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德国HPP建筑事务所 · 2022-09-07 17:34:23
目前,地球上共有1628亿平方米的建筑物,这些建筑的建造、维护以及拆除过程产生的二氧化碳占据了全球排放量的40%,接近60%的化石资源被用作建筑材料(来源:IEA、Global ABC、Navigant Research)。为了减少建筑业发展对环境造成的负面影响,我们需要从可持续发展的角度重新思考建筑以及其设计过程。
HPP始终将可持续发展作为项目规划与设计过程中的基础策略,我们会通过五个方面对项目进行综合考量:可再生能源与现有能源系统的结合、较低的建筑运营成本、建筑使用的灵活性、可再生材料的选择(例如“从摇篮到摇篮®”)和高质量的建筑细节设计。
01
“从摇篮到摇篮®”理念的设计探索
Cradle to Cradle®(“从摇篮到摇篮®”)的概念于2002年首次被美国生态建筑师William McDonough和德国化学家Michael Braungart共同提出。此概念认为,任何产品、包装和系统的生命周期从设计之初就不应存在废弃物,而应在一开始就考虑到未来的升级再利用,并且尽可能的延长使用生命周期。
这就要求任何产品本身或者其材料需要安全融入两个自我循环圈当中:生态自然循环与工业人工循环。生态自然循环是指可降解的生物材料从生产阶段开始的新陈代谢过程。在此过程中,生物材料经过降解产生生物养分进入到下一次循环,有效避免资源浪费,维持生态系统的平衡。同样的,工业人工循环是指有人为参与的工业产物的代谢过程。产品在使用过后经过拆解分类,各部件可进入到下一个产品的生产过程中,达到升级循环的目的。
生态自然循环(左)&工业人工循环(右)
根据“从摇篮到摇篮®”的理念,建筑物本身将被视为材料仓库,其中所有被使用的材料都会经过严格筛选,以确保其材料健康无害、单一来源以及高分离度,以便在建筑寿命结束时可以进行回收并再次进入材料循环圈之中。
生态赋能循环
●摇篮大楼
在德国杜塞尔多夫的媒体港畔,HPP与开发商INTERBODEN共同开发设计了当地第一座混合木结构办公建筑 - 摇篮大楼。在该项目中设计师将“从摇篮到摇篮®”的理念进行了充分的运用,从材料选择到立面设计再到现场施工等等一系列的手段措施均符合这一核心理念的执行标准,从而打造了这座在可持续性发展上有着杰出表现及特殊意义的标志建筑。
The Cradle 摇篮大楼
循环生态推动价值链发展
- 作为创新工坊的摇篮大楼
摇篮大楼的创新木质立面依据项目所在基地条件进行设计,其中立面外部的木质结构厚度由所在建筑面朝向决定。在建筑的南面与西面,立面结构厚度较大,可以有效地遮蔽阳光,提供室内阴影区域。而在建筑的东面与北面,立面结构厚度减少许多,以尽可能让更多自然光进入办公楼内。由于菱形的立面设计在功能上充当了遮阳系统,摇篮大楼不再需要安装额外的遮阳设备,因此无遮拦的立面也提供给使用者连续且开阔的的港口视野。
立面设计
- 拥有混合木结构的摇篮大楼
摇篮大楼的木质立面是由一块块可拆卸的组件组装构成,再加上建筑内部的木质承重结构,这就意味着在建筑寿命结束之时,摇篮大楼整体均是可以拆卸回收并且重复使用的。另外,木质建筑相比传统混凝土建筑,不仅减少了二氧化碳的排放,还有助于自主调节室内温度以及湿度,从而改善室内环境甚至是建筑使用者的健康状况。
摇篮大楼采用混合木结构
- 作为材料仓库的摇篮大楼
摇篮大楼通过BIM模型将使用的每种材料都收录在全球通用的 “材料身份证”(Material Passport)系统中。此系统里的材料都详细记录了其使用信息,例如健康等级、碳排放量、可拆解性、可分离性以及可循环性等, 以便在后续回收和重复使用时可以对材料进行健康等级评价。通过这样的方式,摇篮大楼不仅是健康环保的办公建筑,也是一座丰富的材料仓库,在未来的城市发展中,提供给其他新建筑可再次使用的健康材料。
