昆士兰大学全球变化研究所.docx

GLOBAL CHANGE INSTITUTE, UNIVERSITY OF QUEENSLAND昆士兰大学全球变化研究所澳大利亚 HASSELL 设计集团摘要：澳大利亚昆士兰大学全球变化研究所设计旨在与自然环境相协调，使办公空间运营实现零能耗与碳中和，为环境修复与再生做出贡献。该建筑外表皮以可随外界环境变化调节的双层垂直曲面移动幕墙为特征，采用了隔热保温性能良好的 ETFE 膜屋顶。研究所将在全年大部分时间 实现自然通风，使用可再生、无污染的太阳能，同时开创了澳大利亚国内结构性地聚合物混凝土使用的先河。 Abstract: The Global Change Institute (GCI) building, which located in University of Queensland has been designed to work with the natural environment and will operate as a zero-energy and carbon neutral workplace. The expression of the GCI Buildings facade is identified by the outer operable layer of double curved longitudinal moving screens that respond to environmental conditions. It also be characterised by the translucent ETFE roof which has excellent heat-resistant properties. It will be naturally ventilated for most of the year and generate and store all its own power on-site through renewable solar energy sources, it also represents the first Australian use of structural Geopolymer concrete.关键词：全球变化研究所 零能耗及碳中和办公空间 结构性地聚合物混凝土Key Words: The Global Change Institute, Zero-energy and Carbon Neutralisation in Office Space, Structural Geopolymer Concrete1 可调节建筑表皮项目要求使用多孔材料使得光线和微风能够穿过，缓和调节极端 环境条件。因此，建筑表皮材料的选择需要同时考虑周边环境和可持 续发展目标，另外，受材料对日间光线条件变化的表现以及季节的影 响，并且应与历史环境形成互动。最终被用于垂直幕墙元素的轻质铝 板成为建筑的重要表皮材料之一。全球变化研究所的外立面以双层垂直曲面移动幕墙为特征，可随 外界环境条件变化进行调节，跟踪阳光并自动调节角度（图 9），控 制光照对室内温度的影响，减少空调负荷，达到节能目的。建筑表皮 由 3 层构成，最外层为可调节穿孔金属板幕墙，中间屏蔽层用于控制 虫害，内层为可调节百叶。利用弹簧将规格精确的金属板幕墙安装在 轻质框架上，使其达到预期的形状并提供合适的刚度。金属板幕墙绕 中心轴转动，用发动机驱动并通过轴基设备箱上安装的驱动轴来控制 多个面板。澳大利亚昆士兰大学全球变化研究所（图 1）由 HASSELL 设计，达到了世界上最先进的可持续发展水平。建筑展示了可持续发展技术 研究，并用于对可持续发展建筑创新解决方案进行试验。建筑设计旨 在与自然环境相协调，使办公空间运营实现零能耗与碳中和，为环境 修复与再生做出贡献。建筑将在全年大部分时间实现自然通风。建筑所有用电都是使用 可再生、无污染的太阳能进行现场发电及储存，剩余电力将回输至国 家电网。昆士兰大学全球变化研究所同时开创了澳大利亚国内结构性地 聚合物混凝土使用的先河，这种混凝土是一种低碳产品，温室气体排 放大大低于传统混凝土。