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2024-01-10 10:08:34
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设计低碳高层的七项原则
abbs
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尽管人们越来越担心与建筑和运营相关的碳排放，摩天大楼仍在全球不断涌现。在这里，菲利普-奥德菲尔德（Philip Oldfield）提出了七种设计更可持续的高楼的方法。
有低碳高楼吗？还是摩天大楼天生不可持续，建筑环境中的SUV？
高耸的建筑在其周围环境之上，暴露在更多的阳光和风中。原则上，这可能是一件好事（想想免费供暖和通风）。但是，由于如此多的塔楼都是全玻璃的，几乎没有阴影，因此它们经常会过热或热损失过多，从而增加运行排放。
高层建筑也受到摩天大楼建筑师和工程师法兹鲁尔-汗（Fazlur Khan）所称的“高度附加费” （premium for height）的影响。随着我们建造得越来越高，塔楼面临着越来越高的风荷载和地震荷载的侧向力。为了抵抗这些，高层建筑使用了更多的结构材料——通常是碳密集型混凝土和钢。其结果是，较高的建筑比中低层建筑的碳含量更高。
在其整个生命周期中，高层建筑通常会产生更多的排放
总的来说，证据表明，在其整个生命周期中，高层建筑通常比中层建筑产生更多的排放。那么，我们应该停止建造它们吗？
未来几十年，我们面临的一个主要挑战是，让数十亿人舒适、安全地居住，同时大幅减少排放；据联合国统计，目前有16亿人居住在住房不足的地区。中产阶级可以，也应该为这一切提供基础。但如果认为每个城市和每个地点都有一个通用的解决方案，那就太天真了。
在土地稀缺的地方，高楼可以提供更高的密度，让更多的人靠近低碳公共交通和城市的公共基础设施。问题是：我们如何设计碳排放量远低于标准的塔楼？
以下是要遵循的七项原则：
改装优先
图1、3XN设计的码头区塔
码头区塔（Quay Quarter Tower）是一个改造摩天大楼项目的例子。
考虑到它们是数千吨钢铁和混凝土的投资，拆除一座高楼似乎毫无意义。我们只需要看看曼哈顿公园大道270号（270 Park Avenue in Manhattan,），它建于1960年，2012年翻新为LEED白金级建筑，但仅仅9年后，它就被建筑师、历史学家和环保主义者的绝望声摧毁了，这样它就可以被一座稍高、更闪亮的大厦取代。
一个更好的方法是改造、再利用和重新设计现有的塔楼，而不是夷为平地和重建。由3XN工作室和BVN工作室设计的码头区塔（Quay Quarter Tower）升级了1976年悉尼的现代主义塔楼，保留了核心和大部分现有楼板，但彻底改变了建筑结构，并将建筑面积增加了35%。与新建筑相比，这种方法减少了约8000吨的碳。
拒绝幕墙
图2、吉达国家商业银行
吉达的国家商业银行有坚固的外墙和玻璃内院。
玻璃幕墙是任何摩天大楼的首选幕墙。视觉上单调，但也有环境犯罪。你不需要成为一个建筑物理学家来理解为什么。即使是具有氩气（argon）间隙、电子涂层和所有铃铛和哨子的最高性能三层玻璃，也不会像简单的隔热墙那样具有良好的隔热性能。
当然，我们需要日光和视野，所以一些玻璃是必不可少的——但我们真的需要把玻璃铺到地板上，照亮我们的脚尖吗？未来的高层建筑应该在其立面上采用遮阳和坚固的设计，玻璃的安装范围可能不超过墙面面积的40%。
我们可以从吉达的国家商业银行获得灵感。该建筑由SOM工作室的戈登-邦沙夫（Gordon Bunshaft）设计（具有讽刺意味的是，他还帮助设计了世界上最早的全玻璃塔楼之一，位于纽约的利华大厦（Lever House））吉达的国家商业银行内部庭院采用了玻璃，但外墙采用了坚固的石材，以应对沙漠中严酷的阳光。
拥抱“被动房”（Passivhaus）
图3、温哥华WKK建筑师事务所设计的“纳尔森街1075号被动大厦”（Passivhaus 1075 Nelson Street）的外观
在建的“纳尔森街1075号被动房”（Passivhaus 1075 Nelson Street）是世界上最高的“被动房”（Passivhaus）。
