生态建筑实例探究

孙淼李圣震

中图分类号：TU2 文献标识码： A 文章编号：

摘要：在全球可持续发展的背景下，大型公共建筑的绿色设计应该是将建筑与技术有机融合的过程。在即将建造的上海自然博物馆的设计过程中，绿色节能技术的选择及应用一直是重点考虑的内容。本文对其绿色建筑技术的应用进行了简要的说明，并对新馆中所运用的建筑技术进行了详实的论述，以期对我国所开展的相当多的生态建筑的绿色设计提供指导。

关键词：上海自然博物馆新馆、10大生态节能技术体系技术

Abstract: In the context of global sustainable development, green design of large public buildings is the organic integration of architecture and technology. In the design process of the upcoming construction of the Shanghai Museum of Natural History, the selection and application of green technology has been a key consideration content.This green building technology, a brief description, and the new Museum of the use of construction techniques for the detailed exposition of China carried out a considerable number of eco-building green design to provide guidance.

Keywords: Shanghai Museum of Natural History Museum, the concept of integrated design, 10 large eco-energy saving technology system technology

一、引言

上海市自然博物馆诞生于全球可持续发展和环境保护的大背景下，以“科学发展观”为指导思想，正确认识和定位上海自然博物馆新馆的建筑功能，努力将其设计成为可持续性发展的现代化博物馆。

它犹如一只城市的绿螺，师法自然而生，回馈自然而存。艺术与技术、索求与回馈经由绿色体系的合理构筑，达致平衡与和谐的统一，体现了21世纪公共博览类建筑新的发展几向。

二、上海自然博物馆新馆工程概况

2.1 总体介绍

自然博物馆坐落于上海市静安区56, 57, 58街坊，静安雕塑公园中，具有极佳的外部环境条件。公园四周被山海关路、石门二路、北京西路、成都北路围合，博物馆从公园中盘旋而升。其建设规模、展品存量和展示手段都位居国内三大自然博物馆之列，建成后，将成为上海市中心唯一的处于公园之中的市级博物馆，预计每年参观者将超过120万人。

2.2 建筑规模及功能组成

建筑基地面积12029㎡，地下用地范围16294㎡，总建筑面积约44800㎡，其中地上建筑面积11789 ㎡，地下建筑面积33011 ㎡。建筑总高度18m，地上三层，地下二层。包括以下几大功能分区：展示区域及公共服务配套、行政管理办公区域、周转库房、设备用房及其他配套用房、地下停车库等。

2.3设计定位

除在建筑造型上与自然协调外，新馆从设计伊始就树立了“生态、节能、减废、健康”的绿色目标，即力争使其从形式到内质都体现出“生于自然，融于自然，还于自然”的绿色精神。具体设计目标定位如下:

·国家“绿色建筑评价标识”三星级

·美国绿色建筑协会“能源与环境设计先锋奖LEED”金奖

·国家新能源利用示范工程

三、绿色建筑技术的应用——10大生态节能技术体系

自然博物馆的主题为“分析自然的奥秘、展现自然与人的和谐与矛盾、激发人类对自然的好奇心与责任感”，这一建筑项目将不仅仅通过展品和其他科普活动发挥教育作用，更致力于在自身场馆建设上集成与博物馆建筑特点相适应的生态节能技术，成为人与自然和谐相处的典范，成为绿色、生态、节能、智能建筑的典范。

项目将通过十二大生态节能技术体系实现上述目标：

3.1 绿化隔热外墙及绿化屋面一体化技术

依据各类墙面、屋面绿化的特征及上海自然博物馆项目的要求，东立面设置整片绿化外墙，同时在屋顶运用拓展型绿化方式。该屋顶绿化是一个包括植被层、基质层、隔离过滤层、排水蓄水层、隔根层、分离滑动层和防水层的立体构造，可作为建筑室内空间的热量缓冲，减少取暖和空调的费用。外墙与屋顶绿化为低养护、免灌溉型，养护便利。每平方米的绿化每年可去除约0.2 kg的空气悬浮颗粒，能有效地改善空气质量、减少水土流失率。

3.2 建筑节能幕墙技术

外围护体系采用节能玻璃幕墙及石材幕墙，入口处的索网玻璃幕墙与宽大的挑檐匹配，强化入口标志性的同时，起到了很好的遮阳效果；南面“U”形玻璃幕墙——“细胞墙”构件则是装饰与遮阳的完美结合。并充分结合各种形式的外遮阳体系，从而将能耗最大的建筑表皮转换成能量生产的表面和内部空间的能量调节装置。

3.3 空调热回收技术

热回收空调是把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水。热回收技术主要有两个特点，其一是废热利用，获得免费热水，其二是提高原机组工作效率、延长机组寿命。

本工程的热回收主要用于两个部分，即地源热泵主机的热回收以及预热生活热水和空调排风的热回收。

3.4 地源热泵技术

地源热泵技术是一种利用地球表面浅层的地热能资源进行供热、制冷的高效、节能、环保的系统。博物馆地源热泵系统利用无污染、无排烟、无废弃物的可再生能源——地热作为主要冷热源，新馆大面积采用地源热泵作为整个空调系统的组成部分，是建立在专业机构的详细研究及针对该技术所做的模拟计算基础之上的。以《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)为对比基准，本项目的地源热泵每年可节省17.7 t标准煤，年减排CO₂约195.5 t，年运行费用可节省22.3万元，动态回收期11.98年。由此可见，采用该系统在经济上是合理的，符合目前国家的节能减排政策。建成后系统冬季制热可满足总负荷需求，夏季制冷可满足总负荷60%的需求[[1] 方慧亭,李莉．地源热泵在上海自然博物馆中的应用[J] ．建设科技, 2006, (1):79-81][1]。

