钢筋水泥森林的应对范例

意大利馆位于 Cardo 大道的北端,面对着 Aerna 湖,是接待意大利展团、几家世博会主要展团和某些最重要展出活动的建筑。

该展馆的设计因在建筑空间设计的质量、立面遮阳应用技术的研究与创新及高水准的能源和环境的可持续性这几方面获得了杰出的评价,从而赢得了国际设计竞赛大奖。(设计方:Nemesi & Partners 公司、Proger 公司、BMS 设计公司、Livio De Santoli 教授兼工程师)

从整体简化全部工程的角度出发建设了热力系统(BMZ 设备公司),放弃了原预计使用的热质激活系统,这原是意大利境内首例这种设计。然而,该建筑设计从建筑外形起就引起外界的诸多关注。

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服务于社会活动的广场

展馆的设计构思受到了社会活动理念的激发,不仅明确体现在中央庭院四周楼体的布局和出入内部空间的通道布置,也展现在立面上装饰的白色树簇状生物动力水泥面板后的建筑形象。

这些新潮的水泥面板共770块,形状各不相同(总面积约9,500m2),均具有光催化特性,可让阳光辐照面吸附空气中的污染颗粒,使之转化为惰性盐,因而能降低雾霾的浓度。

这类形状各异的外部树簇状水泥板遮蔽了包络室内空间的透明玻璃幕墙,夏季可减少太阳辐射热,冬季凭借建筑外壳优异的保温性能来降低有限的能源需求。由于这些遮阳水泥板的不规则空隙比较稀疏,尤其在较高的楼层更是如此,因此,高层玻璃幕墙的透光率高于低层玻璃幕墙。

在庭院内,迷人的玻璃结构弯向地面,由钢结构镶嵌大块玻璃构成,并配备了集成光伏模块(70kWp)。夏季,这种复杂的建筑结构有利于内部公用空间的自然通风,使得内部气温比户外约低3℃左右,故无需使用主动通风系统。

在庭院内,作为接待参观者的大厅,同时也是参观路线的起点,是一个令人印象深刻并极其吸引眼球的空间。长长的楼体纵向穿越有顶广场,敞开地连通各个楼层,经此可一直来到上面楼层的餐厅和观景台。

内部空间共四块(约13,200m2,分布为6层,容纳了展示区(西侧可从 Cardo 大道进入,主要展出优秀的意大利制造产品和技术)、大礼堂和展示活动区(南侧)、会议洽谈区(东侧)及参展代表办公室区域(北侧)。

技术设备间集中于公共区的顶上和地下。供冷供热站连同供水站、消防站、若干空气处理机组、变压器室和数据处理中心均位于地下层。其余的空气处理机组和 VRF 系统中央机组都位于屋顶技术设备区内。

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供冷供热站

按照与建筑和结构全集成的思路展开空调系统设计,并应用高效的系统和部件及可再生能源,同时依靠高性能的建筑外壳,实现最大限度降低能耗的目标。

就排除夏季的太阳辐射热量并在冬季将其用作为热源而言,利用 Piastra 管网所提供的地下水(15℃,夏季32.9L/s,冬季28.7L/s),面对总功率需求峰值971kWf(不考虑任何重合因子)和365kWt,可以分别满足最大功率需求1,102.7kWf和721.3kWt。供冷供热站中安装了2个多用途热泵式制冷机组(574kWt;444kWf)。在冬季,两个机组投入运行之后,通过一台锅炉工作能够满足供暖需要。

热泵配备了双制冷回路的螺杆压缩机和液体自动切换系统,在任何负荷条件下都能同时生产热水(45℃)和冷冻水(7℃),使得电能仅用于高效交换多余的能量,达到最大限度地回收能量。回水温度分别约为9℃(冬季)和26℃(夏季)。水回路由配备了变频器的变速电动泵增压,用户终端配装二通阀。

全空气空调系统

最初曾考虑对所有房间采用全空气空调设计,或采用全新风变风量空调系统,或采用热质激活交换形成的空调系统(Concretcool),最后在实施阶段改用了 VRF 变制冷剂流量空调系统。在前者场合,整个系统配备为:

- 3个空气处理机组,专用于展示区,空气处理能力分别为8,200m3/h(接待大厅,一楼、一楼与二楼间的夹层),40,000m3/h(从夹层至4楼的各展厅)和10,600m3/h(5楼的展厅和各展团办公区);

- 1个空气处理机组,10,500m3/h(2楼的礼堂);

