■郭晓晖
内容提要：为推动建筑节能，宁波诺丁汉大学建设环境学院决定建造一幢示范性的低能耗建筑——宁波诺丁汉大学可持续环境研究院楼，以作为在环境可靠可持续发展方面展示先进的观念与技术的实验对象。亥建筑通过建筑形体、建筑内部气流组织、外围护结构、太阳能制冷制热、光伏发电、地源热泵、天棚辐射顶加新风置换送风、集成自然通风、风力发电、智能化的感应与楼宇控制系统以及节能型的灯具、节水型的洁具等各条途径，力求使整幢建筑实现全面的、综合性的低能耗运行。
关键词：低能耗建筑节能建筑可持续发展
建筑节能是我国经济和社会发展的一项战略方针.是当前一项极为紧迫的任务.为推动建筑节能.宁波诺丁汉大学建设环境学院决定建造一幢示范性的低能耗建筑——宁波诺丁汉大学可持续环境研究院搂，以作为在环境可靠、可持续发展方面展示先进的观念与技术的实验时象该楼建成后还将通过实际使用和测试来验证其实际效果。以便为完善节能建筑的设计和建设积累有益的资料。
宁波诺丁汉大学可持续环境研究院楼属于宁波诺丁汉建设环境学院。诺丁汉建设环境学院在可持续设计、能源效率、新能源设计领域有很高的知名度。该楼是一幢示范性的、可持续研究的建筑物（SRB）。包括实验室、办公室以及研讨场所，在环境可靠、可持续发展方面展示先进的观念与技术。这个建筑物通过促进能源利用效率、利用可再生能源、采用节能材料等方面的设计减少对环境的影响，达到低能耗、低排放的目的。该楼由意大利MCA建筑师事务所完成初步设计，宁波市建筑设计研究院完成施工图设计。
可持续环境研究院楼坐落在宁波诺丁汉大学的中心。建筑四周平垣，北面临河。无论是学生居住区还是河对岸的教学区，都可以很好地被观察到。建筑物地上五层，地下一层，总建筑面积约1560平方米，总高度将近22米。大楼主入口要经过东侧地表斜坡到达接待处所在的地下室，从这儿，参观者可宜达展厅。作人员和学生则可以通过位于一层的次入口进入到工作地点和实验室以及教学办公室。新建筑主要是为教学人员和本科以上学生服务，研究的重点将是建筑物新的和可再生的能源系统以及它们组成。建筑物将是一个环境可靠、节约能源的技术和艺术结合的范例。三年后实验室将包含以下设备：气象室、材料及组成模型测试实验室、测试设备、日光和太阳模型实验室（包括人造天空镜盒或者震动屋顶模型），风洞设备（包括理论和运用）。
大楼的外立面具有强烈的现代感。建筑物造型如一个灯塔，造型隐喻了可再生能源研究的多重可能性，像中国的灯笼可以扭弯成各种不同面，又好像一个三维的雕塑，不同角度有不同的造型效果。
大楼由两大部分组成，一是半地下室，另一是地上的五层玻璃塔楼。
半地下室及一层设有一个展厅，展示有关可再生能源科技的成果。研究和教学区分布在第二和第三层。办公室、会议室等功能在顶上两层。
半地下室东西两侧有高窗，这种设计是为了最大限度地透过自然光而避开直接的太阳辐射。主要的采光面在大楼的东面，即主入口处。旋转门形成里外空间的缓冲。西侧高窗沿着大楼的长度方向通长设置，为实验室内部空间提供光线。四个翘起的三角形天窗为半地下室提供了足够的自然光，天窗方位朝北，以避免太阳光直射。
主楼比例细长，东、西北面完全密封，借以阻挡冬天的寒风，南面有开窗，可以让足够的阳光射入。整个主楼围护结构外侧有第二层玻璃罩壳，这层外壳包裹在整个大楼外表面，分为透明和不透叨的两部分，外表与主楼间的空腔创造了通风空间。仅有南向幕墙部分为透明玻璃。这种高性能玻璃可以提供足够的绝热效果，阻挡太阳热辐射，同时使可见光最大限度地照射到里面的空间。
不透明玻璃被扇骨形条辐分隔成发散状，对整个大楼外观造成特殊的装饰效果。
