超高层建筑绿色策略和设计

超高层建筑绿色策略和设计超高层建筑绿色策略和设计Green Strategy & Designing of Super High-rise BuildingGreen Strategy & Designing of Super High-rise Building

田慧峰

2010年 10月

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绿色与生态建筑研究中心绿色与生态建筑研究中心

目录目录

超高层建筑的生态设计特点

现有超高层建筑存在的问题

广州某绿色超高层建筑设计实例

绿色建筑星级评估

生态技术的增量成本

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建筑的高度变化导致相关参数的变异• 高度超过 100 米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外，其它的

气象参数都会发生很大的变化• 地面风速是取自地面高度 10 米处，如地面风速为 2 米／秒时，则

在 100 米的高空风速会依据指数规律提高到 3 米／秒，若高达400 ～ 500 米时风速可达到 5 米／秒以上

• 度随高度的变化也会有明显的降低，通常会有每百米高度的温度下降 0.6 ～ 1.0℃

现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定，对超高层建筑无法适用

超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能 50 ％的目标，不符合国家长远发展要求


超高层建筑的特点超高层建筑的特点

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上海金茂大厦单层玻璃、新风不足，室内环境差

美国芝加哥希尔斯大厦遮阳设置不合理，当地风速、建筑形体、朝向考虑不全面

现有超高层建筑存在的问题现有超高层建筑存在的问题


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绿色超高层建筑设计实例绿色超高层建筑设计实例


地点：广州塔楼高度： 475.8 m 建筑面积：

• 塔楼： 24.94 万 m2

• 裙楼： 6.42 万 m2

• 地下： 18 万 m2

设计目标：• 绿色建筑“三星级”

设计理念：• 建筑、环境、人的和

谐统一

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广州气候状况分析广州气候状况分析

辐射与温度

全年空气温度、湿度、辐射分布

全年干球温度分布

全年直射辐射分布

全年相对温度分布

全年散射辐射分布

朝向与通风

年辐射最佳朝向全年风玫瑰

冬季风玫瑰夏季风玫瑰


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节地与室外环境• 透水地面、塔楼空中花园、附属楼屋顶花园

节能与能源利用• 绿 · 灯塔、夹层风力发电、呼吸幕墙和综合遮阳体系、水源热泵、

光电技术、势能电梯、地下车库 LED 照明、附属楼自然通风节水与水资源利用

• 雨水利用、其他节水措施节材与材料资源利用室内环境质量

• 地下车库导光筒采光、诱导通风


适用生态技术体系适用生态技术体系

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盛行风和地域环境

• 本地污染• 噪音• 环境承载能力• 规范和标准

周边建筑太阳轨迹

防护林带和遮阳

ACCESS ANDPARKING

建筑朝向


节地与室外环境节地与室外环境

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垂直绿化• 丰富建筑形式，改善建筑环境

生态效益• 改善微气候，调节室内温湿度，

吸收二氧化碳，放出氧气，提高空气质量

空中花园面积• 200 ㎡ / 千名办公人员，共需空

中花园面积 4200 ㎡• 2000 ㎡空中花园位于 95 层

的建筑观光层• 建筑中每隔 8 层设计一个高达

4 层楼，面积为 200 ㎡的独立花园，全楼自上至下共 11 个，总面积 2200 ㎡


塔楼空中花园塔楼空中花园

包含水，植物和假山的花园平面图

包含植物和木平台的花园平面图

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设计理念• “绿”，绿色建筑的引领者• “灯塔”，广东省的标志性建

筑具体措施

• 在东塔楼顶架设涡轮发电机组6 组，每组发电功率 50 kW ，总发电功率 300 kW


绿 · 灯塔绿 · 灯塔

屋顶风机布置

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塔楼结构体系

设计依据• 广州有效风能密度 200 W/ ㎡以

上• 风速和高度：地面 2 米 / 秒， 100

米高空 3 米 / 秒， 400-500 米时 5米 / 秒以上

• 设备层有可利用空间具体措施

• 5 个通风夹层，层高 4-5m• 选用涡轮机组直径为 4m ，每组

发电功率按 2kW ，每个通风间层发电功率可达到 60kW

• 考虑部分情况只能实现双向有效发电，功率取 40kW ，全部通风间层可达 400 kW


夹层风力发电夹层风力发电

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通风夹层风机布置

布置方案• 角部风速增加很大，是架设发

电机组的最佳位置• 围绕核心筒在角部设置开口，

开口大小占立面 1/4 左• 一个角部设置 10 组

储电方式• 蓄电池组投资过大• 设置自动控制和并网保护装置减少并网的“回流”干扰

风力发电机房• 核心筒内部或相邻设备间，约

5 － 10 ㎡



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视觉效果• 屋面顶部，建议采用显示结合方式，在外立面上凸显出涡轮发电机• 通风夹层中设置的涡轮发电机组，采用隐式布置，通过在外立面作贯通

