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超高层建筑绿色策略和设计GreenStrategy&DesigningofSuperHigh-riseBuilding2绿色与生态建筑研究中心目录超高层建筑的生态设计特点现有超高层建筑存在的问题广州某绿色超高层建筑设计实例绿色建筑星级评估生态技术的增量成本3建筑的高度变化导致相关参数的变异•高度超过100米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外，其它的气象参数都会发生很大的变化•地面风速是取自地面高度10米处，如地面风速为2米／秒时，则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米／秒，若高达400～500米时风速可达到5米／秒以上•度随高度的变化也会有明显的降低，通常会有每百米高度的温度下降0.6～1.0℃现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定，对超高层建筑无法适用超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50％的目标，不符合国家长远发展要求绿色与生态建筑研究中心超高层建筑的特点4上海金茂大厦单层玻璃、新风不足，室内环境差美国芝加哥希尔斯大厦遮阳设置不合理，当地风速、建筑形体、朝向考虑不全面现有超高层建筑存在的问题绿色与生态建筑研究中心5绿色超高层建筑设计实例绿色与生态建筑研究中心地点：广州塔楼高度：475.8m建筑面积：•塔楼：24.94万m2•裙楼：6.42万m2•地下：18万m2设计目标：•绿色建筑“三星级”设计理念：•建筑、环境、人的和谐统一6广州气候状况分析辐射与温度全年空气温度、湿度、辐射分布全年干球温度分布全年直射辐射分布全年相对温度分布全年散射辐射分布朝向与通风年辐射最佳朝向全年风玫瑰冬季风玫瑰夏季风玫瑰绿色与生态建筑研究中心7节地与室外环境•透水地面、塔楼空中花园、附属楼屋顶花园节能与能源利用•绿·灯塔、夹层风力发电、呼吸幕墙和综合遮阳体系、水源热泵、光电技术、势能电梯、地下车库LED照明、附属楼自然通风节水与水资源利用•雨水利用、其他节水措施节材与材料资源利用室内环境质量•地下车库导光筒采光、诱导通风绿色与生态建筑研究中心适用生态技术体系8盛行风和地域环境•本地污染•噪音•环境承载能力•规范和标准周边建筑太阳轨迹防护林带和遮阳ACCESSANDPARKING建筑朝向绿色与生态建筑研究中心节地与室外环境9垂直绿化•丰富建筑形式，改善建筑环境生态效益•改善微气候，调节室内温湿度，吸收二氧化碳，放出氧气，提高空气质量空中花园面积•200㎡/千名办公人员，共需空中花园面积4200㎡•2000㎡空中花园位于95层的建筑观光层•建筑中每隔8层设计一个高达4层楼，面积为200㎡的独立花园，全楼自上至下共11个，总面积2200㎡绿色与生态建筑研究中心塔楼空中花园包含水，植物和假山的花园平面图包含植物和木平台的花园平面图10设计理念•“绿”，绿色建筑的引领者•“灯塔”，广东省的标志性建筑具体措施•在东塔楼顶架设涡轮发电机组6组，每组发电功率50kW，总发电功率300kW绿色与生态建筑研究中心绿·灯塔屋顶风机布置11塔楼结构体系设计依据•广州有效风能密度200W/㎡以上•风速和高度：地面2米/秒，100米高空3米/秒，400-500米时5米/秒以上•设备层有可利用空间具体措施•5个通风夹层，层高4-5m•选用涡轮机组直径为4m，每组发电功率按2kW，每个通风间层发电功率可达到60kW•考虑部分情况只能实现双向有效发电，功率取40kW，全部通风间层可达400kW绿色与生态建筑研究中心夹层风力发电12通风夹层风机布置布置方案•角部风速增加很大，是架设发电机组的最佳位置•围绕核心筒在角部设置开口，开口大小占立面1/4左•一个角部设置10组储电方式•