探究高層建筑的生態設計

王沁冰    同濟大學建筑與城市規劃學院

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    高層建筑壽命周期包括前期、設計、施工、運營維護和拆除等階段。其中高層建筑在運營維護階段所耗能源很高比例。因此，要抓住基地的氣候條件找到合適的被動設計方案，使建筑自身就是個低能耗設計。

    一、高層建筑的平面設計

    1、建筑的形體與朝向

    平面形式的選擇與高層建筑能耗之間存在著一定的關系，建筑底面積相同，外圍護表面積越大，建筑的散熱面積就越大，能耗相應就越多；相反，建筑外圍護表面積越小，太陽輻射及通風引起室內溫度增加的升幅就越小，冬季通過圍護結構及窗戶的氣密性散失的熱量就越小。因此采用矩形或圓形的平面形式，建筑的能耗量較小。    

    高層建筑的朝向會影響太陽對建筑的輻射。熱帶地區的高層的長邊應沿東西向放置，這樣可以減少建筑開闊面的太陽輻射；在寒冷的高緯度地區，高層的開闊面應最大化面向太陽光路徑，提高建筑對太陽熱量的吸收。

    關于建筑朝向與風向，其中一個重要的概念就是風影區，它是由于垂直于建筑外界面氣流遇到障礙物后在其背風向的一定距離內產生的。風影區內，風向改變，形成渦流，風速減小到約為遇到障礙物前風速的一半，這對于炎熱干旱地區的夏季及寒冷非潮濕地區室外活動比較理想，但在濕熱地區，風影區會導致一定距離內下風向建筑通風降溫及除濕效果不理想。

    2、核心筒和附屬空間

    核心筒的布置有兩種形式中心核、周邊核，應根據當地緯度的太陽運動軌跡和風向，并綜合其他因素決定核心筒位置。選擇周邊核這種布置方式，核心筒可當作陽光或是風的緩沖層。在熱帶地區，核心筒可設在建筑較熱的西側、東側或兩側，成為陽光的緩沖層，避免熱量直接進入使用區域，同時也使吸入的熱量排放不經過使用區域，并保證南北向有良好的通風窗口；在寒冷的高緯度地區，核心筒布置在北向可作為風的緩沖區，阻擋寒風的侵襲，有利于冬季室內熱量的穩定。中心核布置方式，核心筒及附屬空間在建筑的中央，南北空間劃分及中部走廊的相隔阻礙了氣流的串通，對建筑通風不利。因此，具體模式的選擇應結合當地的冬夏季太陽運動軌跡和風向，在平衡各種利弊關系后進行搭配布局。

    二、高層建筑的豎向設計

    1、豎向自然通風

    空間豎向組織也有利垂直通風。自然風垂直吹向高層建筑時，會在底部產生正壓，在頂部產生負壓，上下的壓力差形成了垂直的風道效應。高層建筑將空間垂直發展，可以形成內部上下貫通的中庭或者采用專用風道，即上述的垂直的風道效應。

    建筑高度如果過高的話，反而會產生過強的氣流，造成不利的影響。可在內部中庭采用逐段分隔的辦法，進行人工調節、控制；或者利用換氣裝置進行加壓與減壓。由于自然垂直氣流來源于壓力差所產生的浮力，因此在不同位置進行人工氣壓干涉，可以增強或減弱浮力影響，從而有效地引導自然氣流的通風效力。

    2、雙層立面

    高層建筑隨著氣候的變化，要面臨采暖制冷、通風防風等相互矛盾的要求。雙層立面系統是目前處理高層建筑外界面比較理想的手段。它的原理是利用雙層材料及其中空腔的溫室效應和煙囪效應來實現通風與溫度調節。

    雙層立面的采用實際上是通過6個方面增加室內環境的舒適度的：將室內空氣和玻璃幕墻內表面之間的溫差控制在最小范圍內，有助于改善靠近外墻的室內部分的舒適度，減少冬季取暖和夏季降溫的能源成本；惡劣天氣不影響開窗換氣；遮陽百葉置于中間層，有效防止日曬，不影響立面效果，不妨礙開窗；無需鍍膜玻璃，用自然光實現照明；雙層濾過陽光，避免直射，無炫光困擾；雙層玻璃及中間空氣層有效阻隔室外噪聲，臨街建筑室內依然安靜。

    三、結語

    隨著城市化進程加快，高層建筑數量陡然增加，建筑內部空間巨型化，功能復雜多樣化，機械設備密集化，此類建筑一旦在技術策略上失誤，就可能成為“耗能大戶”，對資源的浪費是一般建筑無法相比。因此，高層建筑的“生態化”具有現實意義。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)