里維斯節能中心的啟示

倪 明 李朝霞

隨著綠色節能意識的深入人心,世界各國的建筑設計越來越多的向節能型、生態型靠攏。在LEED綠色節能標準指導下,涌現出了大量零能耗的綠色建筑。美國的里維斯節能中心就是其中的佼佼者,被評為全球十大節能建筑之一。該建筑不論是節能技術、材料選擇,還是內部環境、廢水處理、資源利用、建設費用各個方面都達到了國際先進標準。它是各國致力于保護環境,建設綠色節能建筑的建筑師可學習、借鑒的優秀作品,具有很高的參考、借鑒價值。

1 里維斯中心設計理念

美國里維斯節能中心是一個充分利用自然環境和多樣節能技術手段的零能耗建筑,如圖1所示。建筑基地北側是一片居住區,南側是一片植被茂盛、生態環境良好的濕地。在這樣的基地環境下,由里維斯家族投資建設的這個研究中心,不但考慮了建筑與環境的融合及對歷史文脈的沿用,同時還考慮了建筑對外界環境的保護與利用及建筑自身自給自足的存在方法。

里維斯節能中心由兩個2層高的建筑組成,建筑面積1 263 m2。其功能空間由教室、多媒體廳堂、實驗室、機械室四大部分組成。該節能中心不但要滿足教學實驗的需求,同時還要滿足中心周邊社區及相關團體在此召開會議、講座、集會和聚餐等多種功能。因此,設計團隊充分考慮了建筑功能與新型節能技術的結合。設計計劃從1996年開始籌備,建筑在2000年竣工。2005年～2008年節能中心的各項節能設施正式投入使用。經過近3年的實時檢測,發現節能中心的節能效果十分突出。目前該建筑的節能效果與普通建筑的節能效果對比(如圖2所示),該建筑能耗僅為普通建筑的54%。同時通過對太陽能的利用還能夠產生18%左右的能量以供消耗。

2 外部景觀環境節能做法

里維斯節能中心與我國節能建筑做法的主要區別在于是否充分保護和利用自然環境。里維斯節能中心的外部環境,包括大面積的草坪、果樹及水池。如何充分保護和利用外部自然環境,其做法是在外部景觀設計中更多的選擇人行道路系統和自行車行車系統,而排除車行道路系統。這樣就能夠最大限度的減少機動車對環境的破壞。同時,對環境進行充分利用,利用周圍果樹、草坪、水池等對環境污水進行循環再利用。在建筑周邊保留果樹、植被,一方面,保留原有物種作為環境景觀;另一方面,為建筑的使用者提供食品(如草莓等)。另外,建筑外部的雨水、生活污水可通過建筑外部具有過濾功能的水池、草坪和碎石小路進行過濾,之后為建筑提供生活用水。其過濾過程如圖3所示。

3 建筑節能手段

1)電力供應。通過對建筑所在區域的氣候條件進行分析,里維斯節能中心確定通過太陽能提供整個建筑使用的電力。該中心在建筑屋頂及停車場頂部建設了一個與城市電網相連接的太陽能供電系統,如圖4所示。系統最大的特點是,在太陽輻射較強的時期,為建筑自身提供運轉的全部能量來源,同時將過剩的電能向區域電網輸出;而在天氣較差的情況下,絕大部分電力來自于自身的太陽能供電系統,少量電力來自城市電網。該建筑全年的能量供應系統統計如表1所示。可見通過該系統全年節約能源可達到計劃消耗能源的70%以上。

表1 節能中心節能比

2)污水處理。建筑中的污水處理主要是通過與城市污水系統相通的建筑內部多個迷你生態系統——生態間完成,如圖5所示。建筑內部的生活污水(淋浴及廚房用水)通過生態間內部種植的大量植被之后,被分解和部分利用,產生大量的氧氣和清潔的中水,為建筑內部提供良好的空氣來源和調節室內氣候環境。

