作者: 高彦 | 2017-02-14 13:43

可持续性建筑：日本清水建设公司大厦的探索

可持续性建筑(Sustainable Construction)至今尚无精确的定义，一般来说，可表述为：建筑业的各项活动(包括各类建筑物和环境设施的地址选择、规划设计、建造、运营和拆除，以及所用建筑材料、构件和部件的生产、运输和安装等)既要考虑当前的需要，又要考虑未来的需要，不以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的利益，也不以牺牲当代其他地方人的利益为代价来满足本地人的利益，既要达到发展经济和改善人民生活的目的，又要对环境造成的负面影响最小。

坐落在日本东京都中央区的清水建设公司总部大厦以节能低碳和BCP(业务连续性)为理念，为了创造环境性办公楼，在设计时提出了以削减二氧化碳排放50%(与东京的写字楼平均值相比较)为目标，通过使用多种新技术，建成后当年实际达到了减少62%的二氧化碳排放，获得了LEED金级认证以及CASBEE(日本建筑物综合环境性能评价体系)S级认证9.7分的历史最高得分。由于这个项目对环境的突出贡献，清水建设公司总部大厦先后荣获了日本建筑环境节能机构颁发的第6届可持续性建筑大奖(国土交通大臣奖)、2013年日本建筑学会作品选奖、第26届日经新办公室奖(环境奖)、第53届日本空调卫生工程学会技术奖等顶级荣誉。

清水建设公司总部大厦占地面积约3,000平方米、总建筑面积51,355平方米、地下3层、地上22层、高度106米(图1)。为了实现节能减排目标，除了使用比较成熟的屋顶绿化、墙面绿化、变风量控制、外气空调控制、大温差供水、变流量控制、中水利用、节水型洁具、高效率变压器等既有技术外，还采用了混合外墙系统、辐射空调系统、利用自然光的桌面-周围环境照明系统、微电网(microgrid)、节能运转系统等新技术。

图1 清水建设总部大厦

辐射空调系统

这个项目的空调系统采用了辐射空调方式，并且可以对温度、湿度、气流进行分别控制，创造出舒适性与节能性共存的办公环境(图2)。

图2 空调系统概要

关于温度方面，是通过天花辐射板对室内湿热进行处理。湿度是通过独立的除湿机进行控制。辐射空调系统是通过向天花板内部设置的管道中流放水冷却或加热天花板进行室温调节的系统。辐射空调技术由于节能舒适(室内上下温度差比较小、没有气流的不快感、安静)而广受关注(图3)。

图3 辐射空调的特点

窗边附近的天花板使用了独特设计的混合型辐射板，在开冷气时可以促进自然对流、实现了辐射与对流相结合的混合型空调功能，同时也可以有效地应对夏季时窗边的热负荷(图4)。

图4 混合型辐射板(辐射+对流)

日本气候的特点是夏季高温多湿，因此夏季时窗边的热负荷对应以及防止辐射板结露是重点问题。辐射空调与普通的空调不同之处在于，辐射空调在开冷气时天花板的温度低于室内温度容易发生结露现象，因此就需要对湿度进行调整。同时除湿也是节能上的一个重要问题。该项目使用的除湿机与普通使用冷水把空气温度冷却到结露点之下进行除湿的方式不同，而是采用高分子吸收剂在吸进外气时进行除湿，除湿转盘里存留水分，通过对排热温水进行加热再生把水分排到大气中去，由此节能方面也很出色。

办公区的空调为了满足每个人对温度的不同需求，地板上设计了个人空调出风口，可以根据个人需要调节风量(图5、图6)。

图5 个人空调出风口效果示意图

图6 个人空调出风口

该项目的空调系统还有一个特点，就是空调系统的冷温水管主管道与消防的喷淋系统的管道是兼用的。通过这项措施可以削减50%的管道重量，具体说是每层可以减少3吨，全楼总共削减了50吨。如果换算成二氧化碳排放的话则是相当于150吨排放量，这对减轻建造环节对环境的负担做出了不小贡献。此外，管道兼用也提高了喷淋系统的可靠性。因为空调的使用频率远远高于喷淋系统，如果在平时使用空调时发现问题就很容易发现管道的供水是否有问题。

混合型外墙

高层写字楼的辐射空调系统需要控制外界传入的辐射热量、降低内部热负荷。该项目使用的混合型外墙可以降低50%的周边负荷。此外墙主要有几个功能，即抗震板、low-e玻璃(又称低辐射玻璃，具有优异的隔热效果和良好的透光性)、太阳光发电板，此外还有水平方向与垂直方向的窗沿遮阳的功能(图7、图8、图9)。

图7 外墙功能模块示意

图8 外墙实景(窗户的进深可以遮挡一部分光线直射、降低空调负荷)

图9 外墙功能示意

安装在窗户面的太阳能发电板有两种。一种是发电效率较高的多晶硅电池板，因为通透性不好而安装在公共部分。另外一种是通透性较好的薄膜型电池板，安装在办公区。两种太阳能发电板共计2,000平方米，设计年发电量为84,000kWh，大体相当于办公室昼间LED照明的年用电量。太阳能发电与蓄电池组合，配合商业供电形成微电网系统，通过智能管理系统实时监控太阳能发电量与建筑的用电负荷，并控制蓄电池的放电与充电，提供稳定的电力供给，削减商业高峰用电，同时还可以在灾害时进行应急供电，可谓是一举两得。

外墙的预制板还有一个功能就是作为结构件的一部分，与大厦中央的核心墙相配合营造出没有柱子的室内大空间(图10)。这为空间的有效利用提供了条件，经测算比有柱子的空间利用效率提高了12%以上。

图10 室内无柱空间

外墙材料使用了高强度高耐火的AFR(Advanced Fire Resistant)混凝土，具有非常强的抗收缩与抗爆裂性能，既提高了外墙的安全性也提高了建筑的使用寿命。

利用自然光的照明系统

该项目的照明系统在桌面-周边环境照明系统基础之上还充分利用自然光(图11、图12)，为节电提供了技术保障。这套照明系统以从窗户照射进来的自然光、办公桌上的台灯与天花板上的日光灯为组合，根据所在位置的自然光线强度，通过传感器控制照明的照度，达到节能的效果。

图11 照明系统示意图

图12 办公室照明效果实景

还有一点是窗前的百叶窗有自动调光功能，可以根据太阳光线的角度自动调整角度把阳光反射到室内的天花板上。不过在炎热的夏天，从整体节能上考虑，在日照强烈的时候会自动关闭百叶窗以减轻空调负荷，而在多云的时候打开百叶窗让自然光照射进来。

参考文献：

[1](日)竹内真幸.清水建设新总部大厦环境技术与LEED认证取得.日本：空气调和卫生工学会近幾支部

[2](日)高桥满博.清水建设新总部——以零碳排放为目标.日本：热泵与应用杂志，2012.9

[3](日)川岛实.清水建设总部大厦.日本：建筑设备士杂志，2015.5

[4]日本清水建设公司官网

[5]日本建筑环境节能机构官网

[6]日经BP社The Work Style Studio官网

(本文图片来源于清水建设公司、日经BP社The Work Style Studio官网。作者为北京易泊安科技有限公司副总经理，日本设施管理协会注册设施经理。)

(原载于《现代物业·新业主》2017年1期/总380期)