处理，将风引入夹层内部同时在立面可形成均匀条带状分布噪音问题

• 噪声源：啮合的齿轮对或齿轮组、由于互撞和摩擦激起齿轮体的振动、由转动轴等旋转机械部件产生周期作用力激发的噪声等

• 在风机基座处做专用的钢弹簧减震处理• 当风速超过风力发电机组最大有效工作风速（切出风速）时，风机自动切断

啸叫问题• 适当加大夹层开口• 风力涡轮发电机组错落排布，尽可能大的增加阻尼作用，减小流进、留

出夹层的风速• 经 CFD 分析，当来流风速为 10 m/s 时，通过上述措施，可减小至 5

m/s 左右，有效控制啸叫的产生



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设计依据• 夏季漫长，太阳辐射强烈• 超高层建筑无法使用活动外

遮阳• 面江位置需满足观景需求

具体措施• 塔楼部分朝向采用呼吸幕墙（中置活动百叶帘）

• 塔楼 15 层以下采用中空百叶玻璃

• 附属办公楼采用垂直百叶机翼外遮阳

• 附属商场采用水平叶片机翼外遮阳


呼吸幕墙和综合遮阳体系呼吸幕墙和综合遮阳体系

广州市太阳辐射强度分布图

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呼吸幕墙• 布置区域：右图黄线之间• 遮阳系数：百叶帘全关闭状态 SC≥

0.25 ，全收起时 SC≤ 0.60• 外循环的气流组织方式• 外层钢化玻璃，内层中空高透

Low-E 玻璃• 铝合金百叶帘采用从上到下的控制方式，轨道为导轨式（在有气流情况下较稳定）

• 设置反光板以提供室内采光• 廊道接力通风，宽度 600-1000mm



呼吸幕墙布置位置

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呼吸幕墙内置活动百叶帘廊道接力通风

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附属办公楼• 嵌入墙体的垂直百叶机翼外遮阳

• 全收起时 SC≥0.60 ，全遮挡时 SC≤0.30

• 宽度为 800 mm 左右的单翼型铝合金叶片

• 可根据阳光角度自动控制叶片角度

• 叶片应有 30% 以上面积穿孔，孔直径为 5 mm 左右



垂直叶片机翼外遮阳（广州发展中心）

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附属商场• 水平叶片机翼外遮阳• 全收起时 SC≥0.60 ，全遮挡

时 SC≤0.30• 叶片离开里面 0.5 m 左右，有利于自然通风

• 可根据阳光角度自动控制叶片角度

• 400 mm 的单翼型叶片



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设计依据• 公用建筑的电梯用电量占建筑总用电量的 17%-25% 以上

• 电动机拖动负载消耗的电能占电梯耗电量的 70% 以上

设计方案• 额定载重量 1350kg （ 20 人）以上的大容量电梯

• 多台面对面排列的群控电梯，侯梯厅深度不小于相对的轿箱深度之和

• 本项目不满足规范要求，建议增大侯梯厅深度至 3.1 m 以上


势能电梯势能电梯

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设计依据• LED 照明系统可在满足光照需求的情况节约电耗

设计方案• 为一层地下车库，约 2 万 m2

提供照明• 需要电池板约为 165 ㎡• 电池板规格 (装框后 )

为 :1800 ㎜ ×730 ㎜ ×45 ㎜ ,则大概需要电池板 125 块


地下车库 LED 照明地下车库 LED 照明

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设计依据• 提高商场空气品质• 充分利用穿堂风• 设立中庭或天井

设计方案• 附属办公楼顶部宜设置合适的无动力风帽（ 20 个，长 ×

宽 × 高为 :360×380×380mm ，排风量为 7200m3/h）• 中庭上部宜设置自动开启窗，面积占中庭总面积的

20％左右• 30％的外窗面积为自动开启窗


附属楼自然通风附属楼自然通风

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附属楼自然通风—— CFD 分析附属楼自然通风—— CFD 分析

边界条件选取广州夏季的主风向东南风，风速取地面 10 米处的速度 3.6m/s, 然后根据风速与高度的关系对各个高度的风速进行修正

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在主楼后面有漩涡产生，东向和南向具有正压，有利于进风，所以应在此处布置窗户，将室外清新空气引入室内，进行自然通风

