外墙和设备之间的协作

在当代建筑的趋势发展中,建筑工艺工业化以及创新型材料和技术的应用都将建筑领域引向越来越“轻”的建筑建造上,这不仅体现在形象上,而且体现在其物理材料应用方面。

从外墙组件开始一直到用干式建筑系统建造内部房间,由于生态可持续结构技术的研究,建筑的 “非物质化”过程,如今还涉及到低掺入能量度的诸项静态方面。

其中主要是对木材、自然材料的使用,用它们代替钢筋混凝土和钢材,对于环境的影响是极小的。实际上对于较小的强力表面,木材表现出很好的机械性能,而且大尺寸组件的制造中所使用的木胶对其有进一步有改善。

应用 PCM 的一个很有意义的案例是 Daventry 建造的位于英国北安普敦郡的 iCon 环境创新中心(iCon Environmental Innovation Centre)。这是一个用于可持续建筑和绿色技术的研究、试验以及开发的非常优秀的自然中心。在这个案例中,带涂层和铝质外部圆边的板用了约475m2,这些板上有石蜡和共聚体,仅设置于大楼的某些房间中的天花板。该安装的目的是对通风系统提供支持,并检测该产品的效果,与没有安装 PCM 板的类似房间所获得的温度进行对比。

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项目背景

iCon 是 Daventry 的城市规划资格再审及经济复苏项目的组成部分,通过一系列能够创造企业机遇和工作机会的建筑,用具有高创新含量的项目来突出本地区智慧首府的地位。

该项目由西北安普敦发展公司(West Northamptonshire Development Corporation)推动,并得力于与北安普敦大学和本郡的主要公共机构就此项目所展开的合作,该建筑由伦敦工作室 Consarc Architecture 设计。该工作室曾于2008年在由英国皇家建筑学院和建筑研究所(Building Research Establishment)主办的竞赛中胜出。该项目遵照 BREEAM 可持续性协议规定的最高建筑标准(项目竣工时被评为“优”),其建筑形象是创新的、“对人友好的”,二氧化碳排放限制在15kg/m2,这些都是对此次设计工作的基本要求。

该工作的目标是建造一个中心,使其成为一个生态可兼容的建造样例,供大大小小的企业、大学和学校、公共领域的代表和对该领域有兴趣的专业人士效仿,同时也能够被当地社区所使用。该大楼于2011年4月竣工,其中有针对新兴的可持续建筑市场中50多个“起步企业”的企业孵化器,还设置有一个用于展览的公共厅、可容纳300人的会议厅、一个咖啡酒吧区和一些管理办公室。该项目能够提供至少175个新工作岗位。

房间和功能

iCon 位于城市中心,在几条主干道交汇处,旁边有一个花园,连接一些主要公共建筑以及附近的农业园。该建筑拥有面积约4,000m2,与现有的道路结合得非常紧密:西侧有一个步行广场,大门正好面对步行广场,东面连接一个十字路口。

汽车和自行车的停车场位于地下层,这一层由钢材结构和钢筋混凝土结构支撑,有楼梯和电梯通往内部的道路,这是一个很大的直线空间,有三层高,白天的照明由三层 efte 材料的轻型顶盖来提供。内部道路两边具有开阔透明部分的墙壁,这些透明部分能够展示出承租企业放在里面的产品和创新方案。中央位置有一个竖直通行节点,由此通往大楼的两个主要区域。

南边的那个称为“放映厅”,具有一些大型活动的功能(会议/聚会区、带厨房的餐饮区、卫生设施),各房间高度为楼层的全高度,而“孵化器”是由三层房间组成,分配给各企业,面向北方,可由内部走廊进入,配备有多个集中的辅助性房间。

放映厅功能空间的管线系统使得各房间能够支持各种不同的公共功能,其第一层具有开阔的玻璃窗,直接面向城市环境,另外,上面的曲面外墙几乎是完全不透明的,布置有木板组成的竖直遮阳板。由于采用了冷阴极照明灯,无窗的墙面为背光的效果,具有通讯功能和培训功能,其展示了该建筑在节能方面所达到的效果,其符合六个性能分类,各监视系统为这六个性能分类做了很好的参照。

在放映厅倾斜屋顶下,有一个空中花园,下面有一些技术房间,其中的机器用于空气处理,处理的空气专门供给那些集体活动的房间,其采用热泵回收排出的空气中的能量。污水和雨水用于灌溉屋顶的绿植,在绿植覆盖层下配备有一个排水系统。

