描绘城市的未来

进入新世纪,项目文化面临着由建设环境可持续性范式支撑的城市边缘转型的主题,而专业讨论的中心就是找到解读社会、环境和技术需求的新钥匙。由皮亚诺建筑工作室与一个大型研究团队合作,包括负责设备事务的 Manens-Tifs 公司,完成了意大利境内列入新近最重要、最前卫的建设项目,我们试图从上述问题展开探讨。

在进行解读时,需要应付都市规划、建筑、能源和设备的方方面面,而重点聚焦于各个不同系统之间的相互的紧密联系,这种联系宛如连接身体各个器官的神经系统。说到建筑,兰佐·皮亚诺(Renzo Piano)言道:“城市郊区的转型是当代的主要课题。因此,开放空间的结构,绿地的保留,作为生活用水和作为可再生材料的木材使用,迅即转化成了具体问题,而这一点正是早先的理念。建筑物的可持续性是现代项目要求的伦理素质问题,也是新世纪建筑学的基石。”

本文中涉及第二个课题就是,如何处理为特伦托自然科学博物馆(MUSE)文化用途的建筑空间与为之开发的各种技术方案之间关系及如何在同一个地区建设主要集合建筑的课题。

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层次和平衡

该项目区属于矩形的地块,此区域先前为工厂区,面积为116,331m2,位于城市西面,夹在东面的铁路高地与西面的阿迪杰河之间。地面上的主要建筑由 Albere 宫和一幢位于该地北侧、靠近新博物馆的十七世纪城堡式别墅构成。

利用城市布局将这些建筑串连起来并恢复与阿迪杰河的关系,是该地区都市化项目的主要方针,其目标是创建一个新居住区(项目总用地面积97,640m2,其中43,900m2为住宅用地),以求利用该区域土地潜力并同时将各种不同功能与现有建筑整合在一起。

住宅、办公楼和商业活动集中于该居住区的中心地带,靠近铁路和城市中心。建筑物都依照网格化布置,其特点是街道、走道、广场和露天空间在空间上按层次精密布局,而所有这一切都融合在花园之中,其北面邻接形状不对称的博物馆,东、西、南三个方向为正在建设中的预定用于文化活动、会议、娱乐和膳宿的多功能建筑所围绕。

一排排树木强化了主要空间和公共轴线的形象,而层压木支柱构架和大坡面屋顶在视觉上也以公共轴线为基准,突出了整个项目统一建筑构思的特点。

通过仔细分析城市中心既有布局的空间关系和工业建筑的历史记忆,确定新建楼体以水平布局最为有利。开放空间与建筑楼体的交替间隔,建筑间距和高度的比例关系,为平衡虚实设计的景观点缀节律,创造了一个轻盈和谐的整体格局,从而能够在建设具有地区特点的新区中起积极的作用。

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系统的整合

整个设计过程基于建设环境中的各个系统、绿地、水和能源的开发和相互关系,尊重自然特点、风景特色和区域现场特点的利用,所有设计都按照实际网络构思,按不同的层次连接这种人造空间。

建筑物(地上4层或5层)主要分成两大类:

  • 一般,对于用于非住宅功能的建筑(B楼),沿铁路轴线布置,以形成一道隔音墙并设置为保护墙内环境免受外部噪声影响而专门设计的立面;
  • 至于开放式庭院,主要作为住宅用地(所有其它楼体),在建筑类型方面享有较大的自由,而在公共空间、私人住宅和内部花园之间保持着最明确的特征关系;

建筑系统的统一要素由建筑技术和屋顶设计构成,也正是这些要素将体现出在第二实施阶段预计建造的建筑物的特点。

在第一种场合,建筑物立面包覆石头,依靠层压木外部结构保护,从而构成一系列敞廊并形成一种第二层建筑外皮,而按采用绿色织物的自动卷帘遮阳防眩光装置设计。就节能来讲,倾向于关注单幢建筑的水平,采用 Casaclima B 证书,热经济性指标为30,68kWh/m2a(办公楼)和44,22kWh/m2a(住宅)。

