北美“绿色”标准白金奖：加拿大滑铁卢地区医疗救护车中心带给我们启示 ·汪任平· 从20世纪80年代中期到90年代末，建筑界常常在讨论：“什么是可持续发展的建筑设计？”而2000年伊始，一个更特定的问题被提出：即“一栋建筑到底有多‘绿’？”在市场培育中，以免对绿色建筑的虚假声称，确立一个可靠的评判准则是有必要的。美国LEED（LeadershipinEnergyandEnvironmentalDesign）的绿色建筑评价体系就是这样的一个工具，它为建筑实践提供了一套设计导则和量化评定的标准。“什么是绿色的设计？”LEED的回答是：在设计中有效地减少环境和住户的负面影响。内容广泛地涉及到五个方面：可持续的场地规划；保护和节约水资源；高效的能源利用和可更新能源的利用；材料和资源问题；室内环境质量。随着对绿色建筑理论研究的逐渐完善，实践也正一步一步地迈向市场。在这个阶段中，考察现有的先进绿色建筑实例，将有助于国内绿色建筑的实践。所谓“它山之石，可以攻玉”。 “白金”诞生之前 滑铁卢地区医疗救护车中心（EMS）位于加拿大剑桥小镇西北部的一条郊区公路上。这是一个貌似平常的小工程，但其突出的绿色设计特征，仍吸引着众多专业人士的关注。设计顾问单位的成员，协力把它建成一个加拿大可持续建筑的先进案例。 从这个工程酝酿之初，它就被定位为一栋实验型示范建筑。地方政府希望通过实际工程来检验各种现街上的绿色节能技术，以期疏解该地区能源供应的压力。在预设计阶段，业主和设计顾问组确定了合理的工程规模。通过多方案比较，建筑师提出一个高效的功能和空间安排。过大的规模和无用的空间是对资源的最大浪费，空间规模的合理性无疑是建造一栋绿色建筑首要考虑的问题。进而，双方先后举行了五次献策攻关会，探讨各种可行上的技术方案。 这栋建筑包括三个主要部分，即行政办公、救护车车库和操作空间。建筑的功能已简洁明确。总体平面由两个垂直相交的矩形体组成，一为行政办公，另一个为工作人员操作和车辆存放之用。行政部分包括办公室、培训室、休息室、更衣室、浴室、午餐室和厨房。从建筑的造型和立面，我们看不到意想中绿色建筑常有的特征。该项目的建筑师GregSather以为：绿色建筑并非绿色“风格”的建筑，大可不必炫耀其“绿色”特征，而应把关注环境和生态的理念运用到建筑和工程设计的每个阶段。文中将借鉴LEED绿色建筑评估体系的五个栏目，详细地检验该建筑的可持续设计。
上图：看看绿色建筑有什么特别之处 可持续的环境设计 新建筑建于原急救中心的用地上，充分利用现有的市政设施。基地靠近该地区的主要高速公路，使救护车辆可以顺利地到达各个地区。急救中心位于市郊，有一条不算频繁的公交线路。设计者特意增加了自行车停放点和淋浴设施，鼓励工作人员骑自行车上班，从而减少私家车废气排放对大气造成的污染。 在外部环境设计上，建筑师和景观设计师使外墙饰面与周围建筑协调，并利用景观设计减少热岛效应和光污染。建筑采用了高反射率的浅色屋面材料，减少建筑的获热，亦有助于减少城市的热岛效应。尽可能地减少建设占地面积（包括建筑物、停车场和道路），保证绿地面积。绿地不仅带给人们愉悦的视觉景观，亦可作为建筑物的气候缓冲层，又有助于减少城市热岛效应。急救中心的室外照明装置采用低截断角度照射，保证行人行车的照度的同时，减少城市天空的光污染。步行道灯具为76W，灯柱高4．6m；停车场灯具为400W，灯柱高9．1m。 工程建造期间，采用淤泥栅栏来防止由于地表径流和风化引起的土壤流失。以沉淀物沉积坑来控制沉积物，减少对场地水和空气质量的负面影响，这也是美国绿色建筑评价系统对可持续场地建设的得分的前提条件。原来的建设基地是一个垃圾填埋场，其有机土壤产生的甲烷气体虽然是有限的，却有可能引发爆炸，场地安装了甲烷收集设备用来截止气体渗入建筑室内。 水资源利用 雨水管理 急救中心原有场地的雨水排放管理设施早建于1990年。现在，设计小组的任务是：估算项目建设前和建成后的场地雨水峰值排放量，根据流量的变化，制定新的雨水管理系统。在设计前期，设计人员根据硬质场地在建设前后面积的变化，以模型估计雨水在高峰期流失量的增量。