落基山研究所新办公总部——无集中供暖和空调系统

2016-03-23  美国《建筑》杂志

 

  ZGF建筑事务所如何拥抱来自科罗拉多州能效要求最高客户的挑战?

  Architect Magazine

  March 23, 2016

  ByDAVID HILL


  落基山研究所位于科罗拉多州巴萨尔特镇的新办公总部

  若要评选全美最具可持续发展理念的办公总部建筑,那就非落基山研究莫属。这家总部位于科罗拉多州的非营利机构由美国著名能效专家卢安武于1982年创立。落基山研究所不仅是一家智库,而且是其研究成果的践行者,为企业和政府等客户提供节能战略。早在节能建筑标准LEED出台之前,落基山研究所就已开始宣传被动式太阳能和加厚绝热墙的节能优势。2009年,落基山研究所协助完成了对纽约帝国大厦耗资高达5.5亿美元的“深度改造”,其中包括将这棟摩天大楼全部6,514扇双悬窗改造为超隔热玻璃。

  现年68岁的卢安武曾在1984年在科罗拉多州斯诺马斯设计并建造了一座著名的超级能效房,成为了高科技低能耗建筑的典范。Mother Earth News杂志当时用大篇幅报道介绍了该房屋所使用的氩气填充双层玻璃窗和低流速的If? Cascade马桶。卢安武和他当时的夫人Hunter(落基山研究所联合创始人之一)曾共同居住在那里。这座建筑还长期充当了落基山研究所的办公总部,为当时研究所的十几名工作人员提供办公空间。

  随着规模不断壮大,落基山研究所将总部搬入了位于能效房附近的牧场建筑中。该建筑建于20世纪50年代,由美国著名已故歌手约翰?丹佛(John Denver)创立的一家环保慈善组织——Windstar基金会所有。起初,落基山研究所计划在Windstar的地块上新建一座办公总部,但最终未能成行。之后,落基山研究所与附近的科罗拉多州巴萨尔特镇达成协议,取得了Roaring Fork河畔的项目用地。Cara Carmichael,落基山研究所建筑组项目经理,常驻在2004年开设的科罗拉多州博尔德办公室。他对此表示,我们曾对Windstar建筑进行过重新改造,“但它无法满足我们的需求。房屋的隔热性能很差,不能达到可持续建筑的标准。”

  落基山研究所新办公总部的二楼办公区

  最终,落基山研究所拥有了一座与其使命相匹配的办公总部。2016年1月份,这一办公室遍布全美及中国北京并拥有140余名员工的研究所将总部搬入了位于巴萨尔特镇中心的落基山研究所创新中心(沿该镇82号公路以东18英里的地方就是著名的度假胜地阿斯彭镇)。这座由俄勒冈州波特兰事务所设计的被动建筑获得了LEED白金认证,并有望实现净零能耗。这里不但可以作为舒适的办公场所最多可供50名工作人员办公(目前有25名工作人员常驻),同时也是可持续设计的标杆建筑。

  落基山研究所表示,这座建筑是北美最寒冷气候地区能效最高的建筑,它的耗能比同一地区的同类建筑低74%。更重要的是,它仅配备了一套小型供热系统——局部电热地毯,并且仅在每年冬天最冷的几天使用。它的总输出功率大概仅相当于16台吹风机的功率。而且,这一办公大楼没有配备制冷系统。这些对于在海拔高达7,000英尺(约2,133米),一月份平均低温约为零下16摄氏度的地方来说有些不可思议。Carmichael说:“没有集中供暖系统的办公建筑是极其罕见的,特别是在这样的气候地区。”



  办公大楼一层

  ZGF建筑事务所合伙人、美国建筑师协会会员Kathy Berg表示,卢安武和他的同事们挑战了建筑设计的极限:“这非常令人激动。因为大多数情况下都是我们在劝说客户采用可持续建筑方案。而落基山研究所却主动询问我们‘你们是否设计过没有任何机械系统的建筑?’我们当时的答案是没有。”

  Berg的同事、项目首席设计师Justin Brooks回忆ZGF建筑事务所第一次与卢安武会面的情景,当时卢安武提出了很多个关于建筑制冷和玻璃抗阻性的问题。Brooks表示:“我们当时就知道,他肯定会给我们提出很高的技术要求。”

  这座面积为15,600平方英尺(约1,500平方米)的两层建筑为了充分利用科罗拉多州充足的阳光资源,在屋顶安装了装机容量为83千瓦的太阳能光伏系统,产生的电能足够支持整座建筑外加五辆电动汽车的充电需求。同时,它还配有一套40千瓦的电池储能系统,以缓解建筑在用电峰值时的需求。大片朝南的玻璃窗能够在寒冷的月份充分吸收阳光,而自动遮阳系统能够在夏天控制热量的吸入。

  落基山研究所大规模使用朝南玻璃窗

  当然,如果建筑不是超强隔热,所有这些努力都是徒劳。落基山研究所采用了标准非常高的材料:墙面热阻为50,屋顶热阻为70(屋顶使用了厚达12英寸的结构保温板)。窗户使用了四层窗格并填充了氪气。项目经理Carmichael 赞叹道:“整个建筑严密得不可思议。”

