取之自然用之有道——中利电子总部设计

作者：王兴田

单位：nko日兴设计·上海兴田建筑工程设计事务所

关键词：取之自然用之有道中利电子总部设计

作者简介： 王兴田, nko日兴设计·上海兴田建筑工程设计事务所总经理、总建筑师。主要代表作品:中国珠算博物馆、恒茂御泉谷国际度假山庄、深圳隐秀山居酒店、正中高尔夫会所、上海世博会韩国国家馆、上海世博会新加坡国家馆、青岛卓亭广场、何振梁与奥林匹克陈列馆、上海长宁公共卫生中心、天津大学北洋新校区建筑工程学院与环境学院等。;

1建筑以简约的形体融入环境中

2总平面图

中利电子总部临近常熟沙家浜景区, 坐北望城, 朝南向水, 置身于典型的江南水乡中。中利电子倡导将太阳能转化为可持续资源, 是绿色能源产业的践行者。鉴于此, 在设计之初, 建筑师便与业主达成共识:构建一个“取之自然、用之有道”的绿色生态总部, 这也是对企业文化最好的诠释。

1设计回归本真

中利电子总部的设计采用了南北向单纯简洁的一字形布局, 一气呵成。流动开放的建筑空间, 于入口处植入园区建筑群落中, 增强了园区空间环境的互动性, 开放的公共架空空间与既有的封闭式院落空间互补, 有机地融入在园区的整体网络中。

江南湿热多雨、冬冷夏热, 独特的地域气候和生活形成了建筑特有的空间建构方式。我们在设计中积极主张对材料和结构的新解析, 注重材料与空间本质的真实表达。素混凝土与光伏板的不期而遇, 结构毫无掩饰的技术呈现, 使建筑回归了自然、本真。建筑师试图用纯粹简单的材料语言完成对建筑空间的叙述, 流露出生活原始的张力。1839年出现的光伏技术是人类利用太阳能生产清洁能源的一次重大突破, 可时至今日, 光伏板的运用还是简单地安置于建筑的屋顶和室外空地, 与建筑并无关联。设计首次思考能否将光伏板植入建筑, 成为建筑空间建构的要素, 既可以发挥绿色能源本身的功效, 又能真实、有效地成为建筑不可或缺的有机组成部分。

基于科研创新的办公需求, 整个建筑形体、尺度、光线互补而均衡, 内部空间开敞而流动, 宽敞明亮的环境大大提高了工作效率, 且传达出技术研发的空间感受。建筑主体三层, 局部四层。首层架空, 只保留了入口门厅和休闲餐厅, 东西横向柱跨为8.4m, 南北纵向柱跨达到16.8m, 尺度张弛有度、进退自如。流动开放的架空设计赋予了建筑通透豁达、自由灵活的性格, 使建筑以自由、开放、原生的姿态与环境融合, 自然与空间在拱形架构间自由地流动与凝滞, 拉近了与自然的距离。建筑师在视野开阔的三层屋顶设置了花园, 远眺水系连绵, 自然景观尽收眼底;近处植被葱郁、花香扑鼻, 既开拓了一处环境优美的休憩空间, 又有屋顶保温隔热、净化空气、改善局部小气候的效应。建筑平面相对自由, 圆形大厅四层通高, 顶部光线透过北向侧窗均匀地洒落在室内。根据建筑功能, 在南立面采用了横向长窗, 保证室内充足的光线, 东西实面则有效防止西晒, 因北面对采光需求的不同呈现出一种功能主义的构成。

3植入建筑的光伏板形成富有动感的表皮肌理, 理性而生

4东西两侧的光伏板与建筑的夹角, 根据兼顾发电效率和遮挡西晒的作用来综合确定

2取之自然的在地设计

风、光、水、绿等是人类赖以生存的自然资源, 也是建筑所必须依托的场所元素。利用自然资源营建最贴近地域生活的建筑空间, 是传统生活智慧的结晶。众多具有强烈地域特征的建筑都印证着千百年来人们在不断适应自然的过程中, 对风、光、水、绿等自然元素的独特理解和运用。面对不同的介质和思考维度, 把自然的生活智慧运用到建筑空间设计中, 寻找一种“在地”的适宜建构方式, 是建筑师对“在地设计”理念的实践, 亦是对“绿色建筑”的探索。

5首层平面图

6二层平面图

7光伏板与通透部分接近1:1的比例, 充分保证建筑的通风和采光

8纤细柱林的结构表现

2.1风

风是一种可持续的自然资源, 廉价且健康的自然通风技术在建筑设计中正越来越受到重视。风向、风力与风速对建筑的形式、朝向、构造、立面都有重要的影响。在本项目中, 南侧河流与北部工业厂房的气压差值, 恰到好处地促成了空气的自由流动。冬季, 建筑北侧的工厂和东西成行的乔木阻挡了寒冷的北风进入, 南侧温暖的阳光洒进架空层, 营造出舒适的局部微气候。

在建筑东侧设置了一个室外天井, 和底部架空层联通, 在西侧设置了一个室内吹拔空间, 形成了一内一外两个拔空。底部架空层中设计了景观水池, 流动的空气经过开敞的水面, 降低了局部温度;空气流入室内空间, 利用热压通风原理引导上升至通高大厅顶部的天窗排出室外。在春、夏、秋季, 可以有效增强通风效果, 减少空调设备的使用, 降低能耗。

