 项目背景
泰达现代服务产业区“MSD拓展区”项目在天津滨海新区经济技术开发区内，距市区45 km，紧邻天津港、保税区，总规划面积约41 km2。

规划范围内由西向东依次将基地划分为5个区：E区、F区、G区、H区、I区（图1）。

图1 工程基地划分示意
H2低碳示范楼项目位于泰达现代服务产业区“MSD拓展区”H区内。

用地红线
面积4 840 m2。

北邻发达街，西邻北海西路，和东侧H3塔楼、南侧H1塔楼共
同组成H区。

H2塔楼及裙房原按照普通办公及商业建筑设计，后因建发局领导要求，选中H2塔楼作为低碳示范楼，承担了低碳建筑技术展示和促进低碳产业经济发展的任务。

在低碳设计顾问以及专家的指导下，设计方对H2重新进行了设计。

1.2 主要低碳措施
修改设计，先要确定该采用哪些低碳措施。

低碳既不是一种包装，也不是一个口号，任何措施都不能脱离项目的实际使用需求。

本项目主要的功能是塔楼办公和裙房商业，还承载了低碳技术的展示功能，因此这块比较适合放在办公部分。

经过各方多次的讨论和研究，确定H2低碳示范楼的设计目标为实现美国的LEED、英国的BREEAM、日本的CASBEE以及中国的绿色三星共4个绿色建筑认证。

根据这些认证的要求，以及天津当地的气候和技术条件，选用了一些合适的低碳措施结合到设计之中，并把其中一部分技术单独设计了一个参观的流线，作为看得到的低碳技术，满足示范和展示的要求[1-3]。

本项目采用的主要低碳措施如图2、
表1所示。

本文中，将重点介绍建筑体型的调整、建筑造型概念、结构形式的选择、双层呼吸式幕墙以及太阳能光伏板的具体应用。

图2 主要低碳措施示意
1.2.1 建筑体型的调整
项目统一规划设计，与其他楼相同，H2建筑塔楼原设计的平面是传统的方形，中间核心筒，柱网间距为10.8 m。

这种平面的缺点是打碎了完整的空间，使得平面
布局有一定的局限性。

并且南北向不通透，越往中间采光越少，不符合低碳设计的要求。

因此把平面形式调整成长方形，将核心筒放在两侧。

此种改动带来的好处如下。

表1 建筑各层所融入的低碳技术建筑楼层使用的低碳技术10层花园屋顶花园、屋顶光伏板、溶液调湿空调机房9层展厅屋顶花园、T形光导管采光口8层展厅地板送风、T形光管、节水洁具、中水冲厕、新型干手器、设置楼宇自动控制终端机、展板展台、双层幕墙、双中空玻璃展示3层毛细管吊顶、低碳办公展示大堂LED多媒体屏、整个H2的低碳技术展示点地图、局部展示柜及展台、毛细管地面展示地下1层采光天井、垂直光管、自行车库及电瓶车充电区、冷冻机房及太阳能设备房、设置H2监控中心、地下车库诱导风机、配合风机的CO浓度检测器、设备房通风温控器、CO2检测器地下2层电梯能源再生、地源热泵出管区展示、冰蓄冷机房
1）使空间更加完整；
2）实现灵活自由的平面布局，增加南北向采光面积，创造舒适的室内环境，符合BREEAM、LEED要求；
3）更多天然采光，符合LEED 8.1标准；
4）有开阔的视野，符合LEED 8.2标准；
5）摆脱了跨度限制，实现南北通透，主要办公空间朝向南面。

