辦公建筑生態化設計策略研究

王 植

(東北大學藝術學院，遼寧 沈陽 110819)

隨著社會的快速發展，人們對辦公環境的要求不斷提高，辦公建筑已經從單一的生產空間逐漸轉變為生活空間的一部分，辦公環境生態質量的要求越來越受到人們的關注。辦公建筑不僅要滿足人們的辦公需求，也要滿足節能環保、可持續發展等新需求。生態化設計是指建立在生態學基礎上減少自然環境破壞，達到可持續發展的設計方法。隨著越來越多的人認識到自然環境和可持續發展的重要性，生態化設計理念愈發得到人們的認同和重視。辦公建筑生態化設計是利用各種技術和設計手段尋求在保護環境的基礎上追求更高品質的辦公環境。辦公建筑生態化設計要建立在生態化理念基礎上，運用設計方法結合節能技術和科技手段，實現辦公建筑的節能環保和可持續發展。

1 可再生能源與節能技術相結合

因為能源消耗巨大，辦公建筑的節能是設計中要考慮的重要問題。辦公建筑屬于主要消耗電力的高能耗空間。電力是高品位的二次能源，主要通過煤等不可再生能源供應。在辦公建筑的設計中，應考慮首先使用可再生能源，選用可再生材料。可再生能源是自然界中能夠持續使用的能源，對于環境基本無害，取之不盡用之不竭。可再生能源主要包括太陽能、風能、生物質能、地熱能等。

應根據辦公建筑的氣候環境情況，選用適宜的可再生能源，就地開發利用。太陽能是非常適合辦公建筑利用的可再生能源，既可以主動利用，也可以被動利用。例如，澳大利亞環保機構Stamp House位于國家公園的熱帶雨林。這一機構旨在打造一個充分利用周邊熱帶雨林環境的生態建筑。建筑采用了一體化的懸挑設計，能夠抵擋洪水沖擊和颶風。建筑屋頂覆蓋太陽能板，使用太陽能發電和沼氣發電雙系統供應電力，還采用計算機控制系統分配能源使用達到節能的目的。建筑還配有具備收集與回收雨水系統供應用水。風能對于具有良好風力資源的地區是非常好的清潔能源。在風力不夠的氣候條件下借助設計手段同樣也可以利用風力資源供能。巴林世貿中心建筑位于巴林首都麥納麥。當地臨海的地理氣候具有很好的海風資源為運用風能提供了天然條件。建筑整體模仿傳統阿拉伯“風塔”形狀。兩座建筑由三座橋梁相連。每個橋梁上分別設置了一個直徑29 m的水平軸風力發電渦輪機和配套發電機。雖然當地的海風風力不夠，但設計師根據空氣動力學原理將建筑設計成坡面流線型的三角大樓。這一建筑造型能夠改變氣流走向，將風速提高了20%。發電渦輪機葉片因此得到了足夠的風力進行發電。該建筑的3臺風力發電機每年為大樓提供120萬kW的電力，這相當于當地300個家庭一年的用電量。巴林世貿中心也成為世界上首座可為自身持續提供可再生能源的超高層建筑。在擁有地熱資源的地區，辦公建筑應該優先考慮利用地熱能作為能源供給。西班牙莫特里爾港口運營總部營建初始就決定建筑相關的所有設計決策都應該以降低能耗為目標。建筑充分利用當地的地熱資源，采用了地熱供能系統，使用地熱泵輔助以高效的空調系統進行溫度調節。建筑開創性的采用能量交換的慣性系統，建筑物內部環境產生的能量可以與地下能量進行交換，并切斷與外部環境的能量交換。建筑雙層表皮構造系統能夠存儲空調產生的能量，利用儲熱型材料使能量回流到內部環境的閉環。