BIM 模型
摇篮大楼在建成后会被注册在Madaster平台(注册材料和建筑产品的全球化线上平台),这样大楼里的材料均与原材料交易所连接,而摇篮大楼本身则成为这些高价值材料的储存库。
Madaster材料平台
- 摇篮大楼的全生命周期排放量
摇篮大楼对环境的影响可以通过其全生命周期的分析与测算获得一些数据上的直观体现。通过上述的木材结构搭配光伏面板,50年内摇篮大楼的二氧化碳平均排放量(GWP)仅为41.17 kg CO2/ m²。与DGNB(德国可持续建筑委员会)标准相比,此数据降低了34%。而在施工阶段的碳排放量仅为7.48 kg CO2/ m²,比绿建标准低20%,后期运营阶段平均碳排放量为33.61 kg CO2/ m²,相较标准降低37%。
●索恩大街45号项目
HPP于今年初赢得了位于德国杜塞尔多夫索恩大街45号项目的城市设计与景观设计的国际竞赛。该项目同样将“从摇篮到摇篮®”的理念充分融入到设计当中,旨在打造一个包含可持续生态系统的复合型功能社区,为整个地区创造附加值。
索恩大街45号
该项目基地内现存一栋体量巨大的高层办公建筑。HPP的方案将此建筑的材料进行了细致的分类并进行循环利用。无毒的原建筑材料会直接进行回收再加工,重新使用到该项目的新建筑之中,大大降低了对资源的消耗。
基地现存建筑
对原建筑进行拆除回收后,项目基地上会率先种植大量特色绿植,将此地块以一个生机盎然的绿化公园形象对外开放。这样减少了施工带来的的噪音和粉尘影响,也保留了人们进行室外活动的绿色空间。
临街界面
该项目所有建筑物都配有雨水收集系统,收集到的雨水将被储存在中间的绿化区域以预防干燥少雨气候。另外,建筑屋顶以及朝南立面均配有光伏系统,可供内部使用减少社区对资源的消耗,力求通过自然能源来满足建筑及居民的日常需求。
02
建筑“正”能量与节能实践
建筑物及其建设过程占据了世界上大量的能源消耗,因此在采用先进设计理念(例如“从摇篮到摇篮®”)的基础之上,控制并减少建筑的能源消耗是打造净零能耗建筑的最本质方式。而要做到减少建筑物能源消耗,建筑被动式设计与主动式节能手段需要在建筑中系统性结合,以达到最佳节能效果。
●水晶大楼
水晶大楼是位于德国的明斯特保险公司总部。自2014年建成以来,水晶大楼已获包括DGNB金奖等一系列绿建类大奖。
水晶大楼
HPP的被动设计策略是该项目在节能方面杰出表现的关键所在:整座建筑被近6000平方米的双层玻璃幕墙包裹,在幕墙与建筑结构间形成气候缓冲区,可以在保证自然空气流通的情况下,最大化自然光的照明与保温效果。
双层玻璃幕墙
另外,建筑的照明根据场所的不同要求进行了针对性能源节约式设计。对具有特殊照明要求的大堂、办公区和会议区,设计师采用特殊节能照明装置,并且根据最低能耗指标配备了LED装置作为补充。
室内节能灯光
●金隅兴发科技园
金隅兴发科技园位于怀柔区北部怀柔科学城内,其前身为北京兴发水泥厂。HPP联合北京市建筑设计研究院有限公司在2020年启动对原水泥厂的改造设计。2021年,金隅兴发科技园以“低碳园区示范+零碳建筑试点”为定位,通过产业升级、既有厂房建筑节能改造、超低能耗建筑技术能效提升、可再生能源应用、生态修复等技术措施,赋予了科技园从工业文明走向生态文明的新生命。
金隅兴发科技园
对园区内的旧锅炉房节能改造是整座园区打造超低能耗标准的优秀范例。在功能上,旧锅炉房在改造后将作为展览办公使用。在节能技术上,该座建筑的将利用被动式设计使其达到超低能耗建筑能效水平,并结合考虑可再生能源的使用,以实现净零碳建筑目标(运营阶段)。
