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孟慶林:超高層建筑節能設計亟待重視

來源:筑能網發布時間:2014-05-20 10:28:09
  超高層建筑在城市節地、提升城市形象、拉動社會投資、擴大旅游和商貿活動等方面有其獨特作用,也遠非普通建筑可以比擬,因此近年來我國經濟實力雄厚的地區竣工、在建和擬建的超高層建筑如雨后春筍,鋼結構技術的發展更是助長了建筑超高層化態勢,高度超過100米的建筑從1990年代中期的不足200棟一躍發展到目前的近900棟。
  據中國建筑科學研究院的不完全統計,在1996年底,全國超高層建筑物中高度在200米以上的只有8棟,而到1998年底,全國200米以上的建筑增加到了20棟,最高達420米,其中高度超過300米以上的有深圳地王大廈(325米,世界高樓第十一位)、廣州中信廣場(322米,世界高樓第十二位)和上海金茂大廈(420.5米,世界高樓第三位)。從目前在建的如廣州珠江新城西塔工程(塔身高度432米)、上海環球金融中心工程(建筑主體高度達492米)、廣州新電視塔工程(塔身高度454米,總高度610米)等一批工程項目來看,超高層建筑的高度增長還會伴隨著結構工程技術的不斷進步而不會休止。
  但目前國內針對超高層建筑工程所探討的關鍵技術問題多是結構的安全,而對于所面臨的建筑節能問題研究和技術投入不夠。在2005年《公共建筑節能設計標準》頒布之前,包括超高層建筑在內的公共建筑,基本沒有開展工程建筑節能的設計和審查,標準頒布之后,盡管一些地區對照建筑節能標準約束了工程設計,但還存在諸如建筑節能模擬優化設計技術障礙、現行建筑節能設計標準約束不及、工程設計依據的節能目標短視等一些關鍵問題沒有得到很好解決。
  首先,超高層建筑的建筑節能優化設計技術看,建筑的高度變化導致相關參數的變異,進而影響建筑能耗的變化是一個不爭的事實,高度超過100米以上除太陽輻射可以認為基本不變以外,其它的氣象參數都會發生很大的變化。通常根據氣象觀測資料構建的典型氣象年數據中,地面風速是取自地面高度10米處,如地面風速為2米/秒時,則在100米的高空風速會依據指數規律提高到3米/秒,若高達400~500米時風速可達到5米/秒以上,溫度隨高度的變化也會有明顯的降低,通常會有每百米高度的溫度下降0.6~1.0℃,僅這個變化足可以相當于把建筑物移動了一個2級氣候區。而依據國內建筑節能的設計能力來看,大多數設計單位所掌握的用以優化建筑圍護結構的建筑能耗模擬軟件,都不能反映氣象參數沿高度的變化規律,也不能夠反映建筑圍護結構沿高度變化的表面熱交換能力的差別,這就勢必無法準確地計算建筑物的能量消耗,更無從談及科學合理地設計建筑物制冷、空調、配電等一系列設備系統。
  其次,建筑節能設計標準所能約束的節能技術還不能夠完全適用于超高層建筑,在現行建筑節能設計標準中涉及到遮陽、通風等技術的規定,對超高層建筑無法適用,標準規定的建筑能耗的權衡判斷方法也是基于建筑物全樓整體建模的一種評價方法,而受目前能耗模擬工具的計算能力所限,超高層建筑中的計算對象(如房間數量)規模遠遠超出了軟件的計算能力。從根本上說,超高層建筑的節能設計問題,實質是一個在技術上超出了現行國家標準《公共建筑節能設計標準》所能控制的新技術問題,如果草率地執行現行標準,則工程設計的技術依據顯然不足。
  再次,超高層建筑的節能設計僅僅局限于當前建筑節能50%的目標,不符合國家長遠發展要求。應根據當地的技術經濟能力,結合國家建筑節能中長期發展規劃確定出工程的實際節能能目標(即節能率),只有以此為前提做出的節能設計才能體現行業進步,否則,如此重大工程,在投入使用后的不遠將來,必然會面臨國家節能規劃目標的提高而鋃鐺淪為不節能建筑。
  目前我國超高層建筑的節能問題,已引起了國內外建筑節能界的密切關注,就上述問題而言,僅憑國內建筑設計單位的設計能力也不可能完全解決好,國內的研究力量和設計力量聯合攻堅的局面尚未形成,還缺乏政府的政策引導,于是就有大量的外國咨詢公司介入國內的重大項目的節能咨詢,由于對中國建筑節能標準把握不夠,且不了解地區性的氣候資源、技術能力、經濟水平等,屢屢導致圍護結構選型上出現了不切實際的不合國情的錯誤設計,如在我國南方地區超高層建筑設計時片面推介歐、美等高緯度寒冷地區所流行的雙層通風玻璃幕墻系統、外墻外保溫系統、智能化內遮陽系統等,如果對此不進行建筑節能的專項技術論證,照搬國外技術必然要存在大量建成后的隱患,那么工程完工之時也就是它們面臨節能改造之日,這將在國內乃至國際上對國家的建設形象造成極壞的長期性影響。
  目前,國內的超高層建筑工程的節能設計問題,已經受到了中國建筑業協會建筑節能專業委員會、中國建筑學會建筑物理分會建筑熱工與建筑節能專業委員會等組織和國內外節能專家的廣泛關注,在2004年10月召開的第九屆全國建筑物理學術會議上,國內建筑物理的專家對目前國內建筑界片面追求地標性,忽視節能環保的傾向表示了擔憂。人們不想看到在技術上超規范的特大型超高層建設項目在我國建成后產生不堪設想的后果。在國家尚未頒布相關法規之前應當及時地針對工程個案采取切實可行的措施把好超高層建筑的節能設計關和審查關。為此建議:1、由當地建設主管部門牽頭組織相關力量對超大體量和超高層建設項目,進行初步設計前的節能專項論證,糾正錯誤,明確和落實施工圖節能設計的節能目標和正確的設計方向。在建筑初步設計和施工圖設計階段進行專項節能審查,并進行重、特大項目的建筑節能設計審查特別備案;2、對超大體量和超高層建設項目所涉及到的節能關鍵技術,如超高層建筑(在超過100米高空的氣象條件下)基于能耗動態模擬的圍護結構節能優化選型等一些針對性強的關鍵技術,應由建設主管部門設立專項課題招標研究。
  建筑節能是國家發展的基本國策之一,超高層建筑又是標志性極強的建筑,抓好超高層建筑的節能設計,將會帶動國家和地方的建筑節能事業,促進全社會建筑節能的技術進步。

關鍵詞:孟慶林 超高建筑 建筑設計 節能

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