玻璃幕墻是眾多現代辦公建筑外立面的選擇。玻璃幕墻虛化了墻和窗的概念，將裝飾功能與使用功能融合，改變了建筑墻體厚重、沉悶的外觀感受。高透光性也使室內辦公環境更加明亮，達到室內外空間融合的效果。但同時玻璃幕墻也意味著高能耗。據統計，作為建筑圍護結構，玻璃幕墻的熱損失是傳統墻體熱的5倍。玻璃幕墻造成的能耗達到整個建筑能耗的1/3，因此玻璃幕墻的節能是辦公建筑降低能耗的重要部分。

辦公建筑應選用具有節能技術的玻璃幕墻解決能耗問題。設計上優先選擇節能材料，諸如節能玻璃和節能型材。由于玻璃換熱性強，熱透射率高，應選擇透射短波可見光和反射長波輻射熱，減少夏季空調負荷的同時又不至于降低采光效率。比如熱反射鍍膜玻璃，它利用鍍膜能透過可見光，而把能夠加熱室溫的遠紅外光反射到室外，盡可能地減少陽光的熱輻射作用。而低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃能讓80%的可見光進入室內，同時又能將90%以上的室內物體所輻射的長波保留在室內，具有高透明性的優點。薄膜型熱反射材料貼膜玻璃具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。中空玻璃是通過在兩層平板玻璃中間設置間隔框架分隔，密封后充入干燥空氣制成，具有隔音隔溫的優點。這些新型節能玻璃材料通過玻璃處理技術可以減少陽光透過玻璃的直接輻射。

節能型材可以選擇采用鋁塑復合材料、斷熱橋型材等高熱阻材料，雖然其隔熱保溫措施原理比較簡單，但使玻璃幕墻結構的傳熱系數大幅降低。遮陽材料的朝向光面應選用淺色反光的顏色，能加強表面的反射，減少熱量吸收；背光面應選用無反光暗色，達到避免眩光的作用。

2 自然通風和機械通風相結合

人們每天生活的大部分時間都在辦公建筑中度過，辦公建筑的環境質量是人們保持工作效率和工作熱情的重要因素。現在人們越來越相信技術可以解決所有問題，辦公建筑當然離不開技術的支持，但以工業技術與信息技術為代表的新技術卻并非是解決一切問題的手段。只依靠于新技術并不能完全解決目前辦公建筑存在的問題。

新鮮的空氣是人類生存和健康的基礎。近年來大多數辦公建筑都是采用中央空調的全封閉結構。不能開窗通風是造成工作人員不滿的第一原因。據調查，建筑內部空氣污染水平是室外空氣的5倍。如果空調排風系統維護不善，辦公樓中由于人體、辦公設備、家具產生氣味和有害氣體就很難排除，即使是環保建筑材料也會有少量的有害物質揮發，長時間積累也會帶來不良影響，空氣質量難以得到保證。良好的自然通風既可以減少能耗，又能保證工作人員的身心健康。因此在辦公建筑的設計中，應采用自然通風和機械通風相結合的手段，主要考慮利用自然通風加強空氣流通，達到降溫換氣和節約能源的目的。

通風問題在辦公建筑功能布置階段就應該開始考慮。空間劃分上不要進深過大。在設計中，盡可能利用自然貫流通風、自然引導通風、煙囪效應以及蒸發冷卻等空氣流通原理進行構造設計，以此實現自然通風，可以有效改善舒適度，減少能源消耗。

自然貫流通風是指在特定環境或者建造過程中將開口安排在相對的或者相鄰的墻面上，使得空氣能夠進入與流出。這個通風系統主要用于地處更高溫度氣候帶的建筑，它可以時刻改變建筑內部的氣流更新空氣，并且還可以有效地降低內部的氣溫。以MK27工作室設計的別墅為例，他們將可以開放的窗戶框架置入墻內，使得別墅位置相對的兩面墻壁上出現了巨大的開口，實現了灌流通風，保持熱平衡。自然引導通風是指通過熱流的引導來傳導空氣的冷卻。辦公建筑設計中，開口設在接近地表的位置，冷空氣得以進入室內，推動暖空氣上升，通過煙囪效應來引發豎向通風，再通過屋頂、天窗、頂部開洞或者排風口排出位于屋頂棚上的開口排出室外。利用蒸發冷卻原理在辦公建筑開口位置前方布置水面，經過水面的氣流帶有濕度，從而保證了辦公建筑新鮮空氣的供應。