孵化器的空间区域全部覆盖有水平栗木板。而屋顶层主要放置了一些通风管终端,它们竖直穿过下面的各层,为各工作房间提供通风换气的功能。

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可持续性的技术方面

这些建筑中,木材被系统地、连贯地使用在结构和表层,在设计层面时就使建筑材料尽可能地最轻化,其目的是最好地利用木材的潜力,从而在永久载荷和突发载荷之间取得平衡,以有利于突发载荷。这个原因促使设计师们针对放映厅的大尺寸构件,而为这两个房间采用不同的结构方案。另外还需要一个最经济的结构,该结构能够系列化的生产以及达到对孵化器的最小的间隙跨度。

在朝北向的房间区域,层间高度为2.75m,明显高于本地的规定数值。这些窗户的位置和尺寸都经过仔细研究设计,提高开放时间的自然光采光量。人工照明设备的运行、启动和控制都是中央集中控制,比传统类似设备要节能60%。

各墙面系统的制造中所用的木材都来自本地,其来源都经过本地森林管理的认证。被覆盖的道路内层表面所用的板材都由可回收产品组成,而地板是用本地产的石板做的。选择使用 efte 材料也是为了符合减少总环境影响的原则:该材料非常轻能够保证良好的绝缘和密封性能,其安装也不需要很多工作量。另外,在需要对该建筑进行根本的改动时,也会使得其拆卸和更换工作非常简便。

其木材预加工系统适用性广,例如工作区域,避免使用高架地板和吊顶。设备系统管线都通过走廊天花板后面的通道布置,将支撑结构的下部和工作房间中的钢骨水泥板显露出来。唯一例外是采用 PCM 板的表面,这些 PCM 板以机械的方式固定在天花板上,看上去就像普通的表层板那样。

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白天,各房间的暖气、日照和室内人员的存在使室温升高时,PCM 吸收大量的潜伏热量,将其温度恒定维持在18℃-22℃。累积的热量在夜间通过横向的通风系统释放,如有必要则会被回收。

节能方案

该建筑朝向好、形体小,其设计采用了被动式系统来为各房间提供空调,并采用将外墙绝热效果最大化的建筑方案和与暖气设备和相变材料综合作用的横向强迫通风系统。

各墙壁的平均系数 K 为0.17 kWh/m2a,平均值 U(kWh/m2a)为:

- 0.10,对于第一层和顶层;

- 1.52,对于孵化器的门窗(g = 0.68);

- 1.45,对于放映厅的门窗(g = 0.35);

- 1.96,对于 efte 材料的透明屋顶(g = 0.29 到 0.68)。

为了补偿外墙的密封性,最大空气交换率约高于最低标准的7倍。该通风系统根据需求不同而以不同模式运行:在夏季为了预防过热,它能够每小时换气15次,而在冬季,为避免过多的热量散失,换气率可以降到每小时1.3次。

各墙面上的窗户开口以及通风管道在屋顶的开口,其设计形式减少了对空气的阻力,其朝向相反的方向利于形成穿过各房间的气流运动。另外,空气管道的尺寸是实际需要尺寸的2倍大,比标准设计要求减少了约1/16的空气阻力,这样使得通风设备的运行更为节能。

排出空气中所含的热量由一台高效的吸收式燃气热泵回收(30kW;5,000m3/h;冬季COP=5.5),它能够为供暖网络提供热水和冷水(根据各房间的大小不同有600到1,200W)。

唯一的空气处理机(10,800m3/h)是用于会议厅,安装在位于会议厅下方绿顶下面的一个技术间中,还配备了一台气象设备,为整个建筑的运行提供正确的数据。在这个技术间中还有一台压缩机,用于维持覆盖内部道路的 efte 气垫。

通过热建模软件计算的大气排放为12.2kg的CO2/m2年。虽然该建筑符合“能源几乎完全自给自足”的目标,但是仍然配备了与城市区域供暖网络连接的设备。

其设计和建造过程配合投影、对照和校核,旨在表明那些所选方案的实际经济优势,这些方案所采用的系统和产品质量合格,都能在市场上以可接受的价格买到。

其中最重要的数据有:

- 该建筑的建造所用成本为7.1百万英镑(约8,728,000欧元),相当于每平方米2,182欧元;

- 为了减少温室气体排入大气,在建造有效的绝热层上每花费一英镑,比建造一台风能设备节省了3英镑,或者比建造一个热电联产系统节省5英镑,或者比安装一套光伏设备节省10英镑。

- iCon 的建造技术和被动技术加在一起减少了在配备热力系统设备方面每平米80英镑(98欧元)的代价。

在工作承包阶段,其建筑公司和主要建筑材料供应商都在 iCon 建筑地点的方圆15英里以内选取。

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