- 1个空气处理机组,10,000m3/h(3楼和4楼的多功能区和咖啡馆);

- 2个空气处理机组,一个能力为16,900m3/h,用于餐厅和厨房;另一个为4,000m3/h,用于补偿排风罩。另外,还有一台与该排风罩配合的专用排风风机(9,000m3/h)。

这些空气处理机组具有以下特点:

- 可以实现全新风自由冷却运行;

- 根据拥挤程度和供冷供热的需求量,利用CO2探头控制空气流量,以调节空气供应量;

- 配备高效回转式换热器,抑制调节湿度时的能源负荷;

- 配备了变频直接驱动变风量风机;

- 安装了低压损、高容尘量的空气过滤器;

- 在排风回路中安装了平衡调节挡板。

高引风率的风口引入新风并与室内现有空气混合,于是,即使引入新风的温度低(14℃)且风量小,也能确保达到最佳的舒适条件,而且排除后加热的需求。空气分配时的最高流速为7m/s。其它房间的排风利用装在天花板上或墙壁上的格栅实现,卫生间内的臭气经吊顶上的通风阀排出。

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一次错失的机遇

对于预定的办公区,该项目曾考虑建造一个在意大利属于首创的,名为 Concretcool 的建筑结构热质活化系统(生产商:Sagicofim 公司)。该系统的特点在于将挤出翅片铝管绑扎在楼板钢筋骨架内,然后浇筑混凝土而形成构件,以这种管道分配空气,可增大换热面积。

新风在进入室内之前,先流过温度随气温而变的铝管,冷却了楼板本体而使之变成了辐射面,这些辐射面蓄积了冷能并与所在房间发生热交换。管道的布置须遵从立面的分隔,于是,每个内部空间模块由专用回路供给,因而具有柔性使用的长处。

在春、夏、秋三季,由空气处理机组供应空气,最低温度12℃,然后逐渐加热到21℃,达此温度后引入室内,因此室内部分是由新风冷却的,部分是依靠地板辐射效应而冷却的,总效率约80W/m2。一旦户外气温低于12℃,譬如在夜间,可以自由冷却方式运行,不需要投入制冷机组。激活的热质也起着后加热的作用,不需要消耗一次能源。

在冬季,空气由换热器和空气处理机组加热到21℃,于是,空气流过楼板时没有热交换。必要时,在开馆之前,空气处理机组可以将更热(约24℃)的空气送入各展厅,以求迅速恢复舒适的参观条件。

对于办公区,曾考虑安排2个空气处理机组;一个风量为13,700m3/h,供给东南楼体;另一个20,700m3/h,供给东北楼体。第3个机组为11,400m3/h,供给一楼接待大厅和与二楼间的夹层,所有机组都具有局部循环功能,其余性能类似于其它的机械通风设备。

鉴于这个系统方案的创新性并考虑到2015米兰世博会某些展馆空调系统中所用技术的某些实验情况,改用传统的直接膨胀式空调系统而取代上述系统,错失了验证这项技术的以下突出的实际性能:

- 利用大型钢筋混凝土楼板的热惯性稳定建筑物内部温度;

- 对于冬季中具有冷能优势的建筑物来说,具备适用可能性。

其它机械设备

在供水站内安装了两个高压灭菌罐和一个增压机组,该机组由三台变频水泵构成,机组不带高压灭菌器,用于分配冷水。卫浴热水由设置在卫生间内的电热水器生产, 而餐馆所用的热水由一台电气锅炉和蓄热水箱提供。

意大利馆还配备了:

- 卷盘式DN20消防水龙带系统,并安装了4个消防栓,通过地下室内环状回路相互连接。

- 除礼堂外,所有区域均安装了湿式自动喷淋系统。

该系统连接 Piastra 的分配管网。

预定用于展示的场地均配备了强制排烟排热系统(SEFFC),能够保证烟气自由蔓延高度为2.0m。规定了五大消防区域(一楼、一楼与二楼间的夹层、二楼、三楼和四楼),假设其中有一个发生火情。

因此,这种双重功能(通风/空调、排烟排热)的集中控制系统须配置:

- 一根空调用立管,用于接受室内回风,就像发生火情时排烟那样;

- 针对每个消防大区,从预定通风/空调区域起,在吊顶上布置一根管道,并为每一主管段配置一个正常关闭的控制挡板。相关的空气处理机组配备第三个专用风机。依靠适当的自然开度确保设备运行必需的空气流量。

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