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摘要：超高层建筑在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大旅游和商贸活动等方面有其独特作用。然而超高层建筑像一柄双刃剑，利弊共存，既有节约土地不可代替的价值，又有破坏人居环境的潜在威胁。针对超高层建筑的气候特征和节能现状，从自然通风、天然采光和再生绿化空间阐述了超高层建筑节能设计策略。
关键词：超高层建筑；建筑节能；设计策略
1概述
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。其中超高层建筑：40层以上（高度100米以上）。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）里规定：当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。
随着近年来资源短缺问题的出现，全球提出了可持续发展，而超高层建筑就环保节能方面来说是很浪费的，随之就出现了“生态节能型”建筑的概念，如气候设计大师杨经文贯彻“生物气候大楼”思想，设计的马来西亚吉隆坡梅纳拉大厦体现了利用空中开放空间连通建筑内外，尽可能地拉近了人与自然的距离，较好地完成了室内外空间的过渡与衔接，同时对形成良好的城市空间环境也是一种深化（图1），“生态节能型”成为超高层建筑设计的一个新方向。
图1 梅纳拉大厦
2气候特征
超高层与一般多层建筑相比，随着高度的变化，相应的气候参数也会发生变化，高度超过100米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外，其它的气象参数都会发生很大的变化。根据气象观测资料构建的典型气象年数据中，地面风速是取自地面高度10米处，如地面风速为2米／秒时，则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米／秒，若高达400～500米时风速可达到5米／秒以上，温度随高度的变化也会有明显的降低，通常会有每百米高度的温度下降0.6～1.0℃，仅这个变化足可以相当于把建筑物移动了一个2级气候区。而依据国内建筑节能的设计能力来看，大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件，都不能反映气象参数沿高度的变化规律，也不能够反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别，这就势必无法准确地计算建筑物的能量消耗，更无从谈及科学合理地设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。
3节能现状
（1）能耗大
当今世界上的建筑耗能占人类总耗能的50%以上,而高层建筑特别是超高层建筑的耗能又是一般建筑的6～8倍。我国建筑耗能占全国总能量的25.6%,不少方面处于高能耗、低效率的状况。
（2）现有节能标准的局限性
2005年《公共建筑节能设计标准》标准颁布之后，由于超高层的某些方面具有节能的优势，比如体型系数是完全可以满足各节能规范的要求，对于超高层建筑没有太大的约束，武汉地区目前也还没有自己针对公共建筑的节能设计标准，尤其是超高层建筑，所以实施起来更为困难。
建筑节能设计标准所能约束的节能技术也不能够完全适用于超高层建筑，例如遮阳、通风等技术的规定，对超高层建筑无法适用。另外建筑物全楼整体建模的能耗模拟评价方法，受目前能耗模拟工具的计算能力所限，超高层建筑中的计算对象规模远远超出了软件的计算能力。所以，超高层建筑的节能技术方面的问题超过了规范的规定。
对于当前建筑节能50%的目标，不符合国家长远发展要求。超高层建筑为重大工程，如果按照这个标准，在投入使用后的不远将来，必然会面临国家节能规划目标的提高而沦为不节能建筑。
4节能措施
超高层建筑节能是个综合性的课题，从建筑设计角度讲，群体布局、单体设计、造构处理都是节能的关键。以下根据超高层建筑的特点谈谈节能设计策略。
（1）自然通风
武汉地区夏季湿热，汗液不易挥发，容易感到闷热，组织良好的自然通风可以降低室内温度，带走热量达到人体舒适，从而减少空调使用，节约能源。高层住宅与多层和低层住宅相比受到的遮挡少，随着层数增加风速更大，利用自然通风致凉具有先天的优势条件，因此如果达到65%的节能目标，高层住宅自然通风设计的节能作用显得十分重要。