这个增量成为制定新的雨水管理制度的基础。 新的场地雨水管理制度的主要目标：一是有效地排走增加流量，二是在雨水流入市政排污系统时，提供合适的质量处理对策。设计小组采用的设计策略包括屋顶雨水的收信塔和生物滞留池。由于屋顶的降水量全被收入了收集塔，即使建设后场地的屋顶面积大幅度增加，总体的排水量也不会有太大净增长。根据滑铁卢地区的降水量估计（75．6mm），中心每月可有130m3的清洁雨水可供利用。路面和停车场的地表径流，沿着场地坡向，首先缓慢流经绿化过滤带，再导入市政排水系统。这个方案使雨水充分渗入地下，在补充了城市地下水同时，减少了雨水的排放量。景观工程师为生物滞留池精心选择了具有净化能力的植物品种。植物和土壤充分吸附和转化了雨水携来的油污、冰盐、金属元素和除草剂等。 节水措施 急救中心屋顶收集的雨水用于景观灌溉和卫生洁具的冲洗，大幅度减少了饮用水的消耗。场地中不安装永久浇灌系统，因为景观建筑师采用了耐旱的地方草皮和野花，进一步减少景观用水。具有低维护性能的景观植被也有利于降低今后的维护费用。建筑内部的节水归功于无水小便器和双档位冲水便器的使用。这几项措施大大地节省了饮用水的用量。景观节水高达91％，室内节水达23％。滑铁卢地区政府正在推行节水计划，给予安装节水洁具的个人和单位经济上的补助。 能源与大气环境 理论上，有效的建筑和工程设计可以节省高达80％的能耗。实际工程中，50％的节能效应已是蔚为可观。以加拿大国家能源规范为基准，LEED要求可持续的建筑必须达到本地的最低节能标准。该项目设计人员应用计算机软件预计、记录、分析建筑及设备的达标情况。把该项目的能耗预算与MNECB基准模型及本地的实践相比较，相关的数据作过统计。设计小组的重要节能策略包括：被动式设计减少冷热负荷，高保温绝热值的“外壳”，高效能的采暖、空调、通风和照明系统，空气热回收系统和太阳能光电板等。 主、被动节能结合是EMS建筑的一项重要措施。在建筑的总体设计中，设计者将新救护中心的平行置于最靠近的一栋建筑旁，即北偏东12．5度。建筑师根据当地的纬度和太阳轨迹在一年中的变化，为新建筑与周围建筑建立了巧妙位置关系。在夏季时，周围的建筑阻隔了下午西向阳光，而冬季时，全天阳光却得到充分利用。屋顶的出檐既有能保护墙体，又起到遮阳的作用。根据太阳在各个季节的高度角，来确定出檐的宽度与南窗的尺寸。合适的窗檐比例关系可以最大限度地获取冬天温暖的阳光，遮挡住夏天炙热的阳光，籍此减轻室内的空调负荷。 国内办公楼的主要弊病是新风量不足。然而加大通风量势必要消耗更多的能量。特别是在需要供热供冷的季节中，通风系统是能量损耗的一大缺口。空气热回收系统是解决这个问题的有效“工具”。它利用废气的热量来预热新鲜空气。车库中安装的平台型热回收系统可以回收70％的热能，行政办公区的热涵轮型可以回收高达80％的热量和50％的温度。置位通风系统的进风口靠近地面，而出风口靠近屋面。当空气受热上升时，通过顶棚的出风口排出。传统的送风方式正好相反，风机能耗也大。此外，热辐射地板系统配合置位通风进一步优化室内气流组织。照明灯具采用了具有高效能和普遍可得的T5荧光灯。它使该项目的光照能耗密度减为7．3W／m2,而北美的标准值为11．3W。在不影响照度的情况下比基准值低了35％。 EMS建筑的南向屋面安装了20kW的太阳能光电池板，可以节省建筑56％的电能消耗。富余电量传输到整个急救中心的电网中，不需要昂贵的储蓄电池板。该项目采用了与其一路相隔的ATS公司研发的光电板。这种新型光电板以硅粒为原料，比常规光电板成本低，却更轻薄，灵活。通过建立计算机模型，Enermodal工程顾问公司预计：与MNECB的基准模型相比较，该建筑将节省58％的能耗。 该项目的暖通空调系统选用不含任何氟氯氢CFC的制冷剂。在地球大气层中，一个CFC分子可以帮助摧毁100000个臭氧分子。50％的CFC产品用于建筑的空调制冷系统，灭火系统和保温材料中。