从能耗计算的结果来看，长方形平面比正方形平面耗能更少（图3）。

图3 H2建筑塔楼体型调整示意
1.2.2 建筑造型概念
调整完平面以后，建筑的造型也要做相应的调整，并将一些低碳设计理念结合到外观设计中。

H2塔楼立面设计的理念是“生态三明治”，即将因功能需要而不同的立面元素从南到北分层设置。

核心筒设置在东西两侧，南立面最外层为光伏玻璃，
与建筑主体结构独立。

3层以上设计为双层呼吸式幕墙，北侧为双中空玻璃幕墙。

为了实现整体统一的规划构架目标，G、H区在立面设计上遵循了“统一性”和“相似性”的原则，H2塔楼因为其特殊性，设计中将其作为区域的亮点，在形成地块整体外观效果的同时，增加区域的标志性视觉焦点。

塔楼立面的设计：在整体上以简洁、稳重、大方为主，体现现代科技的内涵；模数化设计形成建筑严谨的逻辑性和韵律感；低碳技术融入到立面的整体设计中。

裙房立面的设计：裙房的整体设计在结合低碳技术前提下，与地块中其他部分进行一体化设计，希望创造出高雅、简洁的商业形式。

立面设计在设计手法、立面材料、立面颜色等各个方面都具有良好的持久性。

办公塔楼的大堂在街区立面上形成一个重要片段，在沿街立面的整体性和多样性方面扮演重要角色。

1.2.3 结构形式的选择
结构形式的选择，主要从2个方面来进行考虑[4-6]。

1）从结构角度来考虑，一般高层建筑有3种结构形式：预应力混凝土方案、钢结构方案和混合结构方案。

预应力混凝土方案承载力、抗震性能和刚度都比较好，并且施工简单，相对造价低，但是它的自重大，柱和墙的截面都比较大，影响内部使用面积，其框架梁也大，需要更高的层高；钢结构方案抗震性能好，刚度大，结构自重轻，施工速度快，工期较短，并且钢材本身可以循环利用，满足可持续发展的要求，但是钢结构最大的问题是防火差，易于锈蚀，并且造价高。

综合比较之后，最终确定结构形式采用第3种，即混合结构方案，该方案既能满足防火的要求，
缩短施工周期，又不至于使造价太高，同时还尽量满足了可持续发展的要求。

2）从建筑角度来考虑，由于增加了水平光管技术，建筑的层高将要增加500～600 mm；空调系统变为VAV系统后，层高也增加了200 mm，按照常规设计，层高需要5.190 m。

因此采用混合结构的方案是优先选择，主框架为钢结构，降
低了梁截面的高度，并且钢梁更利于穿设备管线，可降低层高。

经过设计优化，最
终主体建筑的层高为4.2 m，净高2.8 m。

1.2.4 双层呼吸式幕墙
呼吸式幕墙由内外2层玻璃幕墙组成，与传统幕墙相比，它的最大特点是由内外2层幕墙之间形成一个流通或循环的通风换气层，使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差。

因而它比传统的幕墙采暖时节约能源42%～52%；制冷时节约能源38%～60%。

另外由于双层幕墙的使用，整个幕墙的隔声效果得到了很大的提高。

从使用效果来看，双层幕墙设在南立面最经济。

然后就要确定形式。

双层幕墙可以分为封闭式内循环体系、敞开式外循环体系和空气窗3种形式。

其中前2种属于
比较普及的形式。

但是敞开式更适合冬季寒冷而夏季炎热的地区，正好符合天津的天气特征。

敞开式双层幕墙的内外2层之间的通风换气层两端装有进风和排风装置，在冬季
时关闭进排风口，形成一个封闭的空腔，有效提高内层玻璃的温度；夏季时打开进排风口，通过热空气上升的烟囱效应带走通道内的热量，降低内层玻璃表面的温度。