  根据美国被动房研究所的数据,该座建筑确实成为美国有记录以来气密性最高的建筑之一。所以该建筑能在冬季保持适宜温度,而在夏季,当白天气温达到32摄氏度以上时,一些窗户会在晚间自动打开,带来凉爽的空气。(巴萨尔特气候干燥,夏季夜晚比较凉爽。)此外,墙壁中的一种以树脂为原料的相变胶质能够在夏季的夜晚吸收凉爽空气并在白天释放,以提高建筑的舒适度。

  南向窗外景色


  一般来说,办公建筑都使用空调系统将室内温度保持在20-24摄氏度之间,甚至包括人们头顶上的空间,这是巨大的能源浪费。落基山研究所则采用了一套完全不同的方法,将温度的调节范围扩大到了18-28摄氏度之间。

  设计团队考虑了一系列会影响人们舒适感的因素,诸如室内空气流速、湿度、员工衣着和活动水平以及辐射面温度等。同时,建筑师们已经几乎解决了因为隔热能力差的墙体和窗户而造成的冷空气流失的难题。另外,落基山研究在掌控舒适感方面也给了员工们极大的自由度(所有影响因素都可以在一个名为“热舒适工具”的在线系统来进行计算和监测)。冬季,员工大多穿毛衣和羊毛衫;夏季,人们可以穿短裤和短袖衬衫——落基山研究所轻松的办公氛围也促使了这一点的实现。由于员工并没被固定在特定办公桌或隔间,他们可以随意在建筑物内挑选任何舒适的地方工作。比如,如果一名员工感冒了,那么他/她可以到朝南窗户更近一些的位置办公。

  “超级座椅”也是落基山研究所办公总部的亮点之一。这款座椅由加州大学伯克利分校建筑环境中心所发明。工程师(同时也是落基山研究所的合伙伙伴)Peter Rumsey正在将这款座椅推向市场。虽然它看起来和普通黑色办公椅没什么区别,但其内部安装了加热部件(就像豪华汽车座椅一样)和风扇。因此,它可由用户自行调控。该座椅用电池驱动,只消耗如一个加热器的一小部分能量。落基山研究所给新办公总部采购了70把超级座椅。Berg表示:“相对于传统的为整座建筑物提供供暖和制冷,我们只对建筑物中的人提供供暖和制冷服务。”


  专业的ZGF建筑事务所

  卢安武曾清楚地表示,这座建筑不仅具有科技感,外观也要漂亮。Berg记得在一次会面中,卢安武说道:“这座建筑应该让人进入时感到愉快,使用时感受到健康和高效,离开时觉得不舍。”建筑师们将他的诉求牢记于心。Brooks说他希望这座建筑“看起来像拔地而建”。所以在外部设计上,他选择将科罗拉多砂岩、钛锌板和未经处理的杜松木结合起来。因为对当地地形的偏爱,特别是对白雪飘落在突出山石与峭壁上的情景无法忘怀,使得Brooks用磨损和有纹理的砂石墙面设计出了类似的效果。在建筑北面,外墙被细长的纵向窗户隔开,产生了一种山脉起伏的感觉。

  在内部设计上,Brooks使用了同样的朴实色调材料,如混凝土地面、本地的防虫害木材以及有交错叠层感的木质板材等。建筑的一层设置了一些办公区域,主要用来招待来访客户和学者,以及召开会议或研讨会。二层的大部分区域被设计成了开放式办公区,同时也设置了一个阅读室,一个会议室和一个位于拐角处供卢安武使用的独立办公室。

  从一开始,落基山研究所就阐述了新建筑的建造过程与建筑本身同样重要。因为落基山研究所希望借此来激励其它企业老板、开发商和建筑师建造类似的高能效小型办公建筑。Carmichael认为这是一种很普遍的建筑类型,90%的美国商业办公建筑都小于25,000平方英尺(约2,322平方米)。落基山研究所新建的办公总部共花费1,367万美元,仅比在相同地点建造一座传统结构建筑(无任何净零能耗或其它高级功能)的费用高出了10%。但节约能源的费用、维护成本以及员工效率提高所产生的收益,都使此项目投资回收期缩短为4年。Carmichael说:“这真令人感到兴奋!因为它证明了实现净零能耗的成本并不是很高。”

  同时,落基山研究所也希望其他项目可以学习此项目的综合项目交付方式。落基山研究所、ZGF建筑事务所和总承包商签署了一份多方协议,以确保各方都能够在预算内按时完成共同目标和财务回报。Carmichael表示:“我们仍在认真审阅相关数字,不过结果看起来是相当乐观。”

  Carmichael表示:“我们希望通过这个建筑真正唤醒整个产业,而不是要在各地建起10万座与其一模一样的建筑。我们的项目是根据建筑所在地的特殊地理位置和气候条件专属设计,因此照搬此项目到佛罗里达是行不通的。但我们希望借此能够启发人们产生同样的想法,去设计属于他们自己的具有可持续发展理念的办公建筑。”