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設(shè)計(jì)低碳高層的七項(xiàng)原則
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盡管人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心與建筑和運(yùn)營(yíng)相關(guān)的碳排放，摩天大樓仍在全球不斷涌現(xiàn)。在這里，菲利普-奧德菲爾德（Philip Oldfield）提出了七種設(shè)計(jì)更可持續(xù)的高樓的方法。
有低碳高樓嗎？還是摩天大樓天生不可持續(xù)，建筑環(huán)境中的SUV？
高聳的建筑在其周?chē)h(huán)境之上，暴露在更多的陽(yáng)光和風(fēng)中。原則上，這可能是一件好事（想想免費(fèi)供暖和通風(fēng)）。但是，由于如此多的塔樓都是全玻璃的，幾乎沒(méi)有陰影，因此它們經(jīng)常會(huì)過(guò)熱或熱損失過(guò)多，從而增加運(yùn)行排放。
高層建筑也受到摩天大樓建筑師和工程師法茲魯爾-汗（Fazlur Khan）所稱(chēng)的“高度附加費(fèi)” （premium for height）的影響。隨著我們建造得越來(lái)越高，塔樓面臨著越來(lái)越高的風(fēng)荷載和地震荷載的側(cè)向力。為了抵抗這些，高層建筑使用了更多的結(jié)構(gòu)材料——通常是碳密集型混凝土和鋼。其結(jié)果是，較高的建筑比中低層建筑的碳含量更高。
在其整個(gè)生命周期中，高層建筑通常會(huì)產(chǎn)生更多的排放
總的來(lái)說(shuō)，證據(jù)表明，在其整個(gè)生命周期中，高層建筑通常比中層建筑產(chǎn)生更多的排放。那么，我們應(yīng)該停止建造它們嗎？
未來(lái)幾十年，我們面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，讓數(shù)十億人舒適、安全地居住，同時(shí)大幅減少排放；據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，目前有16億人居住在住房不足的地區(qū)。中產(chǎn)階級(jí)可以，也應(yīng)該為這一切提供基礎(chǔ)。但如果認(rèn)為每個(gè)城市和每個(gè)地點(diǎn)都有一個(gè)通用的解決方案，那就太天真了。
在土地稀缺的地方，高樓可以提供更高的密度，讓更多的人靠近低碳公共交通和城市的公共基礎(chǔ)設(shè)施。問(wèn)題是：我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)碳排放量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的塔樓？
以下是要遵循的七項(xiàng)原則：
改裝優(yōu)先
圖1、3XN設(shè)計(jì)的碼頭區(qū)塔
碼頭區(qū)塔（Quay Quarter Tower）是一個(gè)改造摩天大樓項(xiàng)目的例子。
考慮到它們是數(shù)千噸鋼鐵和混凝土的投資，拆除一座高樓似乎毫無(wú)意義。我們只需要看看曼哈頓公園大道270號(hào)（270 Park Avenue in Manhattan,），它建于1960年，2012年翻新為L(zhǎng)EED白金級(jí)建筑，但僅僅9年后，它就被建筑師、歷史學(xué)家和環(huán)保主義者的絕望聲摧毀了，這樣它就可以被一座稍高、更閃亮的大廈取代。
一個(gè)更好的方法是改造、再利用和重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的塔樓，而不是夷為平地和重建。由3XN工作室和BVN工作室設(shè)計(jì)的碼頭區(qū)塔（Quay Quarter Tower）升級(jí)了1976年悉尼的現(xiàn)代主義塔樓，保留了核心和大部分現(xiàn)有樓板，但徹底改變了建筑結(jié)構(gòu)，并將建筑面積增加了35%。與新建筑相比，這種方法減少了約8000噸的碳。