项目作为处于亚热带气候可持续发展前沿的建筑，同时也将是进 行实地研究场所，利用建筑系统和入驻用户来评估亚热带地区低能耗 建筑的理想的舒适条件（图 2 8）。065图 9 白天自动跟踪阳光的可调节遮阳系统图 10 可调节遮阳穿孔金属铝板ECGB工程案例 | GREEN PROJECT金属板上的穿孔肌理根据视野区和非视野区采用不同的密度，并影响着外立面的视觉通透性（图 10）。在视野区开孔率达 40%，非 视野区则减少为 10%。两者之间通透性逐渐过渡，多孔图案基于有机/ 化学形态的重复肌理，采用转塔冲压方法进行加工。 幕墙在控制昆虫进入的同时也有利于减少眩光。表皮内层包括电动控制的玻璃百叶，其运作由中央管理系统（Building Management System，BMS）控制。玻璃层由贯穿楼层之间的定制铝 / 木混合材竖 向框提供结构支撑，竖向框是一个复合系统，由带有内置发动机的挤 压铝材部分和木材饰面构成。默认的采光区域将尽可能地利用自然光。采光系数受外部多孔金 属幕墙的控制，当光照强度降至可接受的照度水平以下时，人工照明 将被启动。照明大多采用低能耗长寿命的灯具和 LED 装置。最大化 的屋顶高度设计，使自然光更深入地进入工作区域，楼板深度则保持 在使照明最优化的尺寸。2 中庭建筑“绿肺”位于 2 层的中庭（公共学习区）是项目的重要组成部分，为建 筑提供了一个“呼吸核”，用于各种不同的活动与功能。中庭的屋顶 由一排细长的锥形柱支撑，形成结构表现的一部分，并在内部打造出 “森林”的氛围特征。绿墙（图 11）是该建筑生动的绿色标志，是生态建筑挑战（Living Building Challenge）内涵的一部分，也是可持续愿景的体现。绿墙 在空气流通中扮演了重要角色，对改善室内空气质量具有重要的作 用植物通过氧气交换，空气循环，从而净化空气。精心挑选的植 物种植在模块中，通过与雨水收集池相连的喷淋浇灌系统浇水。毗邻 的水景中孕育着水生物种，既有植物也有动物，进一步体现了这一场 所的精神。通过新建开窗和恢复现有的观景窗，使得自然光可以渗入毗邻070图 12 主动学习空间的百叶通风系统图 11 绿墙与中庭空间图 13 中庭空间鸟瞰GREEN PROJECT | 工程案例 ECGB的斯蒂尔（Steele）大厦内，这将为用户提供更好的设施并改善内部空间品质。中庭同时扮演着“绿肺”的角色，利用周边空间与位于斯 蒂尔大楼平台上方的通风烟囱形成对流通风，从而进行“呼吸”（图12）。 用于边界交通动线的露台建在由砂岩和砖石饰面的斯蒂尔大楼旁，通往 3 层，并可俯瞰下方的庭院（图 13）。露台边界优化了庭 院空间，使斯蒂尔大厦内交通流线得以改善，提供了一个非正式社交 空间（图 14、15）。功能空间上方的屋顶是一种具备较高反射系数“coolmax”饰面的辊压钢板屋面，与其下的隔热层结合。色彩与饰面降低了太阳能负 荷，改善了内部环境舒适度，减少了对机械制冷的需求。4 创新性地聚物混凝土楼板地聚合物混凝土以前只用在人行小径、砌筑块和其他小范围的应 用试验中，其在全球变化研究所建筑项目中的结构性使用展现了巨大 的革新力。建筑的结构框架同时采用了传统波特兰水泥为基础的钢筋混凝 土和用于预制楼板的地聚物混凝土（图 17）。混凝土为外围护结构 提供保温层，改善建筑的热工性能。现场和预制混凝土饰面表现并加 强了材料的特点。在某些特定的场所，对表面进行珩磨和抛光以改善 外观和性能。地聚物混凝土预制楼板是在现场之外浇筑的，采用分批配料和质 量控制，以确保优质的混凝土饰面。结合在地板内循环冷却盘管，通 过冷热水循环，对室内及地面进行冷热辐射，调节室内温度，达到制 冷、供暖效果，并向室内提供新风。用于预制混凝土楼板的地聚物混凝土旨在减少总体碳足迹，通过3 半 透 明 ETFE（Ethylene Tetra Fluoro Ethylene，乙烯 - 四氟乙烯共聚物）膜屋顶全球变化研究所的特征包括两个主要的屋顶元素。首先是一 个多嵌板钢结构穹顶空间的中庭庭院，采用了半透明 3 层结构的 ETFE 膜屋顶（图 16），其次是位于建筑功能空间之上的传统构造 屋顶。