形式和实质

形式和实质 

Form and substance 

文:乔治白·拉·弗朗卡

by Giuseppe La Franca

本文将介绍一个企业办公楼的设计,这一方案注重外墙处理技术和采暖措施的巧妙结合。 

An interesting new industrial building with an integrated design, which combines the enclosure technologies and heating mechanical systems.

意大利 Schüco 公司总部位于帕多瓦的工业区,该建筑物所在地原来已有楼房,该项目通过全套的建筑和能源翻修技术对其进行了改建和修复,同时新加盖了两层,用于扩大生产和加强管理,并且还建成一个自动化的仓库。

方案从改造大楼内部的技术结构入手,同时又在外墙设计专家们的指导下,对每个步骤都进行了仔细的研究。改造后,大楼的能耗降低了50%多,与原有的系统相比:每年冬夏两季共可节约440,000kWh 的能源消耗(相当于年减排二氧化碳170吨),因此达到了环保的 A 级认证标准。

 

建成后的 Schüco Italia 公司总部将企业不同的区域综合在一起,既实现了内部资源的合理管理,又节省了各项开支

空间与功能 

大楼(使用面积为20,962m2)坐落在西北/东南方向:朝南的部分是主体工程(使用面积达4,200m2),由两座平行的建筑物构成——一座是新楼,一座则是翻修过的旧楼;这部分设计的亮点是一个和入口相连的花园,它将新楼和修复后的旧楼南端连在了一起。这块具有象征意义绿地与办公空间相呼应,一堵呈弧形的钢筋混凝土的院墙,与展示区正面墙壁上的大玻璃窗形成对比。新楼部分在入口所在的区域内,内部是一个大厅,厅内则分布着:

-         一层的会议室和几个产品展厅,其中一个展厅内安装了空调设备;

-         二三层为企业主管部门的办公室。

原有的办公室改变式样后,成为与新建筑风格保持一致的现代设计。翻新的旧办公室通过一条宽敞的玻璃廊桥与入口相连,这里主要用于与技术工作有关的活动:

-         大楼正面的办公室集中了设计和技术咨询类办公室;

-         大楼正面的后方是操作间和技术实验室,原有的用于出样品的工作室也包括在其中。

工厂的其余部分与试验室所在的区域相邻,为高大平房式的建筑。作为仓库和后勤办公场所,这部分建筑有道路与外界相通,并且也有通往内部各生产部门的入口。

由于用途有所不同,作为建筑物,与其它部分相比,这里实行自主管理。

由于楼体面积扩大,且朝南略微倾斜(6°),因此在表面上安装3,570块单晶太阳能电池板(采光面积为4,550m2,发电能力可达600kW)。在17个高效(97,4%).的变频器的支持下,这些太阳能电池板可以为建筑物提供所需的电力(年平均发电量690,000kWh),同时每年可减少500吨二氧化碳的排放量。这套设备还可以对电力和设备性能的主要参数进行实时监控:借助对三种房间模型和两个规格发电机(165Wp 和170Wp)监控,便可以掌握太阳能电池板发电的情况。

运用了多种技术的外墙  

改建方案的一个主要任务是使不透明墙体具有良好的绝热性能,降低建筑物能耗和对室内环境进行控制的任务,则由带自动控制装置的透明玻璃窗完成。这种“生物型机制”不仅满足了建筑物对能量的实际需要,而且也适合建筑物的外在气候条件 。通过自动控制系统开启或关闭密封窗,可以对自然通风、光照强度进行调节;此外,还可以通过活动幕帘对入口处的红外线辐射进行控制。楼体正面外墙沿东南和西南方向分布的办公室,全部安装的是落地窗,这个采光效果极佳的透明空间(玻璃及其透光轮廓的传热系数为1,65 W/m2°K;玻璃的透光率为0.54;遮光系数为0.07),带有活动的遮光幕帘,窗框为压制成型的优质铝合金制成。窗户可以沿伸缩杆在水平方向上移动,在符合安全规定的前提下,开启窗板可以获得足够的空间。这种设计非常适合自然通风或者是在控制系统的调节下进行换气:这种设计既便于外界的气流沿窗框四周进入室内,又可将室内不新鲜的空气同时排到室外。

当日光辐射强度超过墙表材料能够耐受的最高值时,中央控制系统将开启铝合金防晒幕帘(夏季墙表面的最高耐受热度为120 W/m2;冬季为200 W/m2)。当太阳与地平线之间的角度大于20°时,遮光幕帘之间距离恰好使直射光线不能进入室内,但同时人从室内又可以清楚地看见外面(23%空闲的墙面上都安装着呈关闭状态的幕帘)。在寒冷的季节,幕帘可以被吊起,离地高度为70-100厘米,这样做既可以获得光照,但同时又避免了的日光的直接照射。