拒絕幕墻
圖2、吉達(dá)國(guó)家商業(yè)銀行
吉達(dá)的國(guó)家商業(yè)銀行有堅(jiān)固的外墻和玻璃內(nèi)院。
玻璃幕墻是任何摩天大樓的首選幕墻。視覺(jué)上單調(diào)，但也有環(huán)境犯罪。你不需要成為一個(gè)建筑物理學(xué)家來(lái)理解為什么。即使是具有氬氣（argon）間隙、電子涂層和所有鈴鐺和哨子的最高性能三層玻璃，也不會(huì)像簡(jiǎn)單的隔熱墻那樣具有良好的隔熱性能。
當(dāng)然，我們需要日光和視野，所以一些玻璃是必不可少的——但我們真的需要把玻璃鋪到地板上，照亮我們的腳尖嗎？未來(lái)的高層建筑應(yīng)該在其立面上采用遮陽(yáng)和堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，玻璃的安裝范圍可能不超過(guò)墻面面積的40%。
我們可以從吉達(dá)的國(guó)家商業(yè)銀行獲得靈感。該建筑由SOM工作室的戈登-邦沙夫（Gordon Bunshaft）設(shè)計(jì)（具有諷刺意味的是，他還幫助設(shè)計(jì)了世界上最早的全玻璃塔樓之一，位于紐約的利華大廈（Lever House））吉達(dá)的國(guó)家商業(yè)銀行內(nèi)部庭院采用了玻璃，但外墻采用了堅(jiān)固的石材，以應(yīng)對(duì)沙漠中嚴(yán)酷的陽(yáng)光。
擁抱“被動(dòng)房”（Passivhaus）
圖3、溫哥華WKK建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)的“納爾森街1075號(hào)被動(dòng)大廈”（Passivhaus 1075 Nelson Street）的外觀(guān)
在建的“納爾森街1075號(hào)被動(dòng)房”（Passivhaus 1075 Nelson Street）是世界上最高的“被動(dòng)房”（Passivhaus）。
高層建筑的環(huán)境效益之一是它們緊湊，這意味著與低層建筑相比，它們的圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以減少熱量損失。這一特性適用于“被動(dòng)房”（Passivhaus）——一種性能標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)緊湊的形式、超強(qiáng)的隔熱、氣密性和熱回收，實(shí)現(xiàn)了非常低的運(yùn)行能量需求。
世界上最高的“被動(dòng)房”（Passivhaus）是由WKK建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)的高178米的“納爾森街1075號(hào)被動(dòng)房”摩天大樓，目前正在加拿大建設(shè)。更妙的是，為什么不像ERA建筑工作室在漢密爾頓的“肯索布爾大廈”（Ken Soble tower）那樣，通過(guò)將現(xiàn)有的塔樓改造為“被動(dòng)房”（Passivhaus），來(lái)節(jié)約實(shí)際排放和運(yùn)營(yíng)排放？
排出熱量
圖4、大都會(huì)公寓（The Met）
Woha工作室的曼谷大都會(huì)公寓（The Met）大樓使用深陽(yáng)臺(tái)來(lái)幫助交叉通風(fēng)。
緊湊型建筑的另一面是，一旦不需要的熱量進(jìn)入高層建筑，再次將其排出就更具挑戰(zhàn)性。建筑物內(nèi)的人員和設(shè)備會(huì)散發(fā)熱量，而且由于塔樓結(jié)構(gòu)緊湊且體積龐大，因此交叉通風(fēng)可能更具挑戰(zhàn)性。
有一些解決方案——設(shè)計(jì)帶有中庭、空中花園或滲透性的高層建筑，可以為微風(fēng)吹出多余的熱量創(chuàng)造路徑。在曼谷的Woha‘工作室設(shè)計(jì)的大都會(huì)公寓（The Met），深陽(yáng)臺(tái)提供遮陽(yáng)，而空隙穿過(guò)建筑通道的微風(fēng)，使建筑單元可以交叉通風(fēng)。因此，即使在炎熱的熱帶氣候下，居民也幾乎不需要空調(diào)。
