碳中和建筑设计探索梁文杰，潘迪勤(吕元祥建筑师事务所，香港999077)[摘要]以“迈向净零”国际比赛获奖设计“Treehouse”为例，探讨高密度城市中商业建筑碳中和设计的价值和可调适方案，以应对用户期望、成本、法规壁垒等挑战。Treehouse是权衡了城市垂直微气候、极端天气和新工作方式的工作空间。[关键词]碳中和：高层建筑：垂直微气候：可调适设计D0:10.199531.at.2022.s1.0771背景2碳中和建筑策略1.1办公大楼脱碳2.1应对城市热岛效应和极端气候在中国，公共和商业建筑约占建筑业运营能城市热岛效应(Urban Heat Island)是高密度城耗的30%，而办公大楼能源使用在该次级行业中市面临的最严峻环境问题之一。我们开展了室外占了30%的主要份额。这突显了中国建筑业脱碳气候工程研究，发现温度每升高1度，商业建筑的以实现未来共同净零的紧迫性和重要性。“迈向净年降温能耗将增加34，而建筑渗透性将风引向零"(Advancing Net Zero)是世界绿色建筑委员会行人层面、构建绿地/水体惊爽物料及提供足多的(World Green Building Council)的全球性项目，树荫或冠层遮荫是缓解城市热岛效应的有效策略。旨在促进加速实现到2050年净零碳建筑达100%，通风对行人层面的热舒适性和污染疏散至关到2030年将新建筑、基础设施和翻修建筑的隐含重要。与建筑规范相比，Treehouse的可渗透元素，碳至少减少40%。绿色建筑议会在2021年举办了如架空平台、大壁阶和人行天桥，可使低区域渗首届国际性“迈向净零”构思比赛，旨在发掘适透率从20%提高至35.3%北向)，更将地盘北侧的用于亚热带高密度城市碳中和高层办公大楼的设风能利用率从15%提高至45%。计构思和解决方案，探讨如何应对城市气候、建树冠大、树干短、树荫浓密的树木在阳光充筑数字科技、社会、法规和经济方面的机遇和挑足的夏季可更有效降低行人层面的白昼平均温度，战，实现办公大楼深度脱碳。而露天空地上的温度最多可高5.1℃1。拟议在1.2 TreehouseTreehouse周边建设城市林地和人工湿地，以减少“Treehouse”由吕元祥建筑师事务所设计，公共区域的辐射得热，创造荫凉舒适的环境，见是该比赛“未来建筑”组别获奖作品，见图1。该建图2。筑为220m高的甲级办公大楼，地盘面积约为4238m2,总楼面面积约为94144m2。该设计专门应对亚热带气候中高湿度、高温度、混合用途的高密度城区。运营的能源使用强度和前期碳估计分别为51千瓦时/m2/年和每平方米建筑楼面的隐含碳为342千克二氧化碳当量，总碳排放比正常基准低74%。Treehouse着重节能建筑为减排策略，并通过可交易的碳积分抵消温室气体排放、达致平衡)。它提供了一种新型工作空间，兼顾垂直微气候、新工作方式和多样化人类行为等，实行多样化人性空间的综合解决方案。图2城市林地Treehouse的城市绿色冠层采用乙烯-四氟乙烯(ETFE)遮阳膜和木结构，和周边的绿地融为一体，遮盖了该地盘40%的露天区域，提供凉爽舒适的室外空间和全天候保护。城市林地和高架连接桥上方的冠层则有助于营造进入Treehouse通道的亲生物感。2.2应对垂直微气候深入了解城市垂直微气候对高密度城市碳中和建筑设计具有重要意义。我们发现不同区域垂直微气候的变化，风和光照环境每隔约60m有显图1迈向净零构思比赛获奖设计作品Treehouse着差异。建筑设计应应对此类垂直微气候变化，334(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net以实现热舒适性，有效利用资源，减少隐含碳。现图5所示与垂直外墙相比阳光辐照度降低19.2%，拟议每隔9层楼面建造一座空中花园，可作为通风从而使能源使用强度(EUI)降低4kWh/m2。廊，增加纵向中低微气候区背风侧空气流通（图3）就地可再生能源是碳中和建筑设计须考虑的模拟结果显示空气流通量增加9%15%)，从而缓最重要策略之一。自遮阳建筑体量可扩大上层覆解城市热岛效应。盖率，为在屋顶上安装光伏电池板提供更大面积，令日光辐照量最大的位置的光伏覆盖率最大化。最高三层的楼板也梯级性后退，令光伏电池板可根据位置纬度和天空条件创建最佳南向倾角，见图6。建筑外墙的太阳能捕获潜力也得到最大限度发挥。安装在外墙上的光伏电池板暴露在日照强度约为0.5-0.8Sun的情况下，大部分时间可能无法图3东西轴向风速变化对比有效运行。为了解决这一问题，我们团队拟议将一种新兴的薄膜轻质技术，钙钛矿型光伏板集成Treehouse设计的绿化总覆盖率在城市高密度至外遮阳构件，这种轻质薄膜在低日照强度(<1环境下达到典范性的137%，林木覆盖率达34.1%，Sun)下发电效率更高。研究表明，750nm厚的钙钛见图4。可改善不同垂直区域的微气候，说明有可矿型光伏在0.5~0.6Sun日照强度下可达到20%的能在狭小紧凑的城市地盘内进行立体绿化、实现发电效率，或在标准测试条件下可达到与单晶硅高绿化率。光伏相同的发电效率。图4地盘绿地和林木覆盖率示意图图6光伏覆层位置及其性能模拟2.3利用日光和视野，同时控制太阳得热和眩光商业建筑的窗墙比通常较高，安装玻璃区域是传热薄弱环节。另一方面，控制太阳得热和眩光有时可能会导致视野的可视透明度和日光透射率降低。Treehouse尝试优化日光和视野，同时控图5南向建筑外墙日光辐照度模拟（基本情况和拟议设计）制太阳得热和眩光。超过1.5m进深的外遮阳构件和倾斜玻璃与水平日光反射器配合使用，可将能建筑形式响应不同垂直区域各异的阳光辐照源使用强度降低7kWh/m?,并使天然采旋光性能度和通风情况。研究发现高层建筑上层和中层区达到优良水平[低、中、上层区域的空间日照自域严重暴露在太阳得热下，而下层区域则更多被足指数(sDA)分别约为69%、72%和83%]。sDA周围建筑遮阳，通风较差。拟议采用倾斜的南向用于评估日照充足度，以每年365天、每天10小外墙，配合以下措施实现协同增效作用：有效的时照度超过300勒克斯的办公室楼层面积的百分比自遮阳，扩大屋顶面积以供安装光伏电池板，以表示。sDA约为70%可视为良好，在高密度的紧及减少下层区域建筑体量以改善通风环境。但从凑城市环境中尤其如此。总体年日照曝光量(ASE)结构工程的角度来看，支撑大倾角所需的悬臂会分析显示，南、北外墙附近眩光控制很好，但东、导致实体结构的隐含碳排放量较高。经过几次设西周边区域附近会出现眩光。由于周边建筑遮阳，计迭代，团队议定将塔楼上层区域倾斜5度，以实研究发现ASE比上层楼面更低。图8及图9模拟335(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net