綠色燈塔Green light House-丹麥按照碳中和理念設計的公共建筑之一

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項目概況
項目管理:威盧克斯/VELUX公司
設計單位:克里斯坦森設計師事務所(Christensen & Co Architects)
能源創意:科威(COWI)咨詢公司
戰略合作伙伴:丹麥國家科技部、哥本哈根大學、哥本哈根市政府、威盧克斯公司、威爾法科公司
物業業主:丹麥哥本哈根大學
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綠色燈塔項目是迄今為止丹麥第一個按照碳中和理念設計的公共建筑,位于哥本哈根市內的哥本哈根大學校園內,是威盧克斯集團“VELUX-Model Home 2020” 六個未來示范項目中,第二個完成的生態可持續節能示范建筑。該建筑為三層的圓形建筑,總建筑面積950平方米,具體用途為哥本哈根大學科學系學生的學習、生活、就業監管咨詢中心。綠色燈塔項目是無二氧化碳排放的零排放生態型建筑。
綠色燈塔的目標在于展示節能型建筑需求和建筑質量、健康室內氣候以及良好的日光,是可以通過可持續和創新的建筑設計方法達到平衡的。綠色燈塔已于2009年的10月20日正式交付使用運營,它是今年在哥本哈根召開的聯合國氣候變化峰會(COP 15)的一個獻禮性展示項目。
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綠色燈塔的建筑設計
1. 建筑的創作靈感
綠色燈塔的創作來源于中國的“日晷”,克里斯坦森建筑設計事務所的設計師們,根據“日晷”創作了其圓柱外加傾斜頂面的造型,充分的表現出建筑與太陽之間的密切關系。項目合作各方希望該建筑竣工后,成為哥本哈根、丹麥、及至整個歐洲環保建筑的榜樣,因為命名為“綠色燈塔”。


2. 建筑的色彩設計


綠色燈塔建筑的色彩設計,外部是斑駁的綠色,內部為奶白色。創意萃取于丹麥民間飲食文化,一種獨具特色的奶酪,外表呈斑駁的綠色,內部則是奶白色。
1)圓柱體的建筑外形 ????????
該建筑的設計目標是實現最佳的能耗效率、建筑質量、健康的室內氣候,和良好的采光條件。也就是說,綠色燈塔在設計之初,就是一個具有強烈展示功能的建筑。既要展示建筑的各個不同的立面在接受日照、采集太陽能即時的數據變化,又可以作為建筑使用,最佳形狀就是做成圓柱形。
2)中庭 ???????
綠色燈塔采用了大中庭設計,其用意有四。一是根據其用途刻意設計出一種開敞、通透、開放的空間,二是為參觀者聚集時提供集中講解的功能考慮,三是采用煙囪效應自然通風,四是為了提高整個建筑內部自然采光的均勻度。
3)露臺 ????????
建筑的露臺是一種過渡空間,設計師為這個建筑設計了一個比較大的開放式露臺。目的就是為建筑的使用者們提供一個可以用來放松、觀景、臨時小憩的公共空間。
4)入口?
綠色燈塔的入口,做了嵌入式處理,目的一是將就場地比較狹窄的空間,不使雨棚占用過多的空地空間,二是增加建筑體型上的變化。
5)名為儀器的雕塑——綠色燈塔佩戴的藝術品 ????????
丹麥國家建筑規范里,有一個有趣的規定:每棟公共建筑,可以拿出相當于預算1.5%的資金來做藝術裝飾。為此丹麥國家藝術院的兩名藝術家,為建筑做了一個名為“儀器”的藝術雕塑,這個雕塑看起來像一個探測器,其主體由8個“手臂”組成,每個手臂上裝有30面小鏡子。藝術家說,如果天空晴朗陽光燦爛的話,儀器每一個“手臂”上,會在一年內的兩天時間里,由兩面小鏡子投影在中庭的地板上形成一個圓形的光環。


綠色燈塔的采光設計
建筑的內部照明以自然采光為主,結合丹麥當地的光氣候條件,除了在建筑立面安裝了適量的豎窗,還在建筑的頂部,設置了一定數量的智能電控屋頂窗,這無疑給建筑的中庭,帶來了巨大的光照度的變化。
建筑師們花在采光模擬計算上的時間,較之以往的任何建筑,都要多出許多。此次采光計算,用了威盧克斯集團最新開發的《采光模擬分析計算軟件Daylight visualize》, 該軟件經過國際照明協會的鑒定,是一款非常精確的計算軟件,其對光照分析計算的結果,與實測結果的最大誤差不超過4.9%,平均誤差僅有2.9%。
工程師們應用《Daylight visualize》采光軟件,對建筑的每一個房間與角落,按全云天、半陰天、晴天等幾種情況,對全年的幾個標志時間段春分、秋分、夏至、冬至分別進行了計算,對有眩光的部位,及采光系數小于3%的部位,工程師與建筑師進行了反復的設計和比較,直到滿意之后才告一段落。