此外，還可以利用構造和裝置來輔助自然通風。辦公建筑內部設計的開口與屏障高度的不同可以影響通風的強度和速度，應根據通風的需求來調整空間劃分。在設計墻面和隔斷時可以在隔斷下部開口和位于對側墻面中部與頂部開窗，兩者之間再設置隔斷。通過中間的隔斷來引導氣流方向。同時采用合適的材料可以進一步促進通風的效果。比如用多孔磚替換實心磚。使用穿孔材料根據需求設計不同的開孔大小帶來不同的穿透效果，實現空氣流通，進而調節室內環境的溫度。以推拉門替代單扇門，通過打開程度調整辦公建筑的通風量。

3 自然光和人工照明相結合

陽光是人類健康的基本需求。自然光永遠是人類最舒適的光源。采用自然光不僅幫助人們清醒，降低抑郁風險，避免重復使用人工光源還能節約能源。研究發現，良好的自然光條件會使得工作人員敏銳性和記憶測試表現比在人工照明工作的人強10%～25%。由于城市發展和效益需求，建筑間距縮小、空間朝向等因素造成很多辦公空間自然采光不足。辦公建筑往往布置大量照明設備，但人工照明所耗費的電力同樣驚人，據調查至少會占到建筑總能耗的30%。長時間在辦公室內工作的人們無法接觸到陽光，對生理和心理都會產生不良影響。自然光照條件也是評測辦公環境質量的重要指標。因此在空間布置和設計上應該優先考慮使用自然光，采用自然光和人工照明相結合。

自然采光首先依靠于良好的窗戶設計。在引入自然光時要考慮光照角度和光照量，避免眩光的產生。窗戶的大小、位置、朝向都會影響到辦公空間的采光效果。應該在根據當地光照角度和通風需求的考慮后綜合設計。其次避免陽光長時間直射辦公家具、設備、電器，減少因此帶來的損耗和危險。玻璃的選擇也會直接影響自然采光，目前常用的鍍膜玻璃能減少光照強度，但同時如果考慮不全面也可能導致室內的采光不足，因此玻璃的選用應該根據現場的實際情況審慎決定，這樣才能實現采光要求和節能環保之間的平衡。選用恰當的遮光裝置可以滿足不同情況下人們對于自然光的需求。遮光裝置既可以讓自然光不能直射室內，也能夠調整自然光射入角度和射入位置。

辦公空間的人工照明應該因具體需求而定，根據不同辦公區域的實際需要確定方案，不同的空間需要采取不同的照明方式。既不能光線不足，也不要照明過度，浪費能源。利用智能照明控制系統，實現自動按時按區照明，在確保燈具正常安全的工作下，減少照明眩光，使照明分布更加均勻，同時大幅度節省能源。例如，丹麥建筑中心總部的外墻通過上釉保證良好的視野，同時減少人工照明的使用。采用智能照明控制系統，人工照明和遮陽裝置根據日光感應器來調節。Koning Eizenberg建筑事務所設計的獨立住宅位于美國加州圣莫妮卡。他們在朝南的屋頂上布置光伏板，天窗和大面積玻璃結合減少了人工照明的使用，另外選用低能耗的智能LED照明系統實現建筑節能。在建筑西立面設計有巨大的可移動木板，實現光線的自主調節。

4 結語

隨著我國經濟和社會的快速發展，人們對辦公環境的要求不斷提高，過去只追求經濟效益不注重生態環境影響的辦公建筑已經不能滿足可持續發展的時代需求。辦公建筑生態化設計不只是為了滿足人們的健康需求，提高人們的工作效率，也是為了保護自然環境和緩解日益嚴重的氣候危機。辦公建筑設計應基于生態化理念，結合當下先進的智能控制技術，使用節能技術和節能材料；因地制宜，盡可能利用可再生資源、減少能源消耗；采用綠色環保的設計方法，最終實現經濟、社會與生態環境的持續協調發展。