双层太阳能电池板 

在大楼的西南面,对着会议室的方向上,建筑物的表面为双层材料制成:

-         按热量需要确定窗框规格,导热性能较低(内层);

-         28块玻璃-玻璃式太阳能电池板(用树脂封胶粘合),每块电池板的功率可达120Wp。

在整个工程中,这其实是一个与建筑结构设计有关的解决方案,它使建筑物的保温性能和太阳能电池板的功率依次得到提高:

-         使双层结构的散热降低,同时也使这种大块的带夹层的太阳能电池板不至于过厚;

-         使在较大面积的透明外墙上安装太阳能电池板成为可能。

很薄的材料制成的百叶窗覆了面积达80%的玻璃墙体——使里面被看见的部分很有限,但室内的人却仍可以看清室外的一切。剩下20%的透明墙体的传热系数低于0.18,这种设计使室内可以获得亮度适中的自然光。墙体从上至下的间隙内都安装了百叶,这种结构既可以对进出室内的空气进行干预,又保证了自然通风。建筑物外墙按朝向不同做了相应的处理,外墙向内的部分可以打开,以便于进入间隙进行维修管理。

除了带金属片的遮光幕帘,铝合金材料应用了特殊技术的外墙也具有遮光的功能。双层玻璃可以反射一部分入口处的光辐射,当防晒幕帘下降时,特制的吸气口可以防止两层玻璃之间的温度过高。

综合管理系统 

楼体正面其它透明表面使用的是普通材料,由于选用的是那种导热能力较低的玻璃,所以为整个系统获得较高的效率提供了保证。例如,北面不同高度的密封玻璃墙、一层的集体活动区和与二楼相连的区域都安装着水平固定的遮光帘。外面的遮光帘安装了可卷动的电动装置,隐形槽则埋设在上面楼层突出的楼檐内。

外墙和空调设备的功能由一套为大楼设计的自动系统控制,这种开放式的解决方案使出自不同厂商的设备,通过新型楼宇自动化技术 Konnex(KNX/EIB),对按欧洲 Bus 布线标准安装的设备进行管理。大楼的管理系统还与天气预报系统相结合,有无数个内外传感器与之相连。防晒幕帘的自动控制中心控制防晒功能的中心设备,它还可以对下列辅助系统进行控制:

-         对8个朝向不同的区实现独立控制;

-         跟随太阳形成的阴影进行控制;

-         对幕帘进行保护(在有风、下雨或寒冷季节的条件下实行自动的保护控制);

-         控制窗户的自动控制程序;

-         清洁时安全地自动停止作用;

-         对 Bus KNK 布线情况进行监控。

在一个可以估计的范围内,大楼外表层的功能参数(窗户的开/关,遮光幕帘的升/降)可以由室内的传统开关进行控制,也可以通过控制板的触屏进行控制。在会议室内,在入口和在发言者的位置上还安装有遥控器,用它们可以控制声像设备,可以调节8组灯光的亮度和对幕帘进行控制,遥控器还有预设功能。

沿大楼正面东南和西南两个方向上安装了高保温的落地式密封窗,窗户同时具有向外开启功能

    

太阳能电池板(3,570块单晶硅电池板,发电量达600kW)可满足大楼全部的用电需要                               

在一间展品室内安置了中央空调设备,这些设备以可再生能源为动力,主要为会客区和一层的展区服务

外观和展示 

在大厅和接待处,以及一楼的展厅内安装了高效的空调设备,这些设备以可再生能源为动力:“设备控制中心”安装在最后一个展厅内,“中心”对取暖设备进行调节,使之与墙体外表层联合起来发挥作用。

地源热泵的7根风机盘管埋在80米深的地下,全年的时间内这台热泵都靠一组专门设计的,安装在楼顶的太阳能电池板(5个低温集热器,暴露在外面的面积可达10平米)提供电力,冬季取暖时还要结合地热资源共同发挥作用,利用内部箱-箱式储水桶分层的特点,可为各楼层提供热水服务。当设备停止运行或在夏季时,太阳能设备还可以将部分热量输送到盘管内,使热量在地下进行循环再生。