用木材建造
圖5、薩拉文化中心和酒店
瑞典的薩拉文化中心擁有世界第二高的木塔。
水泥是混凝土的主要成分，約占所有人為碳排放的8%。由于高層建筑是混凝土的主要消費(fèi)群體，我們是否可以考慮使用其他材料？
首先考慮木材。木材建筑比鋼和混凝土具有更低的碳排放量。它們還能夠在建筑的整個(gè)壽命期內(nèi)將碳儲(chǔ)存在木材中。
懷特建筑工作室（White Arkitecter）的20層薩拉文化中心（Sara Kulturhus Centre）由交叉層壓木材（CLT）和膠合層壓木材（glulam）建造。建筑中的木材儲(chǔ)存的碳是建筑過(guò)程中排放的碳的兩倍。
減少第一，產(chǎn)生第二
圖6、維也納大學(xué)能源辦公室高層建筑（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）
維也納大學(xué)能源辦公室高層建筑（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）產(chǎn)生的能源比其使用的更多。
在考慮現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電之前，最好先擁抱能效和低碳戰(zhàn)略。位于維也納的維也納大學(xué)能源辦公室高層（TU Wien Plus-Energy Office High Rise）是對(duì)20世紀(jì)70年代辦公樓的改造（你認(rèn)為是一個(gè)趨勢(shì)了嗎？）。
通過(guò)使用超級(jí)隔熱和氣密的外墻、熱回收系統(tǒng)、夜間沖洗通風(fēng)和低能耗電器，一次能源從每年每平方米803千瓦時(shí)減少到每年僅56千瓦時(shí)。這一大幅減少意味著屋頂和立面上安裝了光伏板，這座塔樓將產(chǎn)生比全年使用的更多的能量。
在摩天大樓的頂部安裝風(fēng)力渦輪機(jī)很誘人，但不要這樣做！雖然它可能會(huì)創(chuàng)造一個(gè)大膽的綠色視覺(jué)聲明，但它不會(huì)減少多少排放。風(fēng)速隨著高度的增加而增加，因此使用風(fēng)力發(fā)電來(lái)產(chǎn)生清潔能源似乎是明智的，但渦輪機(jī)也會(huì)產(chǎn)生噪音，這意味著它們?cè)诔鞘械貐^(qū)的使用遠(yuǎn)非理想。
忘掉超高大樓
圖7、阿德里安-史密斯和戈登-吉爾建筑工作室的王國(guó)大廈
位于吉達(dá)的王國(guó)大廈（Kingdom Tower）計(jì)劃成為世界上最高的摩天大樓，但建設(shè)已經(jīng)停滯。
超高層建筑（300米以上）和特高層建筑（600米以上）需要成倍增加的建筑材料�；炷猎蕉啵摬脑蕉�。這意味著更多的碳。這種高度的塔樓往往只是作為權(quán)力和企業(yè)財(cái)富的象征，而不是提供基本的社會(huì)需求。例如，你上一次聽(tīng)說(shuō)超高層建筑中的經(jīng)濟(jì)適用房是什么時(shí)候？
幸運(yùn)的是，有跡象表明，我們正在遠(yuǎn)離使用高樓作為城市紀(jì)念品。在中國(guó)，大多數(shù)超高層建筑已經(jīng)建成，政府宣布禁止500米以上的塔樓，250米以上的“嚴(yán)格限制”。
在面臨氣候變化挑戰(zhàn)的世界里，我們使用的每公斤材料都是珍貴的，所以我們不要把它們浪費(fèi)在一場(chǎng)愚蠢的高度競(jìng)賽上。低碳高樓是可能的，但我們必須把環(huán)境放在高度之前。
本文作者菲利普-奧德菲爾德（Philip Oldfield）是新南威爾士大學(xué)悉尼分校建筑環(huán)境學(xué)院的院長(zhǎng)。他是《可持續(xù)高層建筑：設(shè)計(jì)入門(mén)》（Sustainable Tall Building: A Design Primer ，2019）一書(shū)的作者。
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