ETFE 膜材料具备卓越的耐久性，在紫外线或大气污染下也不会 降解，可自清洁，具备优秀的透光和保温隔热性能，蕴能低且可回收， 通过设置不同密度的图案可控制采光和太阳能负荷。ETFE 膜气枕中 的气压和气枕的形状能随着外部荷载的改变而改变，所以其本身也是 一种自适应结构。中庭屋顶采用的三重充气枕系统利用网状加压空气 膨胀，可根据气候条件进行调节。通过压力控制，内层表面向上移动， 与上层表面重叠，从而降低透光率和太阳能负荷。过量的光线还可以 通过在膜面印刷来消除。利用多层膜组成的气枕，并在中膜面和外膜 面印刷反对称图案，达到控制透光率的目的。使用新材料技术支持结构性革新。每 10t 混凝土可减少多达 8t 的 CO排放。预制低温辐射楼板（图 18）在夜间使用冷却水为建筑降温，太 阳能热泵在白天产生冷却水，并储存以供夜间使用。楼板下方表面为拱形，以增加用于温度交换的表面积并加强光 的漫反射。地板送风系统通过架空地板下的夹层空间作为静压箱来2071图 18 辐射楼板示意ECGB 工程案例 | GREEN PROJECT图 14边界社交空间图 15空间通透性展示了活动并提供对外视觉联系图 17采用地聚合物混凝土吊顶的办公空间图 16 ETFE 屋顶为中庭空间提供卓越的自然采光和保温隔热环境072图 19 机械通风系统图 20 自然通风系统ECGBGREEN PROJECT | 工程案例5 野生灌木花园和生物滞留盆地野生灌木花园和生物滞留盆地为项目策略的一部分，旨在抵消项 目对基地的影响，提高大学校园的生物多样性，鼓励城市食用植物栽 培。花园还将在建筑的水循环和废弃物处理中扮演重要角色。教育功 能是野生灌木花园的规划构想，通过引导都市居民进入种植当地物种 的花园达到教育目的，其本意是将该花园作为一种催化剂，使花园的 范围延伸至更广泛的内涵和体验，涵盖整个大学校园。实现送风和其他网络系统服务（图 19）。采用静压箱送风后，送风口与地面平齐设置散流器直接送风至工作岗位。独立送风口使得使 用者既能控制风量也能控制出风的方向，可实现局部环境控制提高 舒适度。项目通过采用加强对流通风和 100% 新鲜空气的原则（图 20）， 利用烟囱效应散热，辅助机械系统解决预计占全年 12% 的非舒适气候 情况，提供内部适宜环境。在建造过程中还利用蓄热体来缓解极端天 气，以满足室内舒适度的要求。毗邻中庭的功能空间，采用降噪声学天花板和可调节百叶隔音 壁。后者可在百叶处于关闭状态时实现空气流动。隔音板位于隔音壁 内，各侧覆有水平百叶以帮助降低噪音影响。6 可循环再生利用全球变化研究所所需的能源 100% 由场地内部产生的可再生能源 提供，同时实现水资源在场地内部的循环利用。073ECGB工程案例 | GREEN PROJECT图 21一层展览空间休息区（1）可再生能源全球变化研究所安装太阳能发电系统，每年发电 175 274kWh， 在满足建筑自身需求后，剩余的电力还将回输至国家电网。屋顶太阳 能板的安装，也考虑了日常维护的便捷性。屋顶在雨水收集中起着重要的作用，可储存 60 000L 雨水，处 理成中水之后就地回用于循环制冷系统、厨房、淋浴和冲厕用水。（2）可回收黑基木材 “生态建筑挑战”体系对建筑材料的生产利用提出了严格要求，石材、金属材料、木材等建筑材料的提取与利用需要提供第三方认证 标准的认证，向没有建立相关认证制度的产业协会提出建议，以此推 动绿色材料产业的发展。全球变化研究所室内装饰性木材尽可能采用 可回收黑基木材（图 21），场地使用的其他硬木则通过森林管理委 员会授权的公司获取。项目信息业主：昆士兰大学 地点：澳大利亚布里斯班昆士兰大学 基地面积：915m2规模：3 865m2 高度：19.2m 造价：3 000 万澳元 竣工：2013 年 7 月项目管理：昆士兰大学房地产部门 + 设施部门 建筑设计 / 室内设计 / 景观设计：HASSELL 建筑设计公司 可持续发展 / 声学 / 消防：Arup 机电：Medland Metropolis 结构 / 土木工程 / 幕墙：Bligh Tanner水力：SPP Group 估算：Rider Levett Bucknall 历史建筑保护：Riddel Architecture 施工：McNab 调试工程师：U