B5-2服务配套用房
一方面,设计师通热桥模拟等技术手段,与建筑实际情况相结合,制定合理的改造方案以有效减少建筑自身的能源消耗。例如,改造方案充分考虑到怀柔地区夏季较为凉爽的气候特点,利用建筑原有的高低窗布局实现自然通风,并结合对原有地下烟道改造的地道风系统,大大减少了建筑内部的人工制冷需求。
同时设计师在原有的砌块外墙内侧增设80mm混凝土结构,既增加结构安全性又保证建筑整体气密性,降低气流渗透造成的热损失,避免空气渗入造成室内局部温度、湿度变化。
建筑还具备高效的门窗遮阳系统。外窗采用铝木复合型材和聚氨酯型材,并接入智能监控平台实现智能化控制。结合实际功能与立面效果,建筑东西立面采用竖条窗,并设置竖向造型格栅形成遮阳,有效降低夏季太阳辐射热能。
B5-2服务配套用房
另一方面,设计师在该建筑的屋面、南侧立面上布置光伏面板与岩棉绿植系统,搭配储能系统可以高效产生清洁能源并增加碳汇能力,最大限度满足建筑自身的能耗需求。建筑内设置蓄电池储能系统,根据建筑日用电量配置蓄电池,使建筑离网运行。而且全部电气采用直流供电,尽量减少交直转变带来的能效损失。
B5-2服务配套用房 北立面(上)& 南立面(下)
同时该建筑配有能源监测系统,实时展示建筑环境指标、耗能量、产能量、并接入智慧园区以展示园区整体节能减碳水平。通过极低的能源消耗与充足的自我能源供给,此栋服务用房在改造后将作为整个园区实现净零碳排放道路上的最佳案例。
B5-2服务配套用房 光伏面板
●The Eclipse大楼
Eclipse办公大楼位于杜塞尔多夫北部,与同是HPP设计的欧莱雅德国总部共同组成了通向杜塞尔多夫市中心的北部门户形象。该项目采用主动式的节能设计理念,整栋建筑布局了先进的能源节约系统。办公空间内的灯光强度监测,室内温度监测,湿气监测等设备均被传感器控制,可实时回传监测数据,智能化调控各项设备使用情况,以优化节能表现,达到减少碳排放与能源消耗的目标。
Eclipse办公大楼
同时该项目以垂直园区作为设计概念,除了在立面上布置绿植以进一步降低建筑碳排放外,设计师将建筑平面作为项目设计重点,以确保各办公区域均有良好采光及自然通风,在提高办公效率的基础上降低了能源消耗。通过这一系列的节能减排措施,The Eclipse大楼可减少接近40%的能源消耗和每年近200吨的CO2排放量。
花园中庭
另外,The Eclipse办公大楼的地下空间布置了充足的充电设施以及自行车停车位,以倡导人们环保出行。通过设计手段与智能科技系统相结合,Eclipse办公大楼大幅降低了照明、供暖和通风等系统能耗,获得了DGNB白金认证,在保证了极低的建筑碳排放的同时,也帮助业主节约了运营成本。
在建中的Eclipse大楼
显然,作为一个世界性的环境议题,实现碳中和的目标需要更多的人和行业参与其中并做出自己的贡献。作为德国可持续建筑委员会的成员之一,HPP多年来在多个项目和领域践行生态可持续发展理念,并通过设计积极推动建筑和房地产行业的可持续发展。
由C2C NGO 发起的“从摇篮到摇篮®区域信息网”的组织计划,主要是为了让城市和市政当局熟悉循环经济,以鼓励根据“从摇篮到摇篮®”理念进行的规划市政项目。作为参与计划中的第一家建筑设计公司,HPP持续践行建筑可持续发展转型,并积极分享“从摇篮到摇篮®”规划的自身经验,并引领行业间对话,旨在通过设计与规划创造经济、社会和生态附加值。
特别声明
本文为自媒体、作者等档案号在建筑档案上传并发布,仅代表作者观点,不代表建筑档案的观点或立场,建筑档案仅提供信息发布平台。
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