2.2光

光是建筑的灵魂, 建筑所处地理位置的不同导致对光的需求不同, 从而使建筑的形式千差万别。常熟属冬冷夏热地区, 人口密度大, 建筑的节能也是最难处理的, 需满足夏季防热、遮阳、通风、降温的要求, 又要兼顾冬季的防寒。建筑师在做了很多遮阳处理的同时, 也在思考如何引进充足且均匀的采光。

设计尽量引入照度均匀的自然光, 减少人工光的使用。通过庭院、天窗等设置, 增加了建筑的采光。北侧的阳光穿过自动开启的天窗, 均匀地折射入室内, 如光带般明亮而神秘。建筑南立面的带形窗设计, 尽可能增加了开窗面积。同时外挂竖向的光伏板, 其在纵向上与玻璃间留有一定距离, 横向上每块光伏板之间保持两倍间距, 既保证了遮阳、通风, 又最大限度地使光线以漫反射的形式进入室内, 增强自然均匀的采光。建筑南立面较大的开窗面积在冬季可有效增加太阳辐射采暖, 东、西、北立面则控制开窗面积, 减少冬天室内热量的散失。

9有节奏的拱廊弱化了建筑的体量感, 建筑呈现出更加柔和的姿态

本项目中, 光既是空间的雕刻师, 也是能源供应的发动机, 建筑师使用太阳能发电效率较高的光伏系统, 采用能量储存和并网技术, 提供清洁的可再生能源。

2.3水

水为建筑提供了别样的景致, 雨水充沛是江南水乡的气候特征, 但大量排入江河的污废水造成了水质性缺水, 清洁的水资源严重不足。海绵城市的做法恰恰弥补了这种不足, 因此建筑师在屋顶花园及室外场地设计了雨水回收系统, 雨水收集区域面积10 357m²、蓄水池85m³, 用于绿化灌溉、冲洗道路和车辆及景观水池补水等。

场地周边河流纵横交错、池湖密布, 基地南侧紧邻一条40m宽的自然河道, 在夏季, 这些水系起到了一定的降温作用, 把炙热的空气降低了一些温度, 通过开窗进入室内后带走房间内的部分热量。架空层的景观水池也可以改善局部小气候, 营造一个更舒适的环境。

2.4绿

夏季, 屋顶绿化吸收并反射一大部分太阳辐射, 实验表明, 有绿化的屋顶与普通屋顶外表面的温度最大可相差20℃~30℃, 屋顶内表面温度最大可相差4℃左右, 有绿化屋顶的室内环境得到了明显改善, 降低了空调负荷;冬季, 屋顶绿化和土壤增加了保温效果, 降低了建筑能耗。

项目中, 屋顶花园、空中庭院和地面景观共同形成了新的立体生态体系, 屋顶花园也是海绵城市的空中组成部分。由于绿化和土壤的吸附作用, 小雨不会形成径流;中雨时, 会吸附一半的雨水从而减少排入城市管网的水量;大雨时, 原本干燥的屋顶会延迟1h或更久才开始排水, 这样每年的总雨水排放量约可减少一半。屋顶花园的雨水经植物的光合作用及自然蒸发作用, 重新参与到自然的生态循环之中。

10, 11天井的引入, 改善了建筑内廊的采光通风

12景观渗透进架空层, 打破了厂区的界限, 模糊了建筑室内外空间的分隔

13顶部自然光通过漫反射柔和地照亮整个中庭

14通透的连廊穿过屋顶花园到达顶层报告厅

15楼梯沿圆形中庭拾级而上, 增强了人与建筑之间的互动

植物在有效参与水循环系统的同时, 也是生态系统的重要组成部分, 同时绿化本身也具有艺术鉴赏性和节能功效。

3用之有道的资源转换

将太阳能转换为绿色能源, 并运用于建筑设计中, 是积极探索建筑多元化的一种有益尝试。它将建筑、生活方式和经济效益结合起来, 是追求人、建筑与自然和谐共处的一种长效机制。

在项目中, 建筑师希望以简单易行的技术运用与适合地域气候特征的低成本构造方式, 建造一个富有生命力的低能耗建筑, 尽最大可能减少建筑全生命周期内对环境的负荷。光伏板是一种质地轻便、多功能复合的现代材料, 应用于建筑之中, 既能提供物理遮阳, 又可转化为电能, 成为建筑消耗能源的部分补充。目前光伏尚未实现与建筑较好地结合, 但业主作为一个科技型企业, 在新能源的应用上具有一定的前瞻性, 能够帮助将概念落实到建筑体系之中。如此, 选择光伏板便成为建筑师在设计绿色建筑时的优先思考方向。

项目中, 首次尝试将光伏板应用于建筑立面, 避免了生硬衔接的痕迹。光伏板距建筑外窗垂直距离为600mm、宽760mm、间距640mm, 能够在满足遮阳的同时让漫反射光线尽可能多地进入室内, 提供充足的自然采光。整栋楼共使用了684块光伏板, 装机容量139.08kW。南立面共使用了246块光伏板, 有三个平面角度可调, 分别对应了上午、中午、下午不同的太阳入射角, 可以保证发电效率最大化;东西立面共使用了204块光伏板, 有一个固定的平面角度, 也是发电效率最大的角度。屋顶是运用光伏最直接有效的场所, 屋顶花园的廊架顶部共使用174块光伏板, 既能够遮风避雨, 拓宽了活动空间, 又满足了发电、隔热、保温的功效。局部四层大堂和报告厅顶部共使用60块光伏板。整栋建筑理论年发电量152 988度, 约占建筑年耗电量的25%。按光伏理论核算, 平均7.5年收回成本, 这是建筑本身对自然最善意的回馈。