绿色建筑的思潮最早起源于上世纪70年代的两次世界能源危机,由于石油恐慌,当时世界兴起了建筑界的节能设计运动。
在地球环境的危机之中,全球的建筑家们在新的节能技术和传统民居的自然环境设计中寻找着灵感,试图寻找出适合当地气候和地理的绿色方法。我们循着这样的思路,探访了武汉市内绿色建筑的新试点和具有绿色经验的老房子。
新技术:光伏发电
光伏发电屋顶,并入武汉市电网
6月26日早上,记者辗转来到武汉国际博览中心。位于长江边上,国博中心区域总用地约6000亩,新建成的武汉国际博览中心展馆建筑面积约46万平方米,要转上一圈得花不少时间。12个展馆呈环状分布,这天正在举办武汉国际机床展。一边的会议中心仍在建,从会议中心可以鸟瞰长江。
去年10月建成投入使用的武汉国际博览中心,作为武汉市绿色建筑和低碳生态区的试点项目,首次引入“光伏发电”技术,在展馆屋顶铺装了约12万平方米的太阳能电池板。据了解,这是目前国内已建成最大的建筑光伏一体化发电项目,总装机容量约10兆瓦,预计投入使用后年发电量近950万度,年减排二氧化碳约8200吨。
“今年4月我们进行过试运行,近期并入电网之后,将正式投入使用”。武汉新城国际博览中心有限公司投资发展部主管谭健锋告诉记者,“光伏发电最后并入到展馆的低压母线上,负责展馆低压部分的常规用电,包括照明、空调等。其发电使用量预计约占展馆总用电量的30%。”如果没有展览的时候,光伏发电同样能发挥效用,谭健锋称,“这不是一个独立的供电系统,我们与武汉市电网是连接的。平时展馆用电需求如果足够,还能直接输送给城市电网,提供城市用电。”
这就是说,光伏发电屋顶不仅提供展馆用电,也能提供城市用电。“它相当于一个光伏发电厂,因为靠近城市主要的用电负荷中心,输送损耗比一般的发电厂少,发电效率更高。”谭健锋称,武汉夏天热,用电需求大,光伏发电能够为城市用电提供不少供给。“夏天展馆展览相对较少,用电需求可能并不太多。”
记者在现场看到,在12个展馆的门口,各有一个通向展馆一层的楼梯通道。每个楼梯通道设于展馆入口前方,由一个大的玻璃天井罩住。玻璃天井上整齐地排列着一块块太阳能光伏发电玻璃板。“在这两层玻璃的夹层之中,有一层太阳能光伏发电电池”。谭健锋告诉我,这是一个独立于展馆电力系统之外的发电系统,每个玻璃天井下都有一套蓄电池设备,光伏玻璃发出的电量可以储存在这些个蓄电池中,用于两层楼梯通道的照明以及天井周边草坪灯的照明。
这个系统有独立的“光照度自动开关”,这个照明系统会根据自然光照的条件自然调节,如果光线够,照明则自动关闭,该系统自动进入发电储存模式;如果光线暗了,它会自动开启照明。
谭健锋称,武汉国际博览中心的光伏发电项目日前已经申报为国内最大的建筑光伏一体化示范项目,同时也是金太阳示范项目。“此种清洁能源的运用,使得建筑与发电一体化运行,消耗少而且够节能,是我国倡导的一个发展方向。”
为了有效监测和管理光伏发电项目的使用情况,该项目拟在展馆内电子屏上实时显示和更新光伏发电的具体数据,包括发电量和减排量。“这个有统计的控制系统,能让大家清晰了解到光伏发电的具体使用情况。”