3.5 自然通风技术

自然通风是一种借由风压、热压从而利用自然能的通风技术。自然通风可为室内提供良好的空气品质，在合理运用的情况下，具有巨大的节能潜力。自然博物馆高度仅18 m，故主要考虑以风压作为通风驱动力。项目利用CFD软件，根据典型气象年过渡季节的外界风速及风向条件，分别对春、秋季的建筑外场进行通风数值模拟，进而指导设计，利用室外气候、室内热源。其基本工作原理是:在室外条件允许自然通风的情况下，机械通风系统关闭；当室外环境温度升高或降低至某一限度时，自然通风系统关闭而机械通风系统开启。CFD软件还将这些通风策略输入到建筑智能化系统，借助一系列的感应器，来监视室内外的环境状况，控制立面窗户、天窗和机械通风系统的运行。这一系统比传统通风系统节能25%；减少污染物的排放及制冷剂的使用，缓解全球的污染问题；改善室内空气质量和热舒适条件。

3.6 自然导光技术

传统的自然博物馆是一个黑暗的王国，观众从一个黑暗的展厅漫步到另外一个黑暗的展斤，寻找恐龙标本以及它们的复原像。然而在新的上海自然博物馆里，自然光照亮了大部分的空间。南侧下沉的庭院将自然光引入到建筑地下部分，利用太阳光光纤导入照明系统为地下展厅活体生物展示提供自然光。地上展示空间及办公空间则采用反光板、散光板、集光导光设备来改善室内采光。

3.7 雨水回收技术

城市雨水的利用包括以下五方面:节水、水资源涵养与保护、减少水污染、雨洪调节以及减少城市洪涝灾害。水资源优化技术措施围绕4个方面展开：雨水回收、雨水下渗、节水景观、节水设备，其中重点是雨水回收系统的设计。 博物馆屋面面积约4 000㎡，中央水池面积约2 000㎡，年收集的可用雨水量约2 600m³。屋顶雨水通过绿色屋顶和雨水过滤器进行预处理，由屋顶上的小型蓄水箱收集，用于博物馆绿色屋顶和西面绿化墙的灌溉。屋顶多余的雨水由集水沟收集后，输送到雨水过滤器进行处理，然后储存在地下的蓄水罐中。其中大部分雨水会被泵输送到椭圆形水池中，补充蒸发所损失的水。多余的水则被用于广场的灌溉以及博物馆道路的清洗。理论上这套雨水系统可提供100%的景观和浇灌用水。

3.8 绿色照明技术

本工程充分利用自然采光，采用节能灯具降低人工照明区域的能耗，同时结合控制系统，综合设计人工照明和自然照明，以取得能耗和舒适度之间的合理平衡。

3.9 太阳能利用技术体系

项目结合建筑天窗采光，实现太阳能光伏发电。自然博物馆的太阳能光伏发电技术方案将特别关注以下两方面：一是太阳能与建筑一体化，高效太阳能光伏发电系统技术的选用以及其与博物馆建筑的外观、结构、管线和智能化体系设计的有效结合。二是太阳能光伏发电系统展示，结合自然博物馆展馆布展，将太阳能光伏发电系统部分内容向公众展示。

3.10 全寿命周期综合评价体系

通过对上海自然博物馆的全生命环境影响分析，可以得出如下结论：

⑴通过合理选择建筑材料，上海自然博物馆有效地降低了材料在其寿命周期内对环境的污染。

⑵通过节能设计，建成后的上海自然博物馆在50年寿命使用周期内，将减少二氧化碳排放92050t,减少二氧化硫排放2800t，减少含氮废气1400t。

⑶通过节水设计，建成后的上海自然博物馆将在全寿命周期内做到零排放。

⑷通过垃圾管理，建成后的上海自然博物馆生活垃圾无害化将达到100%。

根据对上海自然博物馆绿色建筑全寿命周期成本的分析(全寿命周期成本收益=直接收益+间接收益-初始增量成本-运营增量成本)，在自然博物馆50年的设计寿命内，设计采用的生态节能方案的收益是2 733万元人民币，证明这些技术在经济上是切实可行的[[2] 李岩松．可持续发展，建筑先行——上海自然博物馆新馆建设探索[J] ．中外建筑, 2010, (5):115-116][2]。

四、结语

上海自然博物馆从总体布局、建筑形态到内部空间，无一不渗透着源自自然的灵感。建筑从公园中生长而出，其形态涵盖岩石、植物、细胞生态等自然意象，其空间孕育着光、风以及人工智能等体验，很好地体现了人和自然的和谐，建成后将成为一座国内领先同时具有世界水平的现代化综合性自然博物馆，并以其对可持续设计概念的坚持而成为绿色建筑的典范。

参考文献

[1] 方慧亭,李莉．地源热泵在上海自然博物馆中的应用[J] ．建设科技, 2006, (1):79-81

[2] 李岩松．可持续发展，建筑先行——上海自然博物馆新馆建设探索[J] ．中外建筑, 2010, (5):115-1161] 方慧亭,李莉．地源热泵在上海自然博物馆中的应用[J] ．建设科技, 2006, (1):79-81