这些屋顶呈现出不同的高度、斜度和方位,明晰参照了围绕河谷的山峰的自然形态。共有4,192块光伏模块(总功率为312kWp)安装在屋顶坡面和某些立面上,借助于特殊框架贴敷在支撑面上。

电力、热能和冷能的生产与分配按照规模经济、资源优化和降低管理成本的原则处理。以各种高效率的技术方案为特征,基于唯一的冷热电三联供中心,分配各种用能高峰,服务于整个小区。

三联供中心

冷热电三联供中心建在该地内部(约7,000m2),位于阿迪杰河的右岸,匹对主要用户现场和环城高速公路,其特点是采用模块化设计解决日益增加的能源生产需求。

受狭长地块、机器的外形尺寸和搬运空间的限制,该中心不得不采用直线式布局。整座厂房有七根层压木横梁和若干立柱支撑,沿河岸伸展约100m:东侧分段立面的设计依靠结构、钢筋混凝土幕墙和镀锌钢板屋顶的表面涂层与周围景观保持协调, 并与木头和土壤的颜色一致。沿北端和南端最短的边缘补充种植了一些中等高度的乔木、灌木和攀缘植物。

地下层安装了立式地板安装型换气暖风机构成的机械通风系统(3vol/h,室内温度15°C,室外温度-12°C)。在地面层的冷冻机房和联产发电机房中,配置了带水平导流板的卧式喷射空气加热器,全循环运行,由环境温控器启动,用于抗冻加热(室内温度5°C,室外温度-20°C)。

在地面层,三联供中心的范围包括控制室、办公室、更衣室、仓库和维修工场。在冬季,有人房间借助于挂壁式双管暖风机维持20°C温度。在夏季,利用分隔墙壁维持室内温度26°C(仅办公室);按照0.5vol/h,通过更衣室和洗手间强制换气。

三联供中心造价为1,500万欧元,由 Atzwanger、 INCO 和 OCEA 这几家公司组成的合资公司以交钥匙方式,为 Dolomiti Energia 公司建造;可行性研究和最终设计由 Manens-Tifs 公司担纲,计划编制由 Paolo Comandini 工程事务所承担。

技术装备

三联供中心于2012年11月落成,其规模是按照利用远程供暖供冷双重管网为城市西区的不同用户服务而确定的。在第一种阶段,中心将向总面积约172,600m2的办公楼供暖,其中包括在第一阶段向前米其林区供暖的97,300m2待项目竣工时,远程供暖总面积为101,600m2。另外,潜在的用户包括了省政府规划的新的中小学、大学和附近的 Piedicastello 小区的住宅。供冷管网将覆盖约142,600m2,不包括约30,000m2的大学。

三联供中心基于只使用天然气为燃料建造的。可以经楼道走进地下室,也可乘搬运机器的升降机进入,按照满负荷在室内安装了:

  • 最多由46台电动泵构成的泵系统,其中4台辅助泵泵送热水(35L/s),5台辅助泵泵送冷冻水(117L/s),用于将热水和冷冻水泵入管网,一台泵备用;
  • 水处理设备;
  • 水塔的供水槽和中和槽;
  • 非易燃材料仓库。

在地面层安装有:

  • 3台锅炉(2台,每台5MW,其中一台备用,另外1台3MW),还准备安装第4台锅炉(3MW);
  • 1个联产发电机组,由天然气内燃机、发电机和余热回收装置(8Mwe;1.8MWt)构成,冬季运行也是基于热能需求(发电供暖最低效率为42%),还可能安装第二个联产发电机组;
  • 5个镀锌钢圆筒型储水罐(容量15m3),起蓄热作用;
  • 1个吸收式溴化锂冷冻机组(1,200kW;COP 0.74),必要时可由锅炉供热;
  • 5个采用磁力轴承离心压缩机的冷冻机组(每个机组1,175kW;COP 4.5),水塔冷却(其中一个机组备用),还准备安装2台冷冻机;
  • 电气柜和天然气减压柜。