上图：这座绿色建筑设计时甚至计算过太阳轨迹，充分利用自然资源 材料和资源 建筑材料在开采、加工生产和运输中消耗大量的能量和资源。为减少建筑物的内在含能，尽可能地利用已有建筑的框架和构件是最直接有效的方式。而对于新建的项目而言，就很难有利用这种优势。尽管如此，设计小组还是精心选择了各种合适的建材，以降低建筑的总含能。就地取材可以减少材料运输中的能耗和对环境的影响力。EMS建筑的大部分建材是当地生产的材料。建材中50％的原材料是在方圆500英里内开采、生产和加工。此外，顾问组尽可能地选用含有可回收物质的产品，如可回收地毯、麦秸纸板等。 为能最大限度地利用可回收建材，顾问小组制定了一个专门的建筑施工废物管理制度，并为其寻找市场销路，开辟回收品集散场地，分类收信各种可回收物质，包括钢材、木材、砌块及其他可回收物品。不可回收的废物被运到指定的填埋场。施工管理人员有责任记录所有信息，如各项可回收物质的重量、销售的金额、收购公司的情况、被填埋建材的重量、填埋地点等等。
上图：为确保室内环境可控，该建筑设计了7个层次的外墙 室内环境质量 营造健康、舒适的环境是绿色建筑的主题之一。人们有80％~90％的时间在室内度过。温度、温度、通风、照明和视野直接影响到室内的舒适度。建筑的外壳控制内外环境的热量交换，阻隔风、雨、阳光和温气的侵袭。EMS建筑的外墙由外自内分为7个层次，即防水层、外饰面层、气密层、保温层＋结构层、防潮层、内饰面层。寒冷地区防潮层设于内层以避免冷凝水。它的构造对确保室内环境系统的可控性至关重要。 通过对建筑形体的分析，我们可以体会到建筑师理解和塑造环境的独到匠心。他把无视野需求的车库置于旧建筑一侧，尽可能地避免视线的干扰。除车库外，90％的房间有朝外的视野。行政部分为南北向矩形体，上覆双坡屋顶。两个坡顶的高低错位，在建筑的中部，形成一排朝北的高窗。这样解决了大进深空间中部自然采光不足的问题。相对南向窗户而言，北向的高窗能引入更为均匀、柔和的光线。车库部分以东西为长轴，单坡覆顶。因为车库中没有视野的要求，建筑仅于墙上有一排高窗，以满足天然采光的需求。各类门窗保证75％以上的室内有昼光照明。 照明系统通过用户传感器探测人的活动，自动开关灯具。无人活动时，灯具会自动关闭。当昼光传感器探测到室内有足够的光照度时，系统自动关掉多余的灯具。而室外照明由光子传感器和时钟控制，当室外光线暗淡时，灯具自动打开；足够时，自动关闭。当然，人工控制也被整合到自动控制系统中。 自然通风和机械通风结合。用户可以通过开关窗户来调节室内通风和气温。建筑师通过剖面设计组织了良好的自然通风。低换气率是引发病态大楼综合症祸首，而提高换气率亦会导致暖通空调系统能耗的上扬。办公空间里，空间人数经常变化，比如会议室和培训室中，会有数十人云集，亦会空无一人，因此，通风量的需求也应随之改变。需求控制通风系统，通过探测行政部分空气中的CO2浓度和车库部分的CO，NOX浓度来调节通风量，避免通风量过多或不足。 办公室的工作人员大多有如此的经验：脑袋被暖气吹得晕糊糊的同时，脚却冷的发麻。设计小组在EMS建筑中安装了辐射热地板系统。这套系统通过埋入混凝土的大量水管，使热水流经地板，热量传导辐射到室内空间，大大改善了室内环境的热舒适度。救护中心有大量的淋浴设施。为改善了室内的湿环境，除湿系统的安装也是必要的。 由于化学建材的广泛采用，加上现代建筑极高的气密性，住户常易染上化学物质过敏症。它被专家预测为21世纪最大的公民症。救护中心室内尽量采用低发挥性的材料，如低发挥性密封胶、油漆、复合木产品和有绿色标志的地毯。在办公室的复印间和复印件储存柜，设置专门的通风道，把有害的空气物质直接排到室外。在施工结束后和用户入住前的两个星期，以100％的室外新风来清洗室内空间。