蓄电池组投资过大•设置自动控制和并网保护装置减少并网的“回流”干扰风力发电机房•核心筒内部或相邻设备间，约5－10㎡绿色与生态建筑研究中心夹层风力发电13视觉效果•屋面顶部，建议采用显示结合方式，在外立面上凸显出涡轮发电机•通风夹层中设置的涡轮发电机组，采用隐式布置，通过在外立面作贯通处理，将风引入夹层内部同时在立面可形成均匀条带状分布噪音问题•噪声源：啮合的齿轮对或齿轮组、由于互撞和摩擦激起齿轮体的振动、由转动轴等旋转机械部件产生周期作用力激发的噪声等•在风机基座处做专用的钢弹簧减震处理•当风速超过风力发电机组最大有效工作风速（切出风速）时，风机自动切断啸叫问题•适当加大夹层开口•风力涡轮发电机组错落排布，尽可能大的增加阻尼作用，减小流进、留出夹层的风速•经CFD分析，当来流风速为10m/s时，通过上述措施，可减小至5m/s左右，有效控制啸叫的产生绿色与生态建筑研究中心夹层风力发电14设计依据•夏季漫长，太阳辐射强烈•超高层建筑无法使用活动外遮阳•面江位置需满足观景需求具体措施•塔楼部分朝向采用呼吸幕墙（中置活动百叶帘）•塔楼15层以下采用中空百叶玻璃•附属办公楼采用垂直百叶机翼外遮阳•附属商场采用水平叶片机翼外遮阳绿色与生态建筑研究中心呼吸幕墙和综合遮阳体系广州市太阳辐射强度分布图15呼吸幕墙•布置区域：右图黄线之间•遮阳系数：百叶帘全关闭状态SC≥0.25，全收起时SC≤0.60•外循环的气流组织方式•外层钢化玻璃，内层中空高透Low-E玻璃•铝合金百叶帘采用从上到下的控制方式，轨道为导轨式（在有气流情况下较稳定）•设置反光板以提供室内采光•廊道接力通风，宽度600-1000mm绿色与生态建筑研究中心呼吸幕墙和综合遮阳体系呼吸幕墙布置位置16绿色与生态建筑研究中心呼吸幕墙和综合遮阳体系呼吸幕墙内置活动百叶帘廊道接力通风17附属办公楼•嵌入墙体的垂直百叶机翼外遮阳•全收起时SC≥0.60，全遮挡时SC≤0.30•宽度为800mm左右的单翼型铝合金叶片•可根据阳光角度自动控制叶片角度•叶片应有30%以上面积穿孔，孔直径为5mm左右绿色与生态建筑研究中心呼吸幕墙和综合遮阳体系垂直叶片机翼外遮阳（广州发展中心）18附属商场•水平叶片机翼外遮阳•全收起时SC≥0.60，全遮挡时SC≤0.30•叶片离开里面0.5m左右，有利于自然通风•可根据阳光角度自动控制叶片角度•400mm的单翼型叶片绿色与生态建筑研究中心呼吸幕墙和综合遮阳体系19设计依据•公用建筑的电梯用电量占建筑总用电量的17%-25%以上•电动机拖动负载消耗的电能占电梯耗电量的70%以上设计方案•额定载重量1350kg（20人）以上的大容量电梯•多台面对面排列的群控电梯，侯梯厅深度不小于相对的轿箱深度之和•本项目不满足规范要求，建议增大侯梯厅深度至3.1m以上绿色与生态建筑研究中心势能电梯20设计依据•LED照明系统可在满足光照需求的情况节约电耗设计方案•为一层地下车库，约2万m2提供照明•需要电池板约为165㎡•电池板规格(装框后)为:1800㎜×730㎜×45㎜,则大概需要电池板125块绿色与生态建筑研究中心地下车库LED照明21设计依据•提高商场空气品质•充分利用穿堂风•设立中庭或天井设计方案•附属办公楼顶部宜设置合适的无动力风帽（20个，长×宽×高为:360×380×380mm，排风量为7200m3/h）•中庭上部宜设置自动开启窗，面积占中庭总面积的20％左右•30％的外窗面积为自动开启窗绿色与生态建筑研究中心附属楼自然通风22绿色与生态建筑研究中心附属楼自然通风——CFD分析边界条件选取广州夏季的主风向东南风，风速取地面10米处的速度3.6m/s,然后根据风速与高度的关系对各个高度的风速进行修正23绿色与生态建筑研究中心附属楼自然通风——CFD分析在主楼后面有漩涡产生，东向和南向具有正压，有利于进风，所以应在此处布置窗户，将室外清新空气引入室内，进行自然通风24绿色与生态建筑研究中心附属楼自然通风——CFD分析西向和北向具有负压，有利于排风，所以