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西向和北向具有负压，有利于排风，所以应在此处开窗，将室内空气排出在室外无风的恶劣天气下，自然通风效果不太好，热空气聚集在中庭的上部区域，所以在这种情况下建议设置自动可开启窗户和无动力风帽进行排风，以确保室内空气的人体舒适度

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设计依据• 超高层建筑用水量大，供水程序复杂

• 广州地区雨水资源丰富

设计方案• 利用雨水供应室内花园和室外绿地浇灌


雨水利用雨水利用广东广州市地区 1971-2000年降雨及风速数据表

月份

累年各月降水量（㎜）

累年各月最大日降水量（㎜）

累年各月日降水量

≥ 50mm日数

累年各月平均风速 (m/

s)

1 40.9 75.0 1 1.7

2 69.4 89.2 1 1.7

3 84.7 67.6 1 1.6

4 201.2 119.8 8 1.6

5 283.7 215.3 14 1.7

6 276.2 210.9 11 1.8

7 232.5 111.0 9 1.9

8 227 239.0 8 1.5

9 166.2 156.4 7 1.5

10 87.3 110.7 4 1.8

11 35.4 116.3 0 1.8

12 31.6 46.1 0 1.7

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雨水收集方式• 建筑立面中设置环形结构导水槽来收集雨水，在立面的各分区线

上设置雨水收集入口将雨水引入室内，收集的雨水经处理后即可用于室内空中花园的灌溉

雨水收集路线• 将建筑分为两个区域，上部区域收集的雨水集于中间雨水处理间，

下部区域收集的雨水置于建筑下层储水间，再泵至建筑中层进行处理

室内雨水处理间• 通过导水槽收集建筑外立面雨水，在建筑中间层设计雨水处理间，储水容量为 10 m³ ，雨水处理间占地 20 ㎡。建筑下层设雨水储存间，占地约 8 ㎡

灌溉管线• 雨水处理处后主要用于室内花园灌溉，所以在雨水处理间和各花

园设置专用雨水灌溉管线


雨水利用——塔楼雨水利用——塔楼

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雨水利用——塔楼雨水利用——塔楼

每 16 层设置一导水槽，则导水槽共 6 个导水槽铝合金板厚度初步定为 3 mm非安装节点处导水槽与玻璃幕墙之间需设置防震垫层，并采用玻璃胶或其他材料来实现导水槽与玻璃幕墙的无缝连接

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雨水收集方式• 结合屋面排水系统收集裙楼屋顶雨水，收集的雨水经管线合流至地下雨水处理间

雨水处理间及储水空间• 收集裙楼屋顶的雨水，经处理后用于室外绿地浇灌，处理间占地 15 ㎡，地下储水空间 30 ㎡。处理间可根据设计要求可放于地下或地上

人工湖补水• 本项目规划建造人工湖，屋顶多出雨水及地面雨水经过初期弃流和过滤后可用于人工湖补水


雨水利用——附属楼屋顶及地面雨水利用——附属楼屋顶及地面

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为了保证光照度均匀合理，地下车库照明系统采用 16 个导光筒，单位柱距（ 8.4m×8.4m）设置 1 个，横向、纵向 4×4 放置。

导光筒直径约为 800 mm ，满足地下车库 75 lx 照度要求。导光筒室外部分可与景观结合、也可以在保证水质良好的情况下，导

光筒与景观水体结合。建筑需预留空洞，并提供地面部分到地下室的剖面图；还需与建筑、景观专业确定导光筒的具体位置及与景观结合的情况。


地下车库导光筒采光地下车库导光筒采光

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设计依据• 诱导通风：提高空气品质，降低能耗


地下车库诱导通风地下车库诱导通风

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传统地下通风气流组织

诱导通风气流组织

传统通风方式气流组织不好，气流影响的范围比较小，而诱导通风气流组织良好，每台诱导通风机都可以把其区域范围内的气流组织良好，以达到保证室内空气质量的要求

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设小汽车的总排量为 0.45m3/min,汽车尾气中 CO含量为 5.5%,则一辆汽车 CO的发生量为 0.025 m3/min,汽车的出入频率为 0.6,停车库汽车平均时间为 2 分钟，东塔地下总车位 1700个，则 1 小时全部汽车发生的 CO量为 42.6 m3/h

每个停车位占地面积为 6 平方米，加上配套通道占地面积为 8 平方米，所以车库的面积约 13600平方米，车库设计换气次数取为 6 次 /h，则每小时需要的通风量为 81600 m3

每台 FYA型诱导通风系统所负担的车库面积约为 100m2，则需要FYA型诱导通风系统 136 个



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中央空调智能控制系统中央空调智能控制系统

天气控制

通风（手动）

执行器

输出其他输出量防火空调控制

天气传感器

混合模型控制


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