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□ 本文发布于
2024-01-10 10:08:34

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设计低碳高层的七项原则
abbs
尽管人们越来越担心与建筑和运营相关的碳排放,摩天大楼仍在全球不断涌现。在这里,菲利普-奥德菲尔德(Philip Oldfield)提出了七种设计更可持续的高楼的方法。

有低碳高楼吗?还是摩天大楼天生不可持续,建筑环境中的SUV?

高耸的建筑在其周围环境之上,暴露在更多的阳光和风中。原则上,这可能是一件好事(想想免费供暖和通风)。但是,由于如此多的塔楼都是全玻璃的,几乎没有阴影,因此它们经常会过热或热损失过多,从而增加运行排放。

高层建筑也受到摩天大楼建筑师和工程师法兹鲁尔-汗(Fazlur Khan)所称的“高度附加费” (premium for height)的影响。随着我们建造得越来越高,塔楼面临着越来越高的风荷载和地震荷载的侧向力。为了抵抗这些,高层建筑使用了更多的结构材料——通常是碳密集型混凝土和钢。其结果是,较高的建筑比中低层建筑的碳含量更高。

在其整个生命周期中,高层建筑通常会产生更多的排放

总的来说,证据表明,在其整个生命周期中,高层建筑通常比中层建筑产生更多的排放。那么,我们应该停止建造它们吗?

未来几十年,我们面临的一个主要挑战是,让数十亿人舒适、安全地居住,同时大幅减少排放;据联合国统计,目前有16亿人居住在住房不足的地区。中产阶级可以,也应该为这一切提供基础。但如果认为每个城市和每个地点都有一个通用的解决方案,那就太天真了。

在土地稀缺的地方,高楼可以提供更高的密度,让更多的人靠近低碳公共交通和城市的公共基础设施。问题是:我们如何设计碳排放量远低于标准的塔楼?

以下是要遵循的七项原则:

改装优先



图1、3XN设计的码头区塔

码头区塔(Quay Quarter Tower)是一个改造摩天大楼项目的例子。

考虑到它们是数千吨钢铁和混凝土的投资,拆除一座高楼似乎毫无意义。我们只需要看看曼哈顿公园大道270号(270 Park Avenue in Manhattan,),它建于1960年,2012年翻新为LEED白金级建筑,但仅仅9年后,它就被建筑师、历史学家和环保主义者的绝望声摧毁了,这样它就可以被一座稍高、更闪亮的大厦取代。

一个更好的方法是改造、再利用和重新设计现有的塔楼,而不是夷为平地和重建。由3XN工作室和BVN工作室设计的码头区塔(Quay Quarter Tower)升级了1976年悉尼的现代主义塔楼,保留了核心和大部分现有楼板,但彻底改变了建筑结构,并将建筑面积增加了35%。与新建筑相比,这种方法减少了约8000吨的碳。

拒绝幕墙



图2、吉达国家商业银行

吉达的国家商业银行有坚固的外墙和玻璃内院。

玻璃幕墙是任何摩天大楼的首选幕墙。视觉上单调,但也有环境犯罪。你不需要成为一个建筑物理学家来理解为什么。即使是具有氩气(argon)间隙、电子涂层和所有铃铛和哨子的最高性能三层玻璃,也不会像简单的隔热墙那样具有良好的隔热性能。

当然,我们需要日光和视野,所以一些玻璃是必不可少的——但我们真的需要把玻璃铺到地板上,照亮我们的脚尖吗?未来的高层建筑应该在其立面上采用遮阳和坚固的设计,玻璃的安装范围可能不超过墙面面积的40%。

我们可以从吉达的国家商业银行获得灵感。该建筑由SOM工作室的戈登-邦沙夫(Gordon Bunshaft)设计(具有讽刺意味的是,他还帮助设计了世界上最早的全玻璃塔楼之一,位于纽约的利华大厦(Lever House))吉达的国家商业银行内部庭院采用了玻璃,但外墙采用了坚固的石材,以应对沙漠中严酷的阳光。

拥抱“被动房”(Passivhaus)



图3、温哥华WKK建筑师事务所设计的“纳尔森街1075号被动大厦”(Passivhaus 1075 Nelson Street)的外观

在建的“纳尔森街1075号被动房”(Passivhaus 1075 Nelson Street)是世界上最高的“被动房”(Passivhaus)。

高层建筑的环境效益之一是它们紧凑,这意味着与低层建筑相比,它们的围护结构可以减少热量损失。这一特性适用于“被动房”(Passivhaus)——一种性能标准,通过紧凑的形式、超强的隔热、气密性和热回收,实现了非常低的运行能量需求。

世界上最高的“被动房”(Passivhaus)是由WKK建筑师事务所设计的高178米的“纳尔森街1075号被动房”摩天大楼,目前正在加拿大建设。更妙的是,为什么不像ERA建筑工作室在汉密尔顿的“肯索布尔大厦”(Ken Soble tower)那样,通过将现有的塔楼改造为“被动房”(Passivhaus),来节约实际排放和运营排放?