a建筑布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大，但考虑到超高层建筑大多为单体建筑，所以在布局上更多考虑单体建筑的设计问题。单体建筑中户型的选择与合理设计对超高层建筑的通风影响甚大。
对于单朝向户型，或者进深大、没有南北贯通的厅，实现穿堂风存在一定困难，可以通过对户型等进行局部调整，可起到一定的改善作用[2]。但超高层建筑过高的风压会使建筑的门窗难于开启,给建筑室内的使用带来不便,而且不利于冬季保温。所以在超高层建筑布局设计中应综合考虑，通过合理门窗开启形式，具备一定的可调节性，可以加强不利条件下的通风效果。
b形成竖井空间
利用热压原理设置中庭来组织自然通风，而太高的中庭空间则会形成过大的热压,如不能有效控制,则会产生强烈的紊流,甚至在底层进气口产生令人不安的啸叫。在法兰克福商业银行的设计过程中,针对塔楼60层高度中庭空间的自然通风状况,福斯特及其合作者将每12层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然通风，取得良好的效果。
c玻璃幕墙围护结构
为了减少过高的风压和热压对高层建筑自然通风的不利影响,1990年英恩霍文在波恩电话大楼的设计中发展了双层玻璃幕墙,这一革命性的设想,在埃森RWE办公大楼得以实现（图2）。幕墙内外层玻璃间隔500mm,即形成可蓄热的空腔,提供了节能的可能性,又可以通过内层可开启的玻璃
窗实现室内各层间的自然通风。由于外层的玻璃阻挡了高空的风力,人们第一次可以在高层建筑中打开窗户,让室外的新鲜空气流入室内。这一新异的构想使大楼基本上放弃了昂贵的机械空调,使自然通风率达到70%,节能30%。
图2 埃森 RWE 办公大楼
（2）天然采光
现代超高层写字楼中的建筑照明所消耗的电力占了总电力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所产生的热量要小得多，可以减少调节室内热环境所消耗的能源。因此，采用天然采光解决照明是节能的有效途径之一。
（3）开拓再生绿化空间
超高层建筑节省了土地,不只是提高容积、增多建筑面积,更重要的是在满足了一定容积的情况下,把节省下来的土地转化为绿地,保护并培植对维持生态平衡起重要作用的绿色植被。
a开辟垂直绿化：与高层建筑的用地面积相比,其外表面积是地面的4～5倍或更多,因此在外墙上开拓绿化,将对绿化环境的形成起很大作用。
b发展屋顶绿化：开拓绿化空间,另一种办法是发展占天不占土的屋顶绿化。在公共建筑裙楼开辟屋顶花园潜力很大,应进一步提高屋顶花园的质量,发展薄覆盖型种植技术。
c营造空中庭园：为了改善人远离自然,易导致空调综合征、生态环境差的缺点,在高层建筑之内营造空中庭园,这是近些年来国外某些高层建筑追求与探索的新课题。如诺曼•福斯特设计的法兰克福商业银行总部大厦就引入生态的概念，是世界上第一座“生态型”超高层建筑。
作为城市绿化的重要组成部分，国外近年来十分重视拓展高层底部的绿化空间，提出“生活要接近自然环境”的原则，在广场，中庭等公共空间中尽可能布置绿化空间，并通过建筑法规的制定和实施，控制高层区环境质量。
5结语
图3 法兰克福商业银行
建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑又是标志性极强的建筑，研究超高层建筑的设计策略和节能技术措施，抓好超高层建筑的节能设计，将会带动建筑节能事业的发展，促进全社会建筑节能的技术进步。
参考文献
[1]邓元庆,薛明.可持续发展意识与高层建筑[J].建筑科学.2000.2
[2]郭飞,王时原.上海高层住宅自然通风节能设计研究[J].建筑学报.2008. 11
[3]高层建筑中的自然通风问题.中国绿色建筑网.2010.5.13
[4]蔡余萍,杨祖贵.高层写字楼的自然采光设计[J].建筑论坛与建筑设计.2006.2
论文作者:徐琰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
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