3)采光措施。為了實現良好的采光,建筑布局上采用了東西軸向的布局。建筑內部使用率高的房間南向開窗。建筑內部加大了建筑層高和開窗的高度。建筑中部設置的采光大廳,并通過建筑內部淺色的裝飾層,很好的提高內部照度水平。同時,使用了充有氦氣的三層Low-E玻璃窗,很好的解決了采光與保溫的矛盾。對于大尺度的空間內部大量使用了玻璃隔墻,這樣能夠提高室內空間的采光效果,形成了大空間內部良好的光環境,如圖6所示。

4)通風系統。建筑的通風系統,由布設在建筑多處的CO2自動感應器與門窗的自動控制系統形成聯動,在室內空氣環境下降的情況下自動開啟。同時,建筑內部也設計了方便手動開啟的門窗,可根據使用要求自行進行通風采光。

5)保溫措施。在這個大小空間相互穿插的復雜建筑中,建筑師考慮了建筑材料的特征對建筑節能的影響。這個鋼結構建筑中使用了大面積磚墻:一方面延續了建筑的文脈;另一方面則起到了隔熱和保溫的作用。結合建筑的外層玻璃,形成了日光間,起到了調節室內溫度的作用。建筑室內大廳采用了傳統的水泥地面。水泥良好的蓄熱系數使地面起到了白天吸熱、晚間放熱的作用。對室內溫度穩定性的調節起到了很好的作用。

6)節能材料選擇。該建筑的大量建筑材料來自于當地的石材、木材和原有建筑拆除后的建筑材料。其中,建筑墻體中的磚來自于其他教學樓拆除后廢棄的磚塊。而隔熱保溫砌塊則來自于粉碎后重新加工而成的建筑垃圾。建筑內部各個教室的梁、屋頂及多功能廳堂的室內修則全部都由木材制成。木材不但符合FSC環保標準,零甲醛排放,而且這些構建都可以在被拆除后再次利用。另外,建筑室內的座椅全部為木質,符合FSC環保標準。室內的地毯也來自于廢棄塑料的再加工,并且該地毯能夠在使用破損之后,進行重新回收再翻新,可以循環使用。以上這些做法,一方面減少了自然環境的壓力,同時也為建筑室內提供了健康的空氣環境。

4 結語

1)充分利用環境形成低成本的綠色建筑設計。既利用內部、外部環境的營造形成適合建筑存在的小氣候,并為建筑的污水處理、空氣凈化提供條件。2)高技術智能控制系統與低成本節能做法相結合。這種做法改變了零能耗建筑必是高技術、高投入建筑的傳統觀念。利用特朗伯墻、自然通風、充分采光等傳統的建筑手法與節能控制系統、太陽能技術等相結合形成優勢互補的節能大系統,共同完成建筑能耗的節約。3)通過廢棄材料的再利用,降低建筑成本。在我國和其他國家的零能耗建設的前期,建筑材料多使用非可再生材料,如鋼材。而對廢棄的工業材料和生活垃圾的利用的考慮則較少。4)對建筑材料、裝飾材料的生命周期的考慮。通過使建筑材料、裝飾材料的使用時間延長,能夠在很大程度上減少建筑垃圾和生活垃圾向自然界的排放。隨著預制裝配式建筑的不斷發展,相信越來越多的建筑材料會被二次利用或三次利用,從另一個側面形成建筑的生態節能技術。

[1] http://www.eere.energy.gov/buildings/highperformance/case-studies/overview.cfm ProjectID=5.

[2] Petersen J.Oberlin College Lewis Center for Environmental Studies[J].A Low-Energy Academic Building,2004(3):27-28.

[3] 丁沃沃.適用、堅固與美觀——談學校建筑的設計與建造[J].建筑學報,2004(8):67-69.

[4] 閻國忠.對建筑的審美解釋[J].北京大學學報,1991(5):61-63.