排出热量



图4、大都会公寓(The Met)

Woha工作室的曼谷大都会公寓(The Met)大楼使用深阳台来帮助交叉通风。

紧凑型建筑的另一面是,一旦不需要的热量进入高层建筑,再次将其排出就更具挑战性。建筑物内的人员和设备会散发热量,而且由于塔楼结构紧凑且体积庞大,因此交叉通风可能更具挑战性。

有一些解决方案——设计带有中庭、空中花园或渗透性的高层建筑,可以为微风吹出多余的热量创造路径。在曼谷的Woha‘工作室设计的大都会公寓(The Met),深阳台提供遮阳,而空隙穿过建筑通道的微风,使建筑单元可以交叉通风。因此,即使在炎热的热带气候下,居民也几乎不需要空调。

用木材建造



图5、萨拉文化中心和酒店

瑞典的萨拉文化中心拥有世界第二高的木塔。

水泥是混凝土的主要成分,约占所有人为碳排放的8%。由于高层建筑是混凝土的主要消费群体,我们是否可以考虑使用其他材料?

首先考虑木材。木材建筑比钢和混凝土具有更低的碳排放量。它们还能够在建筑的整个寿命期内将碳储存在木材中。

怀特建筑工作室(White Arkitecter)的20层萨拉文化中心(Sara Kulturhus Centre)由交叉层压木材(CLT)和胶合层压木材(glulam)建造。建筑中的木材储存的碳是建筑过程中排放的碳的两倍。

减少第一,产生第二



图6、维也纳大学能源办公室高层建筑(TU Wien Plus-Energy Office High Rise)

维也纳大学能源办公室高层建筑(TU Wien Plus-Energy Office High Rise)产生的能源比其使用的更多。

在考虑现场发电之前,最好先拥抱能效和低碳战略。位于维也纳的维也纳大学能源办公室高层(TU Wien Plus-Energy Office High Rise)是对20世纪70年代办公楼的改造(你认为是一个趋势了吗?)。

通过使用超级隔热和气密的外墙、热回收系统、夜间冲洗通风和低能耗电器,一次能源从每年每平方米803千瓦时减少到每年仅56千瓦时。这一大幅减少意味着屋顶和立面上安装了光伏板,这座塔楼将产生比全年使用的更多的能量。

在摩天大楼的顶部安装风力涡轮机很诱人,但不要这样做!虽然它可能会创造一个大胆的绿色视觉声明,但它不会减少多少排放。风速随着高度的增加而增加,因此使用风力发电来产生清洁能源似乎是明智的,但涡轮机也会产生噪音,这意味着它们在城市地区的使用远非理想。

忘掉超高大楼



图7、阿德里安-史密斯和戈登-吉尔建筑工作室的王国大厦

位于吉达的王国大厦(Kingdom Tower)计划成为世界上最高的摩天大楼,但建设已经停滞。

超高层建筑(300米以上)和特高层建筑(600米以上)需要成倍增加的建筑材料。混凝土越多,钢材越多。这意味着更多的碳。这种高度的塔楼往往只是作为权力和企业财富的象征,而不是提供基本的社会需求。例如,你上一次听说超高层建筑中的经济适用房是什么时候?

幸运的是,有迹象表明,我们正在远离使用高楼作为城市纪念品。在中国,大多数超高层建筑已经建成,政府宣布禁止500米以上的塔楼,250米以上的“严格限制”。

在面临气候变化挑战的世界里,我们使用的每公斤材料都是珍贵的,所以我们不要把它们浪费在一场愚蠢的高度竞赛上。低碳高楼是可能的,但我们必须把环境放在高度之前。

本文作者菲利普-奥德菲尔德(Philip Oldfield)是新南威尔士大学悉尼分校建筑环境学院的院长。他是《可持续高层建筑:设计入门》(Sustainable Tall Building: A Design Primer ,2019)一书的作者。

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