剖析武漢新能源研究院的設計

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1項目背景

武漢新能源研究院由武漢市政府和華中科技大學共同組建,要求打造成為新能源應用理念突出、技術先進、節能低碳、環境舒適、智能高效、藝術形象獨特、充分標志武漢地區“兩型社會”建設、華中地區最具影響力的綠色建筑和新能源應用示范建筑。

2區位及項目定位

項目位于武漢市東湖新技術開發區新能源產業園區內,用地規模約100畝,其中一期用地50畝。場地交通條件優越,基地附近的高新六路站點有405路公交,地鐵站點,高速路出入口,周邊武漢三環線及武廣高鐵在西面附近通過,使之成為城市外部形象展示窗口。場地擁有得天獨厚的生態環境,擁有豐富的自然水體及動植物資源。場地內起伏較大,中部隆起,北高南低,最大高差達到10m。為了體現新能源的形象,設計在建筑形式上充分突顯太陽能和風能的利用。為了體現第二個國家自主創新示范區的東湖開發區形象:設計在技術理念上突出其新穎、獨創及國際領先技術的整合與示范,同時展示全球最新的新能源技術、新材料和新產品,彰顯大樓新能源文化的示范性與教育價值。為了體現武漢人才資源優勢,發揮新能源研究院的技術優勢,設計提出自主創新的解決方案。只有自主創新,才能實現技術研發的可持續性,才能長久推動新能源谷的發展。為了回應武漢地域氣候特征,設計充分結合了夏熱冬冷地區節能技術的研究成果,并強調風能加速、太陽能集成技術,以提高對能源的利用率。

3方案概念分析

3.1建筑形體生成

設計中建筑體量均為南北向布置,對通風采光最為有利。將實驗室裙樓用“光環”串聯,圓心在辦公塔樓位置,保證塔樓到裙樓各部分的聯系距離最短。在“光環”與塔樓之間置入太陽能集熱棚,并形成入口的城市公共空間,為市民提供了開放的參觀休閑科技文化的活動廣場。在塔樓上加入可調節帆,收集風能轉化電力,成為塔樓的標志。為獲得最大的迎風面,保證帆的最大風速,塔樓朝向按照武漢市常年最大風速和最高風頻率的北偏東23°偏轉。裙樓“光環”猶如迎風吹動的飄帶,使建筑充滿靈動感。塔樓表面處理成連續變化的曲面,與飄帶相得益彰。

3.2“太陽塔”與建筑設計整合

集熱棚利用溫室效應加熱空氣,并匯集于熱壓煙囪內;通過煙囪內部氣流快速提升,在夏季實現熱壓發電,在冬季為辦公塔樓提供局部采暖。結合城市景觀,將集熱棚置于西南角,既不影響塔樓采光,又滿足最佳集熱角度,造型流暢;集熱塔身結合塔樓形體及電梯間設計,結構經濟,功能、形式、技術和諧統一。集熱棚底集生態景觀、市民科技文化展示廣場、建筑整體出入口為一體,空間開闊、大氣,造型新穎獨特。

3.3“風帆”、風洞與建筑設計整合

辦公塔樓中部風洞為參觀人員提供了示范性風機發電的空中花園,并且在塔樓頂部也為參觀人員提供了參觀頂部風力發電機組的選擇。塔樓形體采用折形平面,東部體量與常年主導的東北風向垂直,風能利用達到最大化;西部規避東北風,以求減小冬季熱損耗。經對不同截面模擬對比,塔樓風洞設計成雙弧形截面對風的加速最為有效,塔樓頂部與帆互成反弧形,可將風速提高到環境風速的4倍,使塔頂風機效率達到最大。

4建筑設計解讀

4.1塔樓

主樓部分在空間布局上采用獨立單元的方式,以1個~2個研究中心為一個單元進行分割。在每個單元內部有獨立的交通系統及交流空間。采用這種立體分區的方法,將不同的研究中心立體疊加起來,根據各中心辦公的不同的使用性質,空間需求和相互之間的流線關系,分別將其安排在不同的豎向空間體塊中。每個單元內插入垂直綠化景觀,創造宜人辦公、研究環境,空中庭院空間改變了原有辦公標準層的私密與封閉的空間格局,使得進深較大的高層辦公空間獲得較好的視線和光線條件,滿足了人們開放與交流的心理與工作需要。首層為迎賓大廳。主樓內布置了水景,室外有人工濕地,既大限度地保留了基地現有的水面,又可以幫助調節建筑的小氣候。高層采光通風良好,景觀視野開闊的部分安排人員眾多的辦公和研究功能。頂部布置交流和文娛活動等功能。屋頂為花園和安置風機的場所。塔樓一、二層的模塊展示空間,則可靈活用于各種新技術的展示。與此同時,建筑及場地設計也充分考慮科普的社會功能,在采用新技術的各部分,設置了展覽與觀看空間,使參觀者可以從不同層面了解新型節能低碳技術,發揮該建筑的教育展示與示范作用。將風力和太陽能發電的原理結合到辦公樓造型設計上,使之成為有機整體。根據武漢夏熱冬冷的氣候特點,建筑表皮采用可變式雙層皮,橫向帶型線條順應建筑形態的走勢,內設橫向可調節百葉減少太陽光的直射,降低室內空調能耗。西向核心筒部分采用多孔金屬板包裹,既造型新穎又有效防止西曬。經過分析平衡,主樓設于基地內高起的位置,依據地形設有半地下層和地下兩層安排車庫和人防地下室。

