超高层建筑绿色策略和设计

1. 超高层建筑绿色策略和设计 Green Strategy & Designing of Super High-rise Building 田慧峰 2010年10月

2. 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 绿色与生态建筑研究中心

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 超高层建筑的特点 绿色与生态建筑研究中心

4. 现有超高层建筑存在的问题 上海金茂大厦 美国芝加哥希尔斯大厦 单层玻璃、新风不足，室内环境差 遮阳设置不合理，当地风速、建筑形体、朝向考虑不全面 绿色与生态建筑研究中心

5. 地点：广州 塔楼高度：475.8 m 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 绿色超高层建筑设计实例 绿色与生态建筑研究中心

6. 广州气候状况分析 辐射与温度 朝向与通风 年辐射最佳朝向 全年风玫瑰 全年空气温度、湿度、辐射分布 全年干球温度分布 全年相对温度分布 冬季风玫瑰 夏季风玫瑰 全年散射辐射分布 全年直射辐射分布 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 适用生态技术体系 绿色与生态建筑研究中心

8. 节地与室外环境 周边建筑 太阳轨迹 建筑朝向 • 本地污染 • 噪音 • 环境承载能力 • 规范和标准 防护林带 和遮阳 盛行风和 地域环境 ACCESS AND PARKING 绿色与生态建筑研究中心

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 ㎡ 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 绿色与生态建筑研究中心

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 50 kW，总发电功率 300 kW 绿·灯塔 屋顶风机布置 绿色与生态建筑研究中心

11. 设计依据 广州有效风能密度200 W/㎡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 400 kW 夹层风力发电 塔楼结构体系 绿色与生态建筑研究中心

12. 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㎡ 夹层风力发电 通风夹层风机布置 绿色与生态建筑研究中心

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10 m/s时，通过上述措施，可减小至 5 m/s左右，有效控制啸叫的产生 夹层风力发电 绿色与生态建筑研究中心

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 呼吸幕墙和综合遮阳体系 广州市太阳辐射强度分布图 绿色与生态建筑研究中心

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 呼吸幕墙和综合遮阳体系 呼吸幕墙布置位置 绿色与生态建筑研究中心

16. 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 绿色与生态建筑研究中心

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 800 mm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 5 mm左右 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） 绿色与生态建筑研究中心

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 0.5 m左右，有利于自然通风 可根据阳光角度自动控制叶片角度 400 mm的单翼型叶片 呼吸幕墙和综合遮阳体系 绿色与生态建筑研究中心

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 3.1 m以上 势能电梯 绿色与生态建筑研究中心

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 地下车库LED照明 绿色与生态建筑研究中心

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 附属楼自然通风 绿色与生态建筑研究中心

22. 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 绿色与生态建筑研究中心

23. 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 绿色与生态建筑研究中心

24. 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 绿色与生态建筑研究中心

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 雨水利用 广东广州市地区1971-2000年降雨及风速数据表 绿色与生态建筑研究中心

26. 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10 m³，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 雨水利用——塔楼 绿色与生态建筑研究中心

27. 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 3 mm 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 绿色与生态建筑研究中心

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 雨水利用——附属楼屋顶及地面 绿色与生态建筑研究中心

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 800 mm，满足地下车库 75 lx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。 地下车库导光筒采光 绿色与生态建筑研究中心

30. 设计依据 诱导通风：提高空气品质，降低能耗 地下车库诱导通风 绿色与生态建筑研究中心

31. 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 绿色与生态建筑研究中心

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0.025 m3/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42.6 m3/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81600 m3 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 地下车库诱导通风 绿色与生态建筑研究中心

33. 防火空调控制 其他输出量 天气传感器 执行器 天气控制 通风（手动） 输出 中央空调智能控制系统 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