建筑外景
本建筑物的体型与节能设计有关。外玻璃幕墙与内幕墙之间的空气间隙提供了缓冲层以减少能量损失，尤其是南面的内外玻璃幕墙之间的空气层，与东西侧空气层不连通，但与建筑内部的天井相通，形成了组织空气流向的连通道，结合幕墙间的百叶开关，可调节建筑内部通风效果。
冬季时，地上部分室外南向的气流，在经过南面的内外玻璃幕墙之间的夹缝时得到热交换，再进入建筑内，流过房间以后进入天井，沿天井向上出屋面排出、。下部分则经过地风管换热以后由地面进入地下室，然后从天窗排出。这种气流组织方式使建筑物避开了冬季从北方吹来的寒风的侵袭，又使通风仍能进行，最大限度地利用了自然条件。
南面的内外玻璃幕培之间的空气层
建筑内天井
夏季时，地上部分由屋顶的空调机从天井处向下送风，气流穿过房间后从南面的内外玻璃幕墙之间的夹缝处排出，自然的空气流动使排出气体向上经过屋面处的百叶口排除。地下部分同样经过地风管换热以后由地面进入地下室，然后从天窗排出。经过地风管换热后的新风已经比较凉爽，可以最大限度节省空调能耗。
意大利方设计师进行了气流速度模拟，以得出在当前设计条件下该建筑物内部的空气流速情况，从而确保室内的舒适度。
本楼外围护结构采用了很厚的保温层。透明玻璃采用中间夹有16mm氬气的LOW-E中空玻璃。屋面、上部建筑外墙采用硬泡聚气酯外保温。地下室外墙均以聚苯板外保温。本楼为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土良好的热惰性起到了稳定内环境温度的作用。
地下室顶是覆土植草屋顶，由表层土、排水层轻膨胀黏土、保护薄膜、滤水层和防水薄膜组成，屋顶将种上草、苔藓及小灌木。同时地下室顶面也采用了保温层。
地下室顶部天窗，远处为太阳能集热管及PV光伏电池不锈钢风柱为地风管进风口(www.xing528.com)
本楼外围护建筑主要节能设计措施有：
1.屋面采用100mm厚硬泡聚器氨酯保温，完成后的屋面传热系数为0.21W/m2-K，远低于国标0.7W/m2-K及省标甲类节能建筑0.5W/m2-K的设计要求。
2.外墙采用90 mm厚硬泡聚氨酯外保温，完成后外墙传热系数为0.26W/m2-K，远低于国标1.0W/m2-K及省标甲类节能建筑0.7W/n2K的设计要求。
3.外窗采用断热铝合金中空L0W-E玻璃窗，窗的传热系数1.40W/m2-K„该建筑最大窗墙比为南向0.25，按国标窗的传热系数应小于等于3.5W/m2-K，按省标甲类节能建筑应小于等于2.5W/m2・K，本设计远低于规范要求。
外窗平均遮阳系数0.4，按国标应小于等于0.55，按省标甲类节能建筑应小于等于0.40，满足规范的要求。
4.地面传热阻1.42m2 -K/W，满足规范大于1.2 m2·K/W的要求。
5.地下室外墙采用50厚聚苯板外保温，传热阻3.89m2・K/W。远高于规范1.2 m2 -K/W的要求。
总而言之，本工程外围护结构节能规定性指标大大超过《公共建筑节能设计标准》的相关要求。
设备体系的设计都遵循了能源消耗最小化的原则，以取得使co2 消减得最好的建筑效果。建筑设备主要应用以下新型节能技术：
1.地源热泵双u管系统作为基本的供暖和制冷设备。这种技术目前已基本成熟，在国内也有一定程度的推广，冬夏季综合能效比（c°P）比较高。地源热泵占地面积较大，也有直接利用建筑桩基的做法（桩埋管），这样可大大减少地埋管所需的占地面积。因本工程建筑面积小，占用室外场地大，所以采用室外埋管的没计。