工作编程

每台机器的开停都由装在通向用户的联箱上的温度探头控制。送向用户设施的热水和冷冻水的循环为变量型,通过改变发动机转速和泵的工作数目, 顺序作动变频器上压力探头而实现。

联产发电机组的运行(优先级别高于锅炉)依赖热负荷的设定:发动机的风门自动调节,防止冷冻水温超过75°C,若要求风门调节低于50%,则发动机停止。将烟气换热器后出水温度保持在95°C,同时将排量改变到最小(约额定值的70%);如果风门调整到50%,则温度会一直下降至89°C。

为了优化联产发电机组的效率,一方面从储水罐下部抽取传输回收热量的热水,另一方面引入来自远程供暖管网的回流水。于是,装在用户供给管网上的温度探头顺序作动位于联产发电机组出水口处的三通阀,将这些热水送向储水系统。必要时,探头会要求顺序操作锅炉,调节锅炉进水口的阀门。

当供给管网的温度即使不利用锅炉也能满足需求时,则联产发电机组会全部或部分供给吸收单元(优先送向冷冻机组),并通过作动三通阀调整可供热水流量,维持产出冷冻水的温度设定点。

利用压差开关使每个冷冻机组的运行受制于相关换热器中是否形成水循环。利用顺序调整风机转速(双速)和总体运行停止的探头,控制公共联箱温度,使冷却塔并行运行。

该中心的管网规模为最大压降220Pa/m,无论任何工况,最高流速保持2.5m/s。

三联产系统的高能效使得燃料消耗比分开发电和生产传热介质低约30%,一次能源每年节约大约575Tep。

管网、供冷/热站和建筑物

中心的满负荷运行能提供供暖功率12,741kW和供冷8,039kW,其中11,231kW用于空调供暖,1,510kW用于生产卫浴热水。

管道从地下层起向外引出,通过新建的层压木过桥跨越阿迪杰河,然后走地下分成几个分支,到达小区内13个供冷/热站,站内设有传输换热器和计费系统。

远程供暖供冷管网采用预制保温管地下敷设,并安装了检漏仪,可按用户需求调节管内流量。在第一阶段,供给温度为90°C,优化了联产机组的热量回收,避免利用过热水,可以满足对既有楼宇的热水供应。远程供暖管网的回水温度为57°C,而远程供冷管网的温度分别为6°C 和11°C。

一般楼宇内的供冷/热站和空气处理机组都安装在地下层。换热器为板式铜焊换热器(远程供暖)和板式密封换热器(远程供冷)。这些换热器分别在温度为45~50°C和12~7°C二次回路上运行;对于卫浴水来说,温度为50~72°C。

除了带换热器的供冷/热站以外,用户的供冷/热站还将冷热液体供给空气处理机组和供冷供热终端。建筑物内的设备类型是与应用类型有关联的:诱导式冷梁、暖风机、用于地板和/或顶板的辐射板、全空气空调系统,等等。

虽然从功能和设备观点来看各有不同的特点,但是 Le Albere 小区的所有建筑都在考虑了以下因素后设计的:

  • 项目的户外温湿度条件:冬季-12°C,相对湿度60%;夏季31°C,45%;
  • 垂直结构不透明,透射系数46 W/m2K;水平结构不透明,透射系数0.43 W/m2K;透明的封闭结构,透射系数2.0 W/m2K。

管道和风道走地下敷设,直至院子竖井内,接着沿着竖井从地面层引向第四层,然后沿顶板分布。供给空气处理机组、暖风机和后加热机组的传热液体在冬季为50~45°C,夏季为7~12°C;供给诱导式冷梁的传热液体在冬季也为50~45°C,夏季为15~18°C。