上图：这座绿色建筑运用了大量的集成系统调控能源 成本经济与系统的整合 绿色建筑的整个系统涉及到建筑、工程、景观、设备和成本经济各个方面。在设计前期，业主和建筑、工程顾问组开了3次多方碰头会。会议产生的每一个策略和方案，都经过周密的揣摩和权衡。再由BTYGroup估算投资成本和回收期，最后决定实施与否。 决策中，成本分析起着举足轻重的作用。BTY公司详细考察了每项策略的初安装费、年维护费、回收期和潜在的激励条件。激励条件可能是政府的奖励或退税。根据这些数据和其他特定的条件，设计小组成功地优化组合各项绿色策略，将一栋高技术含量的建筑成本维持在合理的价位内。建筑总造价和各项措施的经济成本作过统计。当然，由于每个工程的特定情况，一些设想未能得到实施。它们仍不失为好的“绿色”策略。比如：废水余热恢复系统、太阳能空气预热系统和风能发电等等。 如何设计一栋先进的绿色建筑并使维持在客户预计的成本之内？除了早期周密的成本效益估算之外，建筑师还有一些切身经验，比如，屋顶出檐兼作遮阳板，省去了额外的遮阳设施投入。采用肌理美观的结构材料和分割构件，直接暴露管道，无需油漆和吊顶，节省下来的奖金投入可能的“绿色”节能设施。 LEED的评估记分 依据美国绿色建筑的评分体系，EMS建筑在可持续的场地设计的14分中，获得了7分，主要的失分点是由于其郊区选址。在水资源利用效率一栏，获得了全部的5分。在能源和大气环境上，从17个得分中挣到11分。然而在材料和资源一项，仅从13分中获得5分。LEED（LeadershipinEnergyEfficientDesignCertification）鼓励尽可能地改造利用现存建筑，以争取资源节约的最大化。由于EMS建筑是一个新建项目，没有太多利用旧建筑结构和材料的优势。在室内环境质量上，该项目获得可观的13分，只失掉2分。在创新设计一栏，建筑师期盼能再获得4分。总计之，该项目得分45分。LEED的满分为69分。26~32分为LEED认证；33~38分为LEED银质认证；39~51为LEED金质认证；52~69为LEED白金认证。因此，该项目建有望获得金质认证。 启示 把该建筑与加拿大已获LEED认证的工程及其他“绿色”建筑分别相比较：从工程成本、能源利用效应和LEED得分三项来看，该工程以相对合理的投入取得了可观的45分，在节能上也有突出的表现，可以说它的整体绿色技术策略是成功的。 当然，实例研究的目的不仅仅是资料的搜集和技术的罗列，更重要的是了解这些技术策略是如何产生和筛选实施的。正是顾问小组前期的深入思考和分析比较，保证了项目的成功。其中任何一项技术的实施都是基于具体情况下的对策。 比如在讨论室外场地采用何种材料问题上，尽管建筑师和客户青睐多孔地砖的环境友好性、耐久性和美观性，但由于这种多孔砖对铲雪带来的诸多不便，而最终采用了沥青地面。而在我国气候温和地区，多孔地砖仍有较好的普适性。由于该项目作为地区的示范工程的特殊性，在能源利用上，尽管PV板的价格依然不菲，滑铁卢地区政府仍希望藉此获得更多实践经验。当其价格大幅下降时，他们期望能在该地区广泛推行。太阳能热水器计划夭折的原因是由于该地区的优廉天然气供应。就国内的广大地区，太阳能热水器仍是适用的清洁能源技术。又如，由于该单层建筑的南向墙面积较小，使得太阳能空气预热墙的投资效应不佳。对于国内大量的多层建筑而言，仍不失为可取之策。 在自然的生物链中，没有废物的概念。任何一种生物产生的废物就是下级生物的食物，废物也是食物。而我们的社会中，牺牲大量的资源和能量生产出来的高含能的产品，没被使用多久就倒入垃圾填埋场。在国内，绝大部分工程项目为新建筑。新建筑如何可持续地利用建材和资源？EMS的设计小组尽量地选用地方材料和选用含有可回收物质的材料，制定专门的施工废物管理。这些措施具有一定的借鉴意义。 建设场地的雨水管理制度已在加拿大推行了20年。每项建设所增加的雨水流失量都必须得到控制和补偿。在一个淡水资源如此丰富的国家里，水资源保护仍受到高度的重视。反观国内的情况：华北平原，相比中地下水的抽用量和雨水的补偿量，每年的淡水资源差值达50km3。上海，过量地抽用地下水使城市每年下沉1．5cm。据建设部资料：我国每年的建设量高达2亿m2,其中，有多少建筑项目考虑到雨水资源的保存？ 总言之，国内绿色建筑的发展仍任重道远，实践要靠一步一个脚印向前。 [此贴子已经被作者于2007-3-21 20:49:33编辑过] |
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