4.2裙房

根據前期的實例調查和需求訪談以及場地特點,實驗室裙房呈單元行列布置,實現了最佳的通風采光,單元間的交通聯系便捷。“亮井”是湖北民居的重要特點,將采光通風與建筑一體化,通過對天井下墻體的技術處理將陽光導入室內,獲得良好采光。裙房布置中采用了“亮井”概念,以適宜技術結合新材料,提高裙房實驗室部分的自然采光和通風條件,同時具有濃厚的地方文化與特色。覆土裙房單元屋頂采光采用了先進的導光管技術。陽光經采光罩聚集并直接折射傳入導光管內,沿管道穿越房頂到達室內。

5生態景觀設計

生態景觀區結合新能源技術試驗場與辦公區域互相咬合,圍繞開放的中心廣場布置,利用天然屏障將場地周邊城市干道影響隔離,同時,考慮到武漢夏季高溫炎熱的氣候特點,入口廣場的太陽能集熱棚設計輕巧美觀富有韻律,冬季處于北風遮擋的風影區,夏日通風遮陰,保證了室外公共空間的舒適性,并彰顯了對節能技術的引領。場地中部,設計高層統領整個區域,與東北角相鄰場地擬建的高層研究院遙相呼應。辦公塔樓采用集中式布局以節約土地,局部采取底層架空的方式,減少占地面積同時提供通風遮陽空間。最大化利用資源和最小化排廢,提倡重復使用,回收利用。可以實施生活垃圾分類,對有機、無機、有害、無害物質分別再利用以達到最小排出和最大化利用。示范實施中水系統,配備循環水凈化裝置,循環重復使用再生水資源,收集和利用污水、雨水、流動景觀水以改善氣候環境,停車場、廣場、步行道均采用滲水措施以收集雨水用于景觀水體。

6綠色建筑技術

項目倡導生態環保理念,突出可再生能源技術,以國家綠色建筑三星級以及LEED白金標準為對照,在規劃建筑設計中,從減少能耗、提高能效與利用可再生能源三個設計層面出發,獨創全球第一的太陽能熱氣流發電技術與利用高層屋頂風帆最大限度捕捉風電技術,同時采用大規模太陽能光電建筑一體化、多功能太陽墻、雙層皮玻璃幕墻、節水、新風熱回收、地源熱泵應用以及利用場地周邊關山熱電廠廢水以及污水的污水源熱泵技術等一系列具有國內外先進水平和具有自主產權節能減排綠色技術,集技術大成與造型藝術為一體,創建符合健康舒適高效的建筑空間環境。

按照《綠色建筑評價標準》與《美國綠色建筑評估標準LEED-NCv3》所規定的綠色建筑規劃設計技術要點進行設計,主要采取了以下技術策略:

1)被動式節能技術:場地規劃和建筑設計考慮日照和風向,充分利用天然采光;2)建筑充分利用可再生能源供給:PV太陽能發電、太陽能熱水、太陽能熱氣流發電與采暖、地源熱泵、污水源熱泵技術以及風機發電;3)節地節水:建筑和景觀共同融入可持續發展策略,創造一種生態水池(回收水儲蓄)微氣候系統的公共開敞景觀;4)節材:結構選型響應適應氣候的建筑形體,其中,網殼曲面形態滿足工業化建造高效率需求,所有螺栓球節點可以標準化制造,最大限度地采用金屬、玻璃等可回收的建筑材料,使建筑設計和結構設計最大限度的降低能源需求;5)良好的外圍護結構:對太陽能吸收和日光射入進行控制,通過屋頂綠化、減少建筑對能源的需求;6)安裝高性能的空調和照明系統:廣泛采光和自動化控制建筑能源的使用。

7結語

方案以創造新技術的標桿為設計目標,整合建筑技術創新、建筑功能和藝術造型,在100%漢產核心技術與設備基礎上,創造了將太陽塔與建筑造型一體化的全球第一,同時創造了用可調節帆集成風能,風機發電與建筑造型一體化的全球第一。楚人自古崇拜太陽,“圓”是楚地文物共同具備的重要元素,“圓”符號的提煉隱喻了楚文化中對太陽的憧憬。主體建筑揚帆起航的造型是新時代江城武漢的象征。方案“逐日追風”的主題寓意著太陽能的科技光環以及新能源研究院揚帆御風,領航新能源產業。