根据太阳能制冷设备的工作原理,利用一个15kW 的吸收式溴化锂冷凝器生成制冷液,这一设备由18块平板式太阳能电池板(吸收辐射的表面积可达45m2)供电。双层玻璃的缝隙之间事先充入氩气——这样可以减少散热量,保证水温达到吸收器要求的温度。还有一个在垂直方向上循环的冷却塔,可以将多余的热量吸收。

室温和室内空气的调节,由以太阳能为动力的地板式地热设备和一个通风换气系统完成。三个小型循环泵和一个真空泵还可以通过间断式启动,为吸收器提供必要的工作压力,这实际是普通设备在变电条件下工作的情形,而不包括运行中的部分机械设备。

在考察过不同设备之后,决定给大楼剩余的部分安装传统的空调和换气扇等。

自经历了第一个冬季以来,从结果来看,大楼的空调设计方案非常适合这种建筑结构:大面积的玻璃幕墙,使楼体获得了充足的光照。在冬季光照十足的的情况下,甚至还需要稍许制冷调节,这种需要则利用换气系统提供的免费的制冷便可以实现。

大楼翻修部分的设备有:

-         双管热风地热地板,隐式或外露式安装,将新鲜空气输入室内;

-         餐厅所在区域为全空气式调节设备;

-         实验室和办公室为热风设备。

在仓库有人工作的区域内保留了原有的热风设备,同时又安装了以下设备:

-         供冬季使用的热蒸汽式暖气

-         安装在顶楼上的蒸汽式制冷设备(10个机组,可提供14,000m3h的蒸汽)主要供夏季使用,气体管道沿墙的周长分布,并与会议室连通,可输送气体入室内和抽吸需要交换的空气到室外;只在 ced 和备份中心安装了自主控制的空调,ups 所在区域内的设备更具独立性。扩建后建筑面积增大,为此还在办公区安装了一套相同的设备和一套送气量可调的换气系统。

功率为17kW 的地源热泵由7根热盘管和一套安装在顶楼上的专用太阳能电池板(4个低温的集热器)为其供热

                   

15kW 的冷凝器由18个平板式太阳能电池供电,                        展厅内的冷却塔,安装在楼顶

该套设备依据太阳能制冷原理生成冷凝液

中央空调系统安装在顶楼,包括两个安装在特定位置上的,使用天然气的,高效率热发生器(3星级;每台设备功率可达315 kW/h )和几组压缩空气式制冷机组(设备总功率为268kW),每台制冷机组带4个密闭卷轴压缩机),设备安装在顶楼,带静音保护装置,在旁边还安装有5组空气处理设备。

设计方案数据
外界温湿度条件:
地理位置:帕多瓦
海平面高度:12m
地区气候:E
日级别:2383  取暖时间(按不变状态考虑):183天 冬季低温:-5°C(湿度76%)  夏季高温(根据制冷体积执行UNI10339标准):32.5°C(湿度51%) 夏季高温(设计最高温度):35°C(湿度为50%)
夏季日温差:13°C
 室内温湿度条件: 
空调作用区域:温度达20°C,湿度达50%(冬季)
仅取暖的区域:温度达20°C;湿度n.c.(冬季)
空调作用区域(温度小于32°C):平均温度为27°C 湿度50%(夏季)
温度高于32°C:平均温度:22°C +(温度-22)/2
温度误差:± 1 °C
 湿度误差:± 5 % 
建筑物整体导热情况: 竖直高度上不透明材料:0.35 W/m² °C,  透明材料(非确定平均值):1.5÷2 W/m² °C,
遮光幕帘及其它遮光结构 
导热系数 g (低导热玻璃+遮光幕帘) 0.15
室内热量情况
 办公室内人员最大密度:0.06÷0.12 p/m²
自生电能:0.015 kW/ m² 
项目信息
客户方:意大利  Schüco 国际公司
建筑设计与施工指导:B+B建筑师联合设计室,建筑师 雷纳多·布雷达罗,建筑师 马克·博纳里
项目管理:Cavona 公司,迭戈·马罗索 
结构设计:Sogen 公司,工程师 西蒙内·卡罗 
机械设备设计:Termo 工程设计公司,及工程设计师 卢佳诺·卡雷洛 
电器设备和特殊设备:Zeta 科技公司,及工程设计师 安德雷·乍戈 
防火设计:安全技术工程师 法比奥·罗切索, 及 工程设计工程师 威琴佐·穆兹总合同:CEV 
供应商:
锅炉:Riello
制冷机组和暖器设备:Aermec
热泵及太阳能电池板:Schüco  
冷凝器和冷却塔:Schüco 
通风换气设备:Rhoss
UPS 所在地的空调:Daikin
ced 所在地的空调和备用设备的:Uniflair
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