绿色建筑超高层建筑绿色策略和设计

现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定， 对超高层建筑无法适用 超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50％的目 标，不符合国家长远发展要求

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现有超高层建筑存在的问题
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上海金茂大厦
单层玻璃、新风不足，室内环境差
美国芝加哥希尔斯大厦
遮阳设置不合理，当地风速、 建筑形体、朝向考虑不全面
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雨水利用——塔楼

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雨水收集方式 雨水收集路线
• 建筑立面中设置环形结构导水槽来收集雨水，在立面的各分区线 上设置雨水收集入口将雨水引入室内，收集的雨水经处理后即可 用于室内空中花园的灌溉 • 将建筑分为两个区域，上部区域收集的雨水集于中间雨水处理间， 下部区域收集的雨水置于建筑下层储水间，再泵至建筑中层进行 处理 • 通过导水槽收集建筑外立面雨水，在建筑中间层设计雨水处理间， 储水容量为10 m³ ，雨水处理间占地 20 ㎡。建筑下层设雨水储存 间，占地约 8 ㎡ • 雨水处理处后主要用于室内花园灌溉，所以在雨水处理间和各花 园设置专用雨水灌溉管线


室内雨水处理间 灌溉管线源自文库

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雨水利用——塔楼
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每 16 层设置一导水槽，则导水槽共6 个 导水槽铝合金板厚度初步定为 3 mm 非安装节点处导水槽与玻璃幕墙之间需设置防震 垫层，并采用玻璃胶或其他材料来实现导水槽与 玻璃幕墙的无缝连接
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雨水利用——附属楼屋顶及地面
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
40.9 69.4 84.7 201.2 283.7 276.2 232.5 227 166.2 87.3 35.4 31.6
1.7 1.7 1.6 1.6 1.7 1.8 1.9 1.5 1.5 1.8 1.8 1.7

设计方案
• 利用雨水供应室内 花园和室外绿地浇 灌
雨水利用

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设计依据
• 超高层建筑用水量 大，供水程序复杂 • 广州地区雨水资源 丰富
广东广州市地区1971-2000年降雨及风速数据表
月 份 累年各月降 水量（㎜） 累年各月最 大日降水量 （㎜） 75.0 89.2 67.6 119.8 215.3 210.9 111.0 239.0 156.4 110.7 116.3 46.1 累年各月日 降水量 ≥50mm日 数 1 1 1 8 14 11 9 8 7 4 0 0 累年各月平 均风速(m/s)

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建筑的高度变化导致相关参数的变异
• 高度超过100米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外，其它的气 象参数都会发生很大的变化 • 地面风速是取自地面高度10米处，如地面风速为2米／秒时，则在 100米的高空风速会依据指数规律提高到3米／秒，若高达400～ 500米时风速可达到5米／秒以上 • 度随高度的变化也会有明显的降低，通常会有每百米高度的温度 下降0.6～1.0℃
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绿色超高层建筑设计实例

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地点：广州 塔楼高度：475.8 m 建筑面积：
• 塔楼：24.94 万m2 • 裙楼：6.42 万m2 • 地下：18 万m2

设计目标：
• 绿色建筑“三星级”
设计理念：
• 建筑、环境、人的和 谐统一
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广州气候状况分析
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附属楼自然通风——CFD分析
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西向和北向具有负压，有利于排风，所以应在此处开窗， 将室内空气排出 在室外无风的恶劣天气下，自然通风效果不太好，热空气 聚集在中庭的上部区域，所以在这种情况下建议设置自动 可开启窗户和无动力风帽进行排风，以确保室内空气的人 体舒适度
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通风夹层风机布置
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夹层风力发电

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视觉效果

噪音问题
• 屋面顶部，建议采用显示结合方式，在外立面上凸显出涡轮发电机 • 通风夹层中设置的涡轮发电机组，采用隐式布置，通过在外立面作贯通 处理，将风引入夹层内部同时在立面可形成均匀条带状分布 • 噪声源：啮合的齿轮对或齿轮组、由于互撞和摩擦激起齿轮体的振动、 由转动轴等旋转机械部件产生周期作用力激发的噪声等 • 在风机基座处做专用的钢弹簧减震处理 • 当风速超过风力发电机组最大有效工作风速（切出风速）时，风机自动 切断 • 适当加大夹层开口 • 风力涡轮发电机组错落排布，尽可能大的增加阻尼作用，减小流进、留 出夹层的风速 • 经CFD分析，当来流风速为10 m/s时，通过上述措施，可减小至 5 m/s 左右，有效控制啸叫的产生