高层建筑的环境效益之一是它们紧凑，这意味着与低层建筑相比，它们的围护结构可以减少热量损失。这一特性适用于“被动房”（Passivhaus）——一种性能标准，通过紧凑的形式、超强的隔热、气密性和热回收，实现了非常低的运行能量需求。
世界上最高的“被动房”（Passivhaus）是由WKK建筑师事务所设计的高178米的“纳尔森街1075号被动房”摩天大楼，目前正在加拿大建设。更妙的是，为什么不像ERA建筑工作室在汉密尔顿的“肯索布尔大厦”（Ken Soble tower）那样，通过将现有的塔楼改造为“被动房”（Passivhaus），来节约实际排放和运营排放？
排出热量
图4、大都会公寓（The Met）
Woha工作室的曼谷大都会公寓（The Met）大楼使用深阳台来帮助交叉通风。
紧凑型建筑的另一面是，一旦不需要的热量进入高层建筑，再次将其排出就更具挑战性。建筑物内的人员和设备会散发热量，而且由于塔楼结构紧凑且体积庞大，因此交叉通风可能更具挑战性。
有一些解决方案——设计带有中庭、空中花园或渗透性的高层建筑，可以为微风吹出多余的热量创造路径。在曼谷的Woha‘工作室设计的大都会公寓（The Met），深阳台提供遮阳，而空隙穿过建筑通道的微风，使建筑单元可以交叉通风。因此，即使在炎热的热带气候下，居民也几乎不需要空调。
用木材建造
图5、萨拉文化中心和酒店
瑞典的萨拉文化中心拥有世界第二高的木塔。
水泥是混凝土的主要成分，约占所有人为碳排放的8%。由于高层建筑是混凝土的主要消费群体，我们是否可以考虑使用其他材料？
首先考虑木材。木材建筑比钢和混凝土具有更低的碳排放量。它们还能够在建筑的整个寿命期内将碳储存在木材中。
怀特建筑工作室（White Arkitecter）的20层萨拉文化中心（Sara Kulturhus Centre）由交叉层压木材（CLT）和胶合层压木材（glulam）建造。建筑中的木材储存的碳是建筑过程中排放的碳的两倍。
减少第一，产生第二
图6、维也纳大学能源办公室高层建筑（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）
维也纳大学能源办公室高层建筑（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）产生的能源比其使用的更多。
在考虑现场发电之前，最好先拥抱能效和低碳战略。位于维也纳的维也纳大学能源办公室高层（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）是对20世纪70年代办公楼的改造（你认为是一个趋势了吗？）。
通过使用超级隔热和气密的外墙、热回收系统、夜间冲洗通风和低能耗电器，一次能源从每年每平方米803千瓦时减少到每年仅56千瓦时。这一大幅减少意味着屋顶和立面上安装了光伏板，这座塔楼将产生比全年使用的更多的能量。
在摩天大楼的顶部安装风力涡轮机很诱人，但不要这样做！虽然它可能会创造一个大胆的绿色视觉声明，但它不会减少多少排放。风速随着高度的增加而增加，因此使用风力发电来产生清洁能源似乎是明智的，但涡轮机也会产生噪音，这意味着它们在城市地区的使用远非理想。
忘掉超高大楼
图7、阿德里安-史密斯和戈登-吉尔建筑工作室的王国大厦
位于吉达的王国大厦（Kingdom Tower）计划成为世界上最高的摩天大楼，但建设已经停滞。
超高层建筑（300米以上）和特高层建筑（600米以上）需要成倍增加的建筑材料。混凝土越多，钢材越多。这意味着更多的碳。这种高度的塔楼往往只是作为权力和企业财富的象征，而不是提供基本的社会需求。例如，你上一次听说超高层建筑中的经济适用房是什么时候？
幸运的是，有迹象表明，我们正在远离使用高楼作为城市纪念品。在中国，大多数超高层建筑已经建成，政府宣布禁止500米以上的塔楼，250米以上的“严格限制”。
在面临气候变化挑战的世界里，我们使用的每公斤材料都是珍贵的，所以我们不要把它们浪费在一场愚蠢的高度竞赛上。低碳高楼是可能的，但我们必须把环境放在高度之前。
本文作者菲利普-奥德菲尔德（Philip Oldfield）是新南威尔士大学悉尼分校建筑环境学院的院长。他是《可持续高层建筑：设计入门》（Sustainable Tall Building: A Design Primer ，2019）一书的作者。
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