据了解,运用于武汉国际博览中心的绿色技术共有18项,其以低碳减排、可再生能源替代为原则,从单体建筑、区域能源、多元指标出发,共有二氧化碳减排、生态环境、城市管理三类三级共26项指标。其中包括用于展馆与会议中心的地源热泵与全能变频常规空调系统相结合的复合式能源站,绿色照明系统,绿色建筑标准建设等,都以绿色、节能为前提,探索一种绿色、环保的低碳模式。
旧经验:外百叶窗+回廊
小天井围合出自然通风带
在汉口的胜利街和洞庭街之间,两个相邻的里份——泰兴里和同兴里,有着极为特别的设计。建于上世纪三十年代,两个里份都属于那一时期房地产运动之后的新兴产物,工业技术普遍运用于民居之中,结合了西方技术与传统元素的公寓式住宅正遍地生花。
尽管武汉的天气已经进入高温时节,走在老里份里,却能感受到一阵格外的清凉。从胜利街入口走进,泰兴里以一条主巷延伸开去,两侧是两层砖木结构的西式住宅建筑,房前被庭院和树木所包围。“这种形式在武汉的老里份中很少见”,华中科技大学建筑与城市规划学院副教授、曾于上世纪90年代到此调研过的万谦老师告诉我,“庭院式的围合方式原来在我们的传统民居中很常见,但是在里份中似乎只有这里才有。”
用院墙围出小小的庭院,两侧的房屋基本结构、形式相同。在房屋二层设有回廊,许多现在已经被改建成了房屋的一部分,“这种形式最早便是应本地气候而产生的,回廊将室内与室外隔出一定的距离,夏天隔热,冬天防冻。”与之相邻的同兴里,采用的则是许多里份里常见的天井结构。在进门处,房屋围合成小小的三合院,有的房屋正厅后方还有一个,“天井提供了光线,也能通风”。
基于本地气候和地理条件而做的特殊设计,到底是不是可以算做绿色建筑呢?暂且不用现今的指标去衡量,这种因地制宜的建筑历史经验,似乎能让我们从另一个角度去理解“绿色”的所在。
万谦指着一家窗户上的百叶窗给我看,“以前的老房子许多采取的都是外遮阳,这比现在把百叶窗安在屋内隔热效果更好。”这些老房子地面基本都在室外的三步台阶之上,室内地板下设架空层,从外面可以看到房屋的底部还设有换气的小窗。为什么老房子冬暖夏凉呢?可以看到这些无处不在的小细节,都显现出一种结合气候与地理,传统方式与先进材料的多重使用,用最简单的自然原理,解决了遮阳、通风等各种问题。
新技术:双层玻璃幕墙
利用建筑表皮适应气候变化
于前年落成的武汉城市规划设计院大楼作为华中第一个使用双层玻璃幕墙技术的绿色建筑,从某种程度上代表着一种绿色建筑的方向:即新技术的运用如何在建筑上完成与本土气候的适应和结合,最大程度地减低能耗。
武汉夏天热,冬天冷,典型的极端气候。一般我们对付这种天气的方法无非是,夏天开空调,冬天开暖气,人舒适了,可是能耗却相当之大。如何解决夏天热冬天冷的问题,又能够最大限度地降低能耗是很多本地建筑师着力解决的问题之一。
双层玻璃幕墙,最早被德国建筑师托马斯·赫尔佐格运用于汉诺威博览会公司总部大楼中。利用建筑表皮来适应这种极端气候的变化,建筑外立面主要负责阻挡高层的高速气流;内立面安装了可开启的大面积推拉窗,使内部的人们可以获得自然的通风;双层立面之间的夹层内侧安装自动遮阳百叶,遮阳效果显著并且便于维护和清理。
这是这项技术首次在本地建筑中得以运用。该建筑项目负责人、武汉市规划研究院副总规划师丘永东告诉记者,引进双层玻璃幕墙这项技术就是在想办法解决节能问题。