节水与水资源利用
• 雨水利用、其他节水措施
节材与材料资源利用 室内环境质量
• 地下车库导光筒采光、诱导通风
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节地与室外环境
周边建筑
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太阳轨迹
建筑朝向
• 本地污染 • 噪音 • 环境承载能力 • 规范和标准 盛行风和 地域环境
防护林带 和遮阳
ACCESS AND PARKING
呼吸幕墙布置位置
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呼吸幕墙和综合遮阳体系
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呼吸幕墙内置活动百叶帘
廊道接力通风
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呼吸幕墙和综合遮阳体系

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附属办公楼
• 嵌入墙体的垂直百叶机翼外遮 阳 • 全收起时SC≥0.60，全遮挡时 SC≤0.30 • 宽度为 800 mm左右的单翼型 铝合金叶片 • 可根据阳光角度自动控制叶片 角度 • 叶片应有 30%以上面积穿孔， 孔直径为 5 mm左右
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附属楼自然通风——CFD分析
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边界条件选取广州夏季的主风向东南风，风 速取地面10米处的速度3.6m/s,然后根据风速 与高度的关系对各个高度的风速进行修正
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附属楼自然通风——CFD分析
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在主楼后面有漩涡产生，东向和南向具有正 压，有利于进风，所以应在此处布置窗户， 将室外清新空气引入室内，进行自然通风
附属楼自然通风

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设计依据
• 提高商场空气品质 • 充分利用穿堂风 • 设立中庭或天井

设计方案
• 附属办公楼顶部宜设置合适的无动力风帽（20个，长× 宽×高为:360×380×380mm，排风量为7200m3/h） • 中庭上部宜设置自动开启窗，面积占中庭总面积的 20％ 左右 • 30％ 的外窗面积为自动开启窗
垂直叶片机翼外遮阳 （广州发展中心）
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呼吸幕墙和综合遮阳体系

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附属商场
• 水平叶片机翼外遮阳 • 全收起时SC≥0.60，全遮挡时 SC≤0.30 • 叶片离开里面 0.5 m左右，有 利于自然通风 • 可根据阳光角度自动控制叶片 角度 • 400 mm的单翼型叶片
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地下车库诱导通风

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设计依据
• 诱导通风：提高空气品质，降低能耗
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地下车库诱导通风
传统地下通风气流组织
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诱导通风气流组织
传统通风方式气流组织不好，气流影响的范围比较小，而诱导通 风气流组织良好，每台诱导通风机都可以把其区域范围内的气流 组织良好，以达到保证室内空气质量的要求
包含植物和木平台的花园平面图
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绿· 灯塔

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设计理念
• “绿”，绿色建筑的引领者 • “灯塔”，广东省的标志性建 筑

具体措施
• 在东塔楼顶架设涡轮发电机组 6 组，每组发电功率 50 kW， 总发电功率 300 kW
屋顶风机布置
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夹层风力发电

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设计依据
超高层建筑绿色策略和设计
Green Strategy & Designing of Super High-rise Building
目 录
超高层建筑的生态设计特点 现有超高层建筑存在的问题 广州某绿色超高层建筑设计实例 绿色建筑星级评估 生态技术的增量成本
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超高层建筑的特点
• 广州有效风能密度200 W/㎡以上 • 风速和高度：地面2米/秒，100米 高空3米/秒，400-500米时5米/秒 以上 • 设备层有可利用空间

具体措施 • 5个通风夹层，层高4-5m
• 选用涡轮机组直径为4m，每组发 电功率按2kW，每个通风间层发 电功率可达到60kW • 考虑部分情况只能实现双向有效 发电，功率取40kW，全部通风间 层可达 400 kW

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雨水收集方式
• 结合屋面排水系统收集裙楼屋顶雨水，收集的雨水经 管线合流至地下雨水处理间