綠色燈塔的結構設計
綠色燈塔項目由于體量較小,功能也比較單一,所以從結構設計上沒有什么特別的地方,值得說明的是它的地基采用我們所謂的滿堂紅片筏基礎,現澆混凝土,它的上部結構采用鋼結構作為主要承重結構。維護結構采用預制件,工廠加工制作,現場吊裝。


綠色燈塔的能源設計
綠色燈塔項目能耗概念設計以實現二氧化碳零排放為目標。作為可持續、無碳、環保的建筑,必然會把能源的消耗與使用,作為一個重點課題來研究。其解決方案如下:
1.綠色燈塔能源使用的總體思路
綠色燈塔的能源設計總體原則,一是降低能源需求,二是盡量使用可再生能源,三是高效使用化石能源。
2.良好的維護結構保溫性能
丹麥地處北歐,氣候比較寒冷,建筑良好的保溫性能是建筑節能的重要環節。為此,綠色燈塔在外墻設計,門窗選擇上花了大量的時間。這里值得一提的是太陽熱的采集和防止問題。在夏天,太陽過熱是負面的,此時我們需要太陽的光線,卻要求把太陽的熱量隔絕在室外。而在冬天,我們在需要太陽光線的同時,也需要太陽的熱量。因而使用所有時間都是一個傳熱系數的LOW-E玻璃,不能全面解決問題,綠色燈塔采用了與窗戶相匹配的多種智能電控室內外遮陽、隔熱窗簾等產品。
3.太陽能集熱板
近300平方米的南向屋頂面積,除了少部分用作屋頂天窗采光外,大部分用于安裝太陽能集熱板和光伏電池。綠色燈塔項目上的太陽能集熱板,滿足了建筑本身的熱水需要,同時,夏天建筑本身使用剩余的來自太陽的熱量,將通過管道傳入地下的季節性蓄熱設備,以備冬天使用。
4.太陽能光伏電池
綠色燈塔的屋頂上45平米的太陽能光伏電池是建筑物主要能量來源,可滿足照明、通風和維持熱泵的運轉需求。
5.熱泵
熱泵主要用來太陽熱能及地熱能的循環利用,實現建筑物的供熱和制冷,從而保證了季節性儲熱的優化利用。
6.熱敏地板
在丹麥的氣候條件下,建筑內的地板可以用作熱儲存器,尤其是在冬天,把白天的熱量儲存在地板內,可以使得第二天工作期間,不再使用過多的熱源來加熱建筑。同時,地板供熱比起空氣供熱來,人的感覺要舒適一些。
7.季節性蓄熱技術
項目使用了季節性蓄熱技術,這項技術的實質,是在夏天太陽能量過剩的時候,將一些熱能以一定的形式儲存在地下,待到冬天能源短缺時,再行放出來使用。這個技術如果說在丹麥還不算有多大實用價值的話,那么在中國的大部分夏天有著充足日照,冬天又非常寒冷的地區,則有著巨大的價值。
8.能源中控系統和能耗記錄系統
整體建筑約以100平方米為單位,分為9個區域,均設有光感、溫感、風感、二氧化碳等若干個探頭,對這些區域進行監控,一旦發現有需要,比方說光照不夠,溫度不夠,空氣質量不好,這些探頭就會把信息發到中央處理中樞的電腦上,該電腦再根據室外的氣候情況,通過自控系統,采取開關窗、啟閉窗簾、啟閉電燈等措施,使用最佳策略,來改善室內氣候。同時,能源的使用記錄系統,還將隨時記錄各個區域的供熱、熱水、通風、照明等項的耗能情況,以供分析和研究。
9.綠色燈塔的能源數據
綠色燈塔項目供熱消耗指標初步估計為22千瓦時/平米/年。按預計方案,下列能源可以滿足熱能供應需求:
?· 35%為可再生能源太陽能,來自于屋頂上的太陽能光伏電池。
?· 65%為熱泵驅動的區域熱能,由儲存在地下的太陽能熱能供給,對生態環境不會造成威脅。
?· 熱泵可將區域熱能利用效率提高約30%。(按目前匯率計算,該項目每年的區域供熱成本為1900歐元左右。
這一能源設計是整個丹麥進行的首次嶄新嘗試,是一次具有真正意義的試驗。從長遠來看,此方案可被推行至歐洲大部分地區的辦公樓和廠房建設項目,并將成為未來二氧化碳零排放問題的創新解決方案而得到更廣泛的應用。這一方案設計仍在不斷完善之中。


最后,作為總結,我們想用該項目經理威盧克斯公司洛娜女士的一段話來結束本文:
綠色燈塔項目,是丹麥以零碳為目標而進行設計施工的項目,它是哥本哈根大學科學系一個學生咨詢中心。當你進入綠色燈塔時,起你注意的就是它充足的自然采光。日光,是一項非常重要的資源,僅靠對日光合理設計使用,我們就節約了幾乎過去照明用電的38%的能量。結合自然通風等環節,該項目通過精心的建筑設計,就使能耗降低了幾乎75%。
如果我們僅使用2009年的技術和材料,就能達到2020年的設計預想要求,那這其實就是一個佐證,說明只要引起重視,只要精心設計,精心施工,人們是能夠在很大程度上減少化石能源的使用增加可再生能源的利用的。

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