在大楼内办公室可以看到,对外的玻璃立面幕墙被内外两层隔出了一个中空地带,类似一个狭长的走廊。外立面是一层白玻璃,内立面设有可开启的玻璃门,在两层玻璃幕墙之间安装了铝合金材质的自动遮阳百叶。百叶可以自然感光,根据太阳光照射的不同角度自然调节光线,在光线强烈时会自动闭合,光线不够的时候则会打开。百叶窗并不是密不透风的,可以见到上面密布的小孔,等于是在调节阳光的同时,还有一个透气的作用。
丘永东打开办公室对外第一层的玻璃门,一股热浪顿时涌来。“如果没有这一层玻璃幕墙,室内的温度大概就有这么高”。刚刚还是阴凉天,这会儿已是烤箱了。“目前,武汉市的外遮阳没有普及,室内的空调几乎有40%是对付太阳的热能,所以外遮阳是很好的一个方法。”丘永东称,外遮阳对于夏天炎热地区有很好的一个节能效果。她指给我看走廊下方位于玻璃幕墙外立面的百叶窗,在整栋大楼所有的外立面都有这样的百叶装置。“这个外百叶负责室内外的空气交换。”
“两层玻璃之间的这个中空地带,相当于是一个呼吸通道,可以根据气候需求调整你需要的阳光。”丘永东称,这个“可呼吸的”走廊在冬天可以制造“暖房效应”,它能够储存你想要的阳光和热能,等于是给大楼在外面穿了一件棉袄;而到了夏天,又可以阻挡相当大的一部分太阳,起到隔热的作用,你可以想象,如果是单层玻璃幕墙,得需要多大电耗去解决室内温度问题。
之前进入大楼的时候,我发现一楼中庭特别的凉快。这几天快有35度的高温,外面太阳热烤,可是走到大楼入口处,顿觉凉爽。在分别平行于京汉大道和三阳路的两幢大楼之间,留出了一条细长的走道,风从走道间穿过。前面是中庭,后面是后院,均种有绿植,城市中难得的一处天然凉亭。丘永东告诉我,这是根据武汉市夏季主导风向所组织的自然风道,“根据地理位置组织风向布局,让自然风能够顺应风道进行流通,起到良好的通风效果。”
新实践:竹子吊顶
用竹子在屋顶铺一层天然凉席
华中科技大学南四楼“锁石咖啡屋”,一个以竹子等自然材料为主要元素建成的小咖啡馆,在严谨的校园中勾勒出一种独有的情调。
从南四楼的大门进入,拐角便能见到一个用竹子装饰的小展厅,连接至前方的“锁石咖啡屋”。这个在原庭院里扩建的竹子房,是建筑与城市规划学院2005年改建所做的一个小小尝试。“我们在对竹子进行隔热性能实验之后,发现竹子有良好的热工性能。在夏季使用竹子作隔热层,比没有竹子隔热层的房间最高温度至少低4℃。”李保峰老师说,竹子是本地极易获取的材料,“就地取材,本身就节省能耗。”
头顶上铺开的一排排纵横交错的竹子,像是一张巨大的凉席。从公共展厅走到锁石咖啡屋,像是置身于一个天然的竹林之中。抬头看得到屋顶的圆筒竹子,一排排的竹子之间间隔着透光的玻璃,阳光从玻璃里洒进来。展厅的四周,是以竹子和木材造型的各种装饰。“这个以竹钢结构的公共空间,在整体的钢框架网格中以席纹铺设竹子,甚至连铆钉也没用一个,直接将竹子卡进工字钢的两翼,卡紧即成。”
以竹子做屋顶隔热,再以竹子和木板为主要设计元素,整个一楼的公共空间和这间咖啡屋显得别具一格,在校园里尤其显得颇有“设计范儿”。竹子所营造出的一种自然情调,似乎远远超越了其作为降温使用的隔热效果,也像是一种传统文化的延续。
“锁石咖啡屋”的名字似乎早已预示了这座房子最本质的含义,“锁住建筑结构的关键部位”。这些天,建筑与城市规划学院正在进行毕业答辩,展厅里堆满着学生们的设计作品。或许,这早给许多学生创造了灵感和启发。