通过对于这个进排风口的控制来实现节能的效果。

为使立面的效果和节能的效果更好，进行了几个方案的比选，最终确定整体从3
层到8层为一个通风区域，在3层顶部和8层底部设旋转玻璃百叶作为进排风口。

在双层幕墙之间设计检修通道，深度为600 mm。

为使外观看上去显得更为通透，外层玻璃采用大块的点抓式幕墙，中间空腔的结构在满足安全的要求下做了细部的设计，使其更具美感。

检修通道使用金属隔栅，经过设计也成为了装饰的一部分，通风区域如图4所示。

1.2.5 太阳能光伏板
对于太阳能的利用，众人已经非常熟悉，至今其应用范围极其广泛。

有别于其他太阳能的利用形式，光伏发电是直接的光—电转换过程。

但是太阳能光伏板最大的
问题是外观效果不好，很多项目中会单独放在场地或者屋顶之上，很少有结合立面
进行设计的。

因此此处的难点便是如何控制其外观效果，既达到有效的节能目的，又能使其成为设计的亮点，协调整体效果（图5）。

图4 通风区域
图5 光伏板的位置
先对整个楼进行日照分析，根据天津的日照条件，可以算出大寒日和夏至日的日照图，从图中不难发现，立面上部的日照比下部的更为强烈。

因此，根据日照的强弱变化来设置不同数量的光伏模块，既能节约光伏板的数量，按需供给，又形成了一个不规则的特殊立面效果。

2 实施效果
除了有几项因为各种原因未实施的低碳措施，大部分核心设计目标的低碳技术都在施工后完美地呈现了出来，经过近2年的使用证实效果良好。

目前，H2低碳示范楼按照预期已经取得了美国的LEED、英国的BREEAM、日本的CASBEE以及中国的绿色三星共4个绿色建筑认证，H2低碳示范楼效果图如图6所示。

3 结语
通过H2低碳示范楼的实践探索，可知低碳技术只有在一开始就融入到设计之中，才能有良好的效果，也能为建筑的造型加分。

要设计一个好的绿色建筑，需要做到以下几点。

图6 H2低碳示范楼效果图
1）尊重自然。

建筑设计要与当地气候特征、自然环境紧密结合，充分利用自然地貌、自然采光、自然通风、本地植物等，降低建筑建造及使用的能耗；
2）团队合作。

绿色评估会贯穿设计、施工甚至延续至建成后使用阶段，各项评分点涉及到业主、设计师及承建商3个方面，在实际操作中更需要多方的积极参与和紧密配合；
3）提前介入。

只有提前介入，才能使低碳设计更为有效，节约成本；
4）整合设计。

单项的低碳措施贡献有限，只有把多项技术整合到设计中，才能发挥更好的效果；
5）全程管理。

从设计、施工、安装一直到运营，除了设计师，还需要绿色顾问的全程服务；
6）计算机模拟。

计算机可以进行辅助的量化分析，建立精确的能耗模型和各种能耗评估，确定有效的低碳措施。

随着节能环保建筑的国家规范、法规不断增多，政府、组织和民众的环保意识不断增强，那些不节能环保的建筑将逐渐失去市场，最终被彻底淘汰。

工业技术也将开始与建造绿色环保的建筑工业接轨，人们会意识到这是商业开发和环境保护的双赢举措[7]。

参考文献
【相关文献】
[1]仇保兴.从绿色建筑到低碳生态城[J].城市发展研究,2009(7):1-11.
[2]黄文凯,黄春华.基于低碳绿色建筑理念的实证分析:以广州商品房为例[J].湖南工业大学学报:社会科学版,2010(5):89-91.
[3]叶大华,胡倩.基于低碳生态详细规划的绿色建筑指标体系[J].城市规划,2013(1):31-39.
[4]王泽双.基于低碳背景下的绿色建筑施工技术讨论[J].精品,2015(12):90-91.
[5]巨宝庆.低碳理念发展绿色建筑的推广应用[J].中国高新技术企业,2011(22):94-95.
[6]王思源.基于低碳生态理念的绿色建筑设计研究[J].山西建筑,2015(24):183-185.
[7]邹晓周,曲菲.绿色节能主义之低碳建筑[J].建筑节能,2009(4):75-78.。