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绿色灯塔项目虽然仅仅是哥本哈根大学科学系一个学生咨询中心,但因是丹麦的第一个按照碳中和理念设计的公共建筑而享誉世界。仅靠对日光的合理的设计使用,就节约了几乎过去照明用电的38%的能量。再加上自然通风等环节,该项目通过精心的设计,使能耗降低了近75%。

绿色灯塔设计单位是丹麦克里斯坦森设计师事务所(Christensen&CoArchitects)。能源设计由丹麦最大最富盛名的科威(COWI)咨询公司负责。

设计时取名日晷  绿色灯塔项目,在进行设计招标时,克里斯坦森建筑设计事务所的设计师根据其圆柱外加倾斜顶面的造型,以及它和太阳有着密切联系的设计,给它取了一个富有文化色彩、形象、和富有东方情调的名字:日晷。后来,大家又根据其更强大、更先进的环保、节能、可持续等特征,给它改名绿色灯塔,有号召大家关注绿色,关注环保的意思。

绿色设计,最开始的本意,还是萃取的丹麦民间文化。丹麦有一种独具特色的奶酪,外表呈斑驳的绿色,内部则是奶白色。该建筑在创意之初,就想到了2009年年底在丹麦召开的世界气候变化大会,想通过自己的努力,向世界展示,凭借2009年的技术和材料,完全可以实现碳中和的设计目标。也就是说,绿色灯塔在设计之初,就是一个具有强烈展示功能的建筑。总体设计原则:一是尽量减少能耗,二是尽量使用可再生能源,三是高效使用化石能源。

而要展示建筑的各个不同的立面在接受日照、采集太阳能的即时的数据变化,最好就是做成圆柱形的。因为一天中,以至一年中,太阳的角度、高度、光照强度等等,都是在变化的,而最能及时反映这些变化的又可以作为建筑使用的实用形状,应该就是圆柱形了。

绿色灯塔设计,采用了带大中庭设计,其用意有四,一是根据其用途,刻意设计出一种开敞、通透、开放的空间,二是为参观时人多、需要集中讲解的功能考虑,三是为了采用烟囱效应自然通风,四是为了提高整个建筑内部采光的均匀度。

绿色灯塔的入口,做了嵌入式处理,目的一是将就场地的比较狭窄的空间,不使雨棚占用过多的空地空间,二是增加建筑体型上的变化。

丹麦国家建筑规范里,有一个有趣的规定:每栋公共建筑,可以拿出相当于预算1.5%的钱来做艺术装饰。绿色灯塔项目,请了丹麦国家艺术院的两名艺术家,做了一个名为仪器的艺术雕塑,这个雕塑看起来像一个探测器,其主体共由8个“手臂”组成,每个手臂上装有30面小镜子,艺术家说,每一个手臂上,会在每一年之内的两天时间里,如果阳光灿烂的话,有两面小镜子可以在中庭的地板上透出一个圆形的光环来。

绿色灯塔项目,花在采光模拟计算上的时间,较之以往的任何建筑,都要多出许多威卢克斯公司用最新开发的采光模拟分析计算软件,对光照分析计算的结果,与实测结果的最大误差不超过4.9%,平均误差,仅有2.9%。


 
首先,建筑的内部照明以自然采光为主,结合丹麦当地的光气候条件,除了在建筑的立面,安装了适量的竖窗,还在建筑的顶部,设置了一定数量的屋顶窗,这给建筑的中庭,带来了巨大的光的照度的变化。

其次,这个项目的工程师们,应用该软件,对这个建筑的每一个房间,每一个角落,分全云天、半阴天、晴天等几种情况,对全年的几个标志时间段的春分、秋分、夏至、冬至,分别进行了计算,对有眩光的部位,对采光系数小于3%的部位,和建筑师进行反复的设计和比较。

丹麦地处北欧,气候比较寒冷,建筑的良好的保温性能是建筑节能的重要环节。为此,绿色灯塔在外墙设计,门窗选择上化了大量时间。这里值得一书的是太阳热的采集和防止问题。

在夏天,如果是对于采光的窗户而言,太阳热是负面的,需要太阳的光线,却要热量隔绝在室外。而在冬天,我们在需要太阳的光线的同时,也需要太阳的热量。这样来说,使用所有时间都是一个传热系数的LOW-E玻璃,就不是一个聪明的办法了。比较好的方式是,和窗相配合,使用合适的遮光、遮热窗帘。
太阳能集热板    近300平方米的屋顶面积,除了少部分用作屋顶窗采光外,大部分就可以用来安装太阳能集热板和光伏电池了。绿色灯塔项目上的太阳能集热板,满足了建筑本身的热水需要,同时,夏天建筑本身使用剩余的来自太阳的热量,将通过管道传入地下的季节性蓄热设备,以备冬天使用。

光伏电池   绿色灯塔项目上,安装了一定数量的光伏电池,用于照明,和维持热泵的运转。

热泵   主要用来收集由太阳能集热板收集的建筑使用剩余的热量。

热敏地板  在丹麦的气候条件下,建筑内的地板,可以用作热储存器,尤其是在冬天,把白天的热量,储存在地板内,可以使得第二天工作期间,不再使用过多的热源来加热建筑。同时,地板供热,比起空气供热来,人的感觉要舒适一些。

季节性蓄热技术    这项技术的实质,是在夏天太阳能量过剩的时候,将一些热能,以一定的形式储存在地下,待到冬天能源短缺时,再行放出来使用。这个技术如果说在丹麦还不算有多大实用价值的话,那么在中国的大部分夏天有着充足日照,冬天又非常寒冷的地区,则有着巨大的价值。

探头 能源中控系统和能耗记录系统    在绿色灯塔项目上,约以100平方米为单位,分为9个区域,有光感、温感、风感、二氧化碳等若干个探头,对这些区域进行监控,一旦发现有需要,比方说光照不够,温度不够,空气质量不好,这些探头就会把信息发到中央处理的电脑上,该电脑再根据室外的气候情况,通过自控系统,采取开窗、启闭窗帘、启闭电灯等措施,使用最佳策略,来改善室内气候。同时,能源的使用记录系统,还将随时记录各个区域的供热、热水、通风、照明等项的耗能情况,以供分析和研究。

能源数据  绿色灯塔项目供热消耗指标初步估计为22千瓦时/平米/年。按预计方案,•35%为可再生能源太阳能,来自于屋顶上的太阳能电池。•65%为热泵驱动的区域热能,由储存在地下的太阳能热能供给,对生态环境不会造成威胁。•热泵可将区域热能利用效率提高约30%。(按目前汇率计算,该项目每年的区域供热成本为1900欧元左右。)

绿色灯塔的屋顶上45平米的太阳能电池是建筑物主要能量来源,可满足照明、通风和热力泵动力需求。

能源设计是整个丹麦进行的首次崭新尝试,是一次具有真正意义的试验。从长远来看,此方案可被推行至欧洲大部分地区的办公楼和厂房建设项目,并将成为未来二氧化碳零排放问题的创新解决方案而得到更广泛的应用。这一方案设计仍在不断完善之中。

采访者的话给我们留下了深刻的印象:“如果我们仅使用2009年的技术和材料,就能达到2020年的设计预想要求,那这其实就是一个佐证,说明只要引起重视,只要精心设计,精心施工,人们是能够在很大程度上减少化石能源的使用增加可再生能源的利用的。”

 

 

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