里维斯节能中心的启示

倪 明 李朝霞

随着绿色节能意识的深入人心,世界各国的建筑设计越来越多的向节能型、生态型靠拢。在LEED绿色节能标准指导下,涌现出了大量零能耗的绿色建筑。美国的里维斯节能中心就是其中的佼佼者,被评为全球十大节能建筑之一。该建筑不论是节能技术、材料选择,还是内部环境、废水处理、资源利用、建设费用各个方面都达到了国际先进标准。它是各国致力于保护环境,建设绿色节能建筑的建筑师可学习、借鉴的优秀作品,具有很高的参考、借鉴价值。

1 里维斯中心设计理念

美国里维斯节能中心是一个充分利用自然环境和多样节能技术手段的零能耗建筑,如图1所示。建筑基地北侧是一片居住区,南侧是一片植被茂盛、生态环境良好的湿地。在这样的基地环境下,由里维斯家族投资建设的这个研究中心,不但考虑了建筑与环境的融合及对历史文脉的沿用,同时还考虑了建筑对外界环境的保护与利用及建筑自身自给自足的存在方法。

里维斯节能中心由两个2层高的建筑组成,建筑面积1 263 m2。其功能空间由教室、多媒体厅堂、实验室、机械室四大部分组成。该节能中心不但要满足教学实验的需求,同时还要满足中心周边社区及相关团体在此召开会议、讲座、集会和聚餐等多种功能。因此,设计团队充分考虑了建筑功能与新型节能技术的结合。设计计划从1996年开始筹备,建筑在2000年竣工。2005年～2008年节能中心的各项节能设施正式投入使用。经过近3年的实时检测,发现节能中心的节能效果十分突出。目前该建筑的节能效果与普通建筑的节能效果对比(如图2所示),该建筑能耗仅为普通建筑的54%。同时通过对太阳能的利用还能够产生18%左右的能量以供消耗。

2 外部景观环境节能做法

里维斯节能中心与我国节能建筑做法的主要区别在于是否充分保护和利用自然环境。里维斯节能中心的外部环境,包括大面积的草坪、果树及水池。如何充分保护和利用外部自然环境,其做法是在外部景观设计中更多的选择人行道路系统和自行车行车系统,而排除车行道路系统。这样就能够最大限度的减少机动车对环境的破坏。同时,对环境进行充分利用,利用周围果树、草坪、水池等对环境污水进行循环再利用。在建筑周边保留果树、植被,一方面,保留原有物种作为环境景观;另一方面,为建筑的使用者提供食品(如草莓等)。另外,建筑外部的雨水、生活污水可通过建筑外部具有过滤功能的水池、草坪和碎石小路进行过滤,之后为建筑提供生活用水。其过滤过程如图3所示。

3 建筑节能手段

1)电力供应。通过对建筑所在区域的气候条件进行分析,里维斯节能中心确定通过太阳能提供整个建筑使用的电力。该中心在建筑屋顶及停车场顶部建设了一个与城市电网相连接的太阳能供电系统,如图4所示。系统最大的特点是,在太阳辐射较强的时期,为建筑自身提供运转的全部能量来源,同时将过剩的电能向区域电网输出;而在天气较差的情况下,绝大部分电力来自于自身的太阳能供电系统,少量电力来自城市电网。该建筑全年的能量供应系统统计如表1所示。可见通过该系统全年节约能源可达到计划消耗能源的70%以上。

表1 节能中心节能比

2)污水处理。建筑中的污水处理主要是通过与城市污水系统相通的建筑内部多个迷你生态系统——生态间完成,如图5所示。建筑内部的生活污水(淋浴及厨房用水)通过生态间内部种植的大量植被之后,被分解和部分利用,产生大量的氧气和清洁的中水,为建筑内部提供良好的空气来源和调节室内气候环境。

3)采光措施。为了实现良好的采光,建筑布局上采用了东西轴向的布局。建筑内部使用率高的房间南向开窗。建筑内部加大了建筑层高和开窗的高度。建筑中部设置的采光大厅,并通过建筑内部浅色的装饰层,很好的提高内部照度水平。同时,使用了充有氦气的三层Low-E玻璃窗,很好的解决了采光与保温的矛盾。对于大尺度的空间内部大量使用了玻璃隔墙,这样能够提高室内空间的采光效果,形成了大空间内部良好的光环境,如图6所示。

4)通风系统。建筑的通风系统,由布设在建筑多处的CO2自动感应器与门窗的自动控制系统形成联动,在室内空气环境下降的情况下自动开启。同时,建筑内部也设计了方便手动开启的门窗,可根据使用要求自行进行通风采光。

5)保温措施。在这个大小空间相互穿插的复杂建筑中,建筑师考虑了建筑材料的特征对建筑节能的影响。这个钢结构建筑中使用了大面积砖墙:一方面延续了建筑的文脉;另一方面则起到了隔热和保温的作用。结合建筑的外层玻璃,形成了日光间,起到了调节室内温度的作用。建筑室内大厅采用了传统的水泥地面。水泥良好的蓄热系数使地面起到了白天吸热、晚间放热的作用。对室内温度稳定性的调节起到了很好的作用。

6)节能材料选择。该建筑的大量建筑材料来自于当地的石材、木材和原有建筑拆除后的建筑材料。其中,建筑墙体中的砖来自于其他教学楼拆除后废弃的砖块。而隔热保温砌块则来自于粉碎后重新加工而成的建筑垃圾。建筑内部各个教室的梁、屋顶及多功能厅堂的室内修则全部都由木材制成。木材不但符合FSC环保标准,零甲醛排放,而且这些构建都可以在被拆除后再次利用。另外,建筑室内的座椅全部为木质,符合FSC环保标准。室内的地毯也来自于废弃塑料的再加工,并且该地毯能够在使用破损之后,进行重新回收再翻新,可以循环使用。以上这些做法,一方面减少了自然环境的压力,同时也为建筑室内提供了健康的空气环境。

4 结语

1)充分利用环境形成低成本的绿色建筑设计。既利用内部、外部环境的营造形成适合建筑存在的小气候,并为建筑的污水处理、空气净化提供条件。2)高技术智能控制系统与低成本节能做法相结合。这种做法改变了零能耗建筑必是高技术、高投入建筑的传统观念。利用特朗伯墙、自然通风、充分采光等传统的建筑手法与节能控制系统、太阳能技术等相结合形成优势互补的节能大系统,共同完成建筑能耗的节约。3)通过废弃材料的再利用,降低建筑成本。在我国和其他国家的零能耗建设的前期,建筑材料多使用非可再生材料,如钢材。而对废弃的工业材料和生活垃圾的利用的考虑则较少。4)对建筑材料、装饰材料的生命周期的考虑。通过使建筑材料、装饰材料的使用时间延长,能够在很大程度上减少建筑垃圾和生活垃圾向自然界的排放。随着预制装配式建筑的不断发展,相信越来越多的建筑材料会被二次利用或三次利用,从另一个侧面形成建筑的生态节能技术。

[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.适用、坚固与美观——谈学校建筑的设计与建造[J].建筑学报,2004(8):67-69.

[4] 阎国忠.对建筑的审美解释[J].北京大学学报,1991(5):61-63.