雨水处理间及储水空间
• 收集裙楼屋顶的雨水，经处理后用于室外绿地浇灌， 处理间占地 15 ㎡，地下储水空间 30 ㎡。处理间可根 据设计要求可放于地下或地上

人工湖补水
• 本项目规划建造人工湖，屋顶多出雨水及地面雨水经 过初期弃流和过滤后可用于人工湖补水
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地下车库导光筒采光

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为了保证光照度均匀合理，地下车库照明系统采用 16 个导光筒，单 位柱距（8.4m×8.4m）设置 1 个， 横向、纵向4×4放置。 导光筒直径约为 800 mm，满足地下车库 75 lx照度要求。 导光筒室外部分可与景观结合、也可以在保证水质良好的情况下，导 光筒与景观水体结合。 建筑需预留空洞，并提供地面部分到地下室的剖面图； 还需与建筑、景观专业确定导光筒的具体位置及与景观结合的情况。
塔楼结构体系
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夹层风力发电

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布置方案
• 角部风速增加很大，是架设发 电机组的最佳位置 • 围绕核心筒在角部设置开口， 开口大小占立面1/4左 • 一个角部设置 10 组

储电方式
• 蓄电池组投资过大 • 设置自动控制和并网保护装置 减少并网的“回流”干扰

风力发电机房
• 核心筒内部或相邻设备间，约5 －10㎡
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地下车库LED照明

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设计依据
• LED照明系统可在满足光照 需求的情况节约电耗

设计方案
• 为一层地下车库，约2万m2 提供照明 • 需要电池板约为 165 ㎡ • 电池板规格(装框后)为:1800 ㎜×730㎜×45㎜,则大概需要 电池板 125 块
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啸叫问题
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呼吸幕墙和综合遮阳体系

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设计依据

具体措施
• 夏季漫长，太阳辐射强烈 • 超高层建筑无法使用活动外 遮阳 • 面江位置需满足观景需求 • 塔楼部分朝向采用呼吸幕墙 （中置活动百叶帘） • 塔楼 15 层以下采用中空百 叶玻璃 • 附属办公楼采用垂直百叶机 翼外遮阳 • 附属商场采用水平叶片机翼 外遮阳
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塔楼空中花园

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垂直绿化 生态效益
• 丰富建筑形式，改善建筑环境 • 改善微气候，调节室内温湿度， 吸收二氧化碳，放出氧气，提 高空气质量

空中花园面积
• 200㎡/千名办公人员，共需空 包含水，植物和假山的花园平面图 中花园面积 4200 ㎡ • 2000 ㎡ 空中花园位于95层的 建筑观光层 • 建筑中每隔8层设计一个高达4 层楼，面积为200㎡的独立花园， 全楼自上至下共11个，总面积 2200 ㎡
辐射与温度 朝向与通风
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年辐射最佳朝向
全年空气温度、湿度、辐射分布
全年风玫瑰
全年干球温度分布
全年相对温度分布
冬季风玫瑰 全年直射辐射分布 全年散射辐射分布
夏季风玫瑰 绿色与生态建筑研究中心
适用生态技术体系

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节地与室外环境
• 透水地面、塔楼空中花园、附属楼屋顶花园
节能与能源利用
• 绿· 灯塔、夹层风力发电、呼吸幕墙和综合遮阳体系、水源热泵、 光电技术、势能电梯、地下车库LED照明、附属楼自然通风
势能电梯

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设计依据

设计方案
• 公用建筑的电梯用电量占建筑 总用电量的17%-25%以上 • 电动机拖动负载消耗的电能占 电梯耗电量的 70% 以上
• 额定载重量1350kg（20人）以 上的大容量电梯 • 多台面对面排列的群控电梯， 侯梯厅深度不小于相对的轿箱 深度之和 • 本项目不满足规范要求，建议 增大侯梯厅深度至 3.1 m以上
广州市太阳辐射强度分布图
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呼吸幕墙和综合遮阳体系

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呼吸幕墙
• 布置区域：右图黄线之间 • 遮阳系数：百叶帘全关闭状态SC≥ 0.25，全收起时SC≤ 0.60 • 外循环的气流组织方式 • 外层钢化玻璃，内层中空高透LowE玻璃 • 铝合金百叶帘采用从上到下的控制 方式，轨道为导轨式（在有气流情 况下较稳定） • 设置反光板以提供室内采光 • 廊道接力通风，宽度600-1000mm