应在此处开窗，将室内空气排出在室外无风的恶劣天气下，自然通风效果不太好，热空气聚集在中庭的上部区域，所以在这种情况下建议设置自动可开启窗户和无动力风帽进行排风，以确保室内空气的人体舒适度25设计依据•超高层建筑用水量大，供水程序复杂•广州地区雨水资源丰富设计方案•利用雨水供应室内花园和室外绿地浇灌绿色与生态建筑研究中心雨水利用广东广州市地区1971-2000年降雨及风速数据表月份累年各月降水量（㎜）累年各月最大日降水量（㎜）累年各月日降水量≥50mm日数累年各月平均风速(m/s)140.975.011.7269.489.211.7384.767.611.64201.2119.881.65283.7215.3141.76276.2210.9111.87232.5111.091.98227239.081.59166.2156.471.51087.3110.741.81135.4116.301.81231.646.101.726雨水收集方式•建筑立面中设置环形结构导水槽来收集雨水，在立面的各分区线上设置雨水收集入口将雨水引入室内，收集的雨水经处理后即可用于室内空中花园的灌溉雨水收集路线•将建筑分为两个区域，上部区域收集的雨水集于中间雨水处理间，下部区域收集的雨水置于建筑下层储水间，再泵至建筑中层进行处理室内雨水处理间•通过导水槽收集建筑外立面雨水，在建筑中间层设计雨水处理间，储水容量为10m³，雨水处理间占地20㎡。建筑下层设雨水储存间，占地约8㎡灌溉管线•雨水处理处后主要用于室内花园灌溉，所以在雨水处理间和各花园设置专用雨水灌溉管线绿色与生态建筑研究中心雨水利用——塔楼27绿色与生态建筑研究中心雨水利用——塔楼每16层设置一导水槽，则导水槽共6个导水槽铝合金板厚度初步定为3mm非安装节点处导水槽与玻璃幕墙之间需设置防震垫层，并采用玻璃胶或其他材料来实现导水槽与玻璃幕墙的无缝连接28雨水收集方式•结合屋面排水系统收集裙楼屋顶雨水，收集的雨水经管线合流至地下雨水处理间雨水处理间及储水空间•收集裙楼屋顶的雨水，经处理后用于室外绿地浇灌，处理间占地15㎡，地下储水空间30㎡。处理间可根据设计要求可放于地下或地上人工湖补水•本项目规划建造人工湖，屋顶多出雨水及地面雨水经过初期弃流和过滤后可用于人工湖补水绿色与生态建筑研究中心雨水利用——附属楼屋顶及地面29为了保证光照度均匀合理，地下车库照明系统采用16个导光筒，单位柱距（8.4m×8.4m）设置1个，横向、纵向4×4放置。导光筒直径约为800mm，满足地下车库75lx照度要求。导光筒室外部分可与景观结合、也可以在保证水质良好的情况下，导光筒与景观水体结合。建筑需预留空洞，并提供地面部分到地下室的剖面图；还需与建筑、景观专业确定导光筒的具体位置及与景观结合的情况。绿色与生态建筑研究中心地下车库导光筒采光30设计依据•诱导通风：提高空气品质，降低能耗绿色与生态建筑研究中心地下车库诱导通风31绿色与生态建筑研究中心地下车库诱导通风传统地下通风气流组织诱导通风气流组织传统通风方式气流组织不好，气流影响的范围比较小，而诱导通风气流组织良好，每台诱导通风机都可以把其区域范围内的气流组织良好，以达到保证室内空气质量的要求32设小汽车的总排量为0.45m3/min,汽车尾气中CO含量为5.5%,则一辆汽车CO的发生量为0.025m3/min,汽车的出入频率为0.6,停车库汽车平均时间为2分钟，东塔地下总车位1700个，则1小时全部汽车发生的CO量为42.6m3/h每个停车位占地面积为6平方米，加上配套通道占地面积为8平方米，所以车库的面积约13600平方米，车库设计换气次数取为6次/h，则每小时需要的通风量为81600m3每台FYA型诱导通风系统所负担的车库面积约为100m2，则需要FYA型诱导通风系统136个绿色与生态建筑研究中心地下车库诱导通风33中央空调智能控制系统天气控制通风（手动）执行器输出其他输出量防火空调控制天气传感器混合模型控制绿色与生态建筑研究中心34绿色与生态建筑研究中心