2.太阳能制冷制热系统：制冷时由太阳能集热系统（真空太阳能吸收装置）作为热水来源，驱动溴化锂冷水机组制冷。采暖时则作为空调系统辅助热源。太阳能集热管需要占用一定的场地，本设计屋顶建筑面积很小，无法利用，所以将该场地安排在建筑物南侧的坡地上。
3.空调采用天棚辐射顶加新风置换送风空调方式。室内制冷与采暖均采用天棚辐射顶，空调PB管埋设在400mm厚混凝土厚板中，利用混凝土表面作为辐射面来进行能量交换。这种方式充分利用LTDS体系（低温差异系统）温度稳定的特点。夏季则利用新风置换送风的方式去除室内湿负荷。这种设计的优点是空调运行平稳，避免了室内温度波动起伏大或不够均匀的问题，舒适性比常规空调好。
太阳能集热管的热水储罐
4.集成自然通风系统，以便采用直接自然通风，尽可能提供清凉干爽的空气。所有窗都装有电动总控的启闭装置，可根据建筑内安装的感应设备的反馈，确定各外窗及百叶的开启程度。前文“建筑形体节能设计”章节已对此有详细描述。
5.应用土壤预处理新风的地风管系统。室外新风引入后，通过埋设于地下的PE管与土壤进行热交换，以达到节约空调耗能的目的。从原理上讲，由于土壤温度基本恒定，如进入室内的空气均能与上壤进行充分的热交换，可以明显节省空调能耗。但是要与土城进行充分的热交换，地风管必须很长，风速风量只能较小，所以只能在占地大、建筑小的情况下起一定作用。
6.光伏发电系统将太阳能转化为电能；风力发电机将风能转化为电能。所发电量作为本楼用电来源的一部分。总设计发电容量为60千瓦。风力发电机功率不大，以采集资料为主要目的。光伏电池板需要耍占用一定的场地，本设计也是安排在建筑南侧的坡地上。目前有较先进的设计将光伏电池板与建筑幕墙相结合，作为建筑的外表面。但本工程并未采用此做法。由于建筑只有南立面日照比较充沛，如将光伏电池板做在立面上，应以南立面为主，而南立面又是开窗最多的面，两者有一定的矛盾。另外光伏电池板与地面需要成一定夹角（与日光基本垂直）才能获得最佳光照效果，装在建筑立面上角度很难做到。风力发电机则装在屋面上。
7.智能化的感应与楼宇控制系统，包括空调控制系统、电能管理、资源管理诊断系统、数据采集模块、报警管理模块、定期维护模块等。系统接收来自区域传感器的参数，通过通报和控制维护操作工作人员已经完成的工作确认以及要求工作人员执行的方式来实现自动限期维护管理。从理论上说，智能化的控制是建筑节能很重要的方面，如果能实现按使用情况、室内外气候参数进行合理的控制，建筑可以做到最大限度的节能。举例而言，人来设备开，人走设备关，人多时开大，人少时开小，可利用自然通风的尽量不开空调，就像有一个勤快的管理员随时在调整建筑设备的运行状态，在保证舒适性的情况下将能耗控制到最小。本楼可以集中远程控制所有设备的运行状态，包括各通风外窗、百叶均可远程自动控制，目的就是研究建立建筑自动调节的逻辑控制方法，这点使建筑本身成为一个整体的研究对象，正如一台实验机器。
屋面上的风力发电机
8.节能型的灯具、节水型的洁具等，本文对此不予赘述。
本楼属于研究领域的一个实验品，建筑物本身即实验对象，其使用舒适度、节能效果均是诺丁汉大学教学研究的样本。设计上本楼采用了国内、国际上先进的理念与产品。其实际使用效果有待在使用过程中不断摸索完善，以使该楼在可持续设计、能源效率、新能源设计领域发挥重要的作用。该楼土建已经完成并投入使用。我们很期待看到实验成果。
（作者系宁波市建筑设计研究院副总建筑师）
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