会“呼吸”的建筑

上海世博展馆——汉堡之家

Shanghai Expo 2010, Hamburg House

呼吸的建筑 

“Breathing” house

文:文谦

by Wen Qian

2010上海世博会上,汉堡参展案例通过独特的建筑设计和节能建材应用展现了未来的城市生活方式。汉堡之家”这座“被动房”正是梦想照进现实的最佳写照。如何诠释上海世博会 “城市让生活更美好”的愿景?本文带领读者一同探讨这座会“呼吸的建筑的给出的答案。

In the 2010 Shanghai Expo, the Hamburg city pavilion was designed with a unique architectural conception as well as application of energy saving building materials to achieve the future of urban life style. As apassive house”, “Hamburg House” is the best case that make dream into reality. How it expresses the theme of Shanghai Expo “Better City Better Life “? Let’s have a look at the Breathing” house’s answer. 

2010上海世博会,德国汉堡市的参展案例“汉堡之家”是在中国建成的第一座按照德国标准设计并经被动房建筑研究所认证的“被动房”。整幢建筑物运行时的一次能源需求量小于每年每平方米50千瓦时(kWh/m2a),这是目前为止在上海这样一个极端气候区,首次达到的最低能耗水平,与之相比:德国的一幢新建办公楼,其一次能源需求量为每年每平方米360千瓦时甚至更多。汉堡之家的能源需求之所以可以达到如此低的水平,要归功于它采用了节能高效的建筑材料,同时结合使用了可再生能源技术。

 

汉堡之家

 

建筑设计

汉堡之家紧凑而坚实的建筑结构为减少冬季的热量损失和夏季的热量侵入创造了良好的条件。建筑外墙采用双层夹板结构,在内层的水泥墙和外层的红砖之间装有20公分厚的聚苯乙烯作为隔热层。出于对日光需求,始终坚持将大面积的玻璃幕墙朝北设置。整栋建筑呈立方形,有多处悬挑出“抽屉”部分,由此使得朝北的外墙总面积有所增加。这样的设计在建筑的太阳能光伏电池板顶棚下形成了一个遮阳平台。夏季可降低热辐射,冬季则能接收更多斜射的阳光。对节能来说,最重要的是建筑主体外壳的保温和气密性,只有在最大限度控制冬季的热量散失和夏季的热量吸收情况下才能实现“被动房”的正常工作。

 

供暖设备

据 Dittert & Reumschüssel 建筑事务所的汉堡之家设计师 Christine Reumschüssel 介绍,由于汉堡之家的采暖需求低于15 kWh/(m2a),因此单在供暖耗能方面每月就可以节省开支10欧元(约人民币92元)。

该“被动房”冬天的热能需求只有10瓦特/平方米。建筑的暖气供给通过设在地下一层的地源热泵抽取地下暖水而得以实现。地基下一共有100个水泥桩,其中有42个内藏贯穿桩基的管道系统。管道内的热交换是通过水乙二醇实现的。热泵将热量在密闭状态下进行压缩,然后通过热能交换装置把热量传导给供暖水循环。

制冷

建筑降温所需能源同样是通过地源热泵产生16-18°C 冷水而获得的。热泵将冷水乙二醇在密闭状态下进行压缩,然后通过热能交换装置为制冷水循环进行降温。季节转换时,地下温度和室温需求基本相符,热泵就无需对地下管道内的水乙二醇进行压缩。此外,建筑降温70%由楼板内建管道实现,另外30%则通过室内通风设备实现。

空气通风设备

每天9:00至17:30是开放参观时间,但汉堡之家并不是总是“敞开着大门”,为了确保“汉堡”内可以保持25°C 恒温,展馆尽量减少开关门的次数,参观者走到门口,工作人员会为其打开大门。

那么,汉堡之家如何保证室内空气的新鲜?不用担心,“被动房”在屋顶配备了一套热能回收型的舒适通风系统。这套通风机组可以实现高效的能量回收,当室外温度为0°C,通过回收室内20°C 废气的热量,就能将新鲜空气至少加热至16°C,其在制热时的效率为90%,制冷时为80%。吸入的新鲜空气在经抽湿处理后通过纵向隔热管道输送至各个房间,并以低于0.3米/秒的气流形式从地板上的出风口吹出。

 

风机

位于屋顶上的中央通风设备配备的一套高效的热回收系统,简单说就是变相的空调,该系统配合上德国特制的风机,可保证4层楼的通风。其热回收效率是88%。作为该热回收系统的“点睛之笔”——风机,由德国绿色节能企业依必安派特(ebm-papst)生产提供,这套风机采用了该公司特创造的 EC(Electronical Commutated)技术,EC 既“电子换向”技术,该技术的特点是集控制系统与风机于一体,运行过程中,输入电机的是交流电,而运行的是高压直流电,其优势在于可消除交流电应用过程中功率因数的影响,提高电的使用效率。运用该技术,这款风机机组的效率可提高80%,据实验室实验显示其出色的稳定性,保守估计为3万小时。对于风机最普遍的“噪音”问题,我们对话了该项目负责人张励远先生*:“为了减轻噪音,我们从两个角度出发:其一是叶轮电机的一体设计,其二是依据空气动力学原理做出的特别设计。”

“插入式安装”使风机的成为一个简单的动作:“安装点,风圈,支架,都是设计好的,只要在一定尺寸的设备进风与出风口,插上就可以用了,而且设计的是不会影响风量效率的。”张励远解释道。电机加风机的强强联合为汉堡之家的 COP(Coefficient of Performance 能效比)的提高做出了巨大的贡献, 风机运行效率达到80%以上。

依必安派特绿色节能风机

结语

“尽管汉堡之家里面没有空调,但却让每一个来访的客人在夏天也同样感受到凉爽。”参观者说道。仅利用太阳能,地热,人身体发出的热量等可再生能源和节能技术的应用,这座会“呼吸”的建筑实现了夏天不用空调,冬天不用暖气这个以前不可想象的事实。汉堡之家为人们展示了未来可实现的建筑生活方式,它也作为永久性建筑,在世博会结束后继续沿用。

项目信息

项目名称:汉堡之家

面积:约 3000 平方米

建筑成本:420万欧元(约3700万人民币)

项目管理:自由汉萨城汉堡市(Free and Hanseatic City of Hamburg),

城市发展与环境局(Ministry of Urban Development and Environment)

建筑与建设的概念:ARGE Hamburg House

Spengler · Wiescholek / Dittert & Reumschüssel

参与团队:WTM Engineers GmbH 工程设计公司 www.wtm-hh.de

建筑技术:Klett Ingenieur GmbH 机电工程公司 www.klett-ingenieur-gmbh.de

建筑公司上海建工集团(Shanghai Construction Group)www.scg.com.cn

供应商

热回收系统柏林绿林(BerlinerLuft)

风机设备德国依必安派特(ebm-papst)www.ebmpapst.com.cn

楼宇自动化系统:西门子(Siemens)

被动房

“被动房”是指超低能耗建筑,对于供暖与制冷的能源需求极低,只需要传统建筑物10%的能源消耗,即可使室内温度保持在25°C。一台送风制暖设备(max. 15 kWh/(m2a) )或送风制冷设备(max. 25kWh/(m2a))作为唯一的供暖/制冷的能源来源就能满足要求。

*张励远:德国依必安派特公司现家电及制热行业经理

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