在大多数空气处理机组中,增湿器是绝热型的,带洗涤器,配乙二醇溶液型或交叉流型双组合系统,用于回收排气余热。

中心的楼梯利用安装在卸货楼梯顶板上的暖风器实施空气调节。设置在地下层的过滤器具有增压装置。在非住宅用房间的卫生设施内,采用快烧电气锅炉就地生产卫浴热水。

建筑物管理系统基于以太网通信网络和基于 TCP/IP 协议的 BACnet(楼宇自动化与控制网络)

设备

Le Albere 小区的 B 楼包括:

  • 两层地下车库;
  • 地面层作为商务用(在任何房间内,一次风机加上供给暖风机终端及控制温度的措施);
  • 上面四个楼层为办公室(局部循环的一次风机和四管制诱导式冷梁)和服务间(带局部循环的全空气空调和后加热机组)。

办公室内,依靠一次空气系统实现通风、湿度控制和激活诱导式冷梁,而对于诱导式冷梁,只是依靠温度控制(全年送风温度17°C)。在冬季时分,若需供冷,在运行供冷/除湿机组之前,假定户外空气的焓值低于循环空气的焓值,就利用自由冷却。

办公室里,利用设置在室内的温度探头,通过调节器顺次作动阀门,调节热水或冷冻水的流入量,从而调节诱导式冷梁的送风温度,然而在服务间内,则是借助于设置在室内的温度探头,通过调节器作动后加热机组实现温度调控。

对每个办公室模块实现单独调节;若多个模块合并,则提供统一的调节。在每个房间内,配置一块配有室内探头、电位计或控制器的控制板,用于校准设定点。

Le Albere 小区内的 C 楼、D 楼、F 楼和 G 楼是供商务活动、第三产业和住宅居住用的,因而包括了:

  • 地下层用于公用和地窖;
  • 地面层分为商务区和公用区;
  • 公寓和第三产业(后者只是在 F 楼),分布在二层至四层。

商务区配有一个一次空气系统(仅用于通风),线性风口装在顶板上,布置的最多的是四管制暖风机,设置在顶板上。在办公室房间顶板上,安装在利用多台四管暖风器构成的悬挂装置处理一次空气的系统。在这两种场合,借助于室内的回风隔栅及辅助间和服务间的顶板排气扇排气。

在住宅中,提供了一个借助室内温度探头的双重调整系统,有可能实现局部校准,具体如下:

  • 冬季供暖用的辐射地板(无论采用何种地板材料,表面温度不超过29°C);
  • 夏季供冷用的顶板暖风机(除了厨房和洗手间);
  • 强制通风的分支系统,带交叉流的同流换热器;
  • 位于第四层公寓的地板嵌入式强制通风对流换热器。

在 Le Albere 小区的 E 楼中,设备项目类似于 B 楼,但是功能划分比较复杂,实际如下:

  • 停车场地下两层,健身房、厨房和档案室设在地下一层;
  • 地面层用于商业、健身房、酒吧式餐厅、多个办公室和一个保险集团的数据处理中心;
  • 上面四层为该集团的办公室。

健身房和酒吧式餐厅各具一套全空气空调系统及排气风扇与更衣室和洗手间用的水暖设施,系统能够实现局部循环,排量恒定,全年可以自由冷却系统激活,可回收热量。每个空气处理机组根据用户的特殊需求而各具特点。

在其它房间内配备了以下类型的设备:

  • 为高内源负荷设置的一次风机和欠冷/过冷型局部空调装置(数据处理中心,打印室、开关屏、Star 中心和不停电电源,后者位于地下一层);
  • 教学厅内设置了一次风机和四管暖风机式终端;
  • 在董事会会议室内设置局部循环型全空气空调装置并配后加热机组;
  • 在地下层的仓库和档案室内,冬季通暖风,夏季通冷风。
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