MAD、斯蒂芬·霍尔、IAAC、Becker Architects等建筑事务所如何将再生能源融入建筑？
本文转载自公众号CA当代建筑，未经授权不得二次转载近年来，随着社会技术的发展，人们对于气候变化的不断重视，可再生能源在各行各业的应用也变得越来越广泛。减少建筑对能源的消耗，降低建筑生命周期中产生的碳足迹，以及创新使用可再生能源，将能源系统和建筑美学有机的结合在一起，是21世纪建筑行业的必然趋势之一。
此次，小编例举了5种最重要的可再生能源，通过一些建筑案例和大家一起分享关于不同能源在建筑中的应用。
01 太阳能
SOLAR ENERGY
The Fab Lab House©IAAC
这一能源大家都很熟悉，由阳光产生，并通过太阳能光伏板转化为电能。由于可持续、安全、可靠和清洁，它是可再生能源的首选。它也是一种最容易和最便宜的可再生能源，能够安装在住宅中作为替代能源。目前，以光伏和热集热器形式出现的太阳能技术在价格上有相对优势。然而，它们的使用并没有达到预期，特别是在建筑领域取代化石燃料的使用。
这些技术在建筑集成中不流行的主要原因是缺乏良好的建筑质量，无法满足预期的设计考虑。好消息是，建筑师在设计和实施方面正在探索新的创新方法，以便将现代技术组件与建筑的规模、比例、材料、配色方案和平衡相匹配。
1-ENDESA太阳能示范屋 | 设计：IAAC
©Adria Goula
这座人性化十足的太阳能示范屋，由西班牙的加泰罗尼亚理工大学建筑学院（IAAC）设计，作为2012年在巴塞罗那举办的，智能城市博览会中的展馆之一。
建筑是一个多尺度的建筑系统，立面由模块化的建筑构件组成（如太阳能砖），响应光伏获取，太阳能保护，绝缘，通风，照明等等。作为一个几乎集成了所有房屋需求的单一组件，它向人们展示了建筑如何从”形式追随功能“到”形式追随能量“的演变。
©Adria Goula
最终的建筑形体呼应了场地的能量变化。展馆向南变得通透和活跃，相互作用的能量被最大化。相反，北向是封闭的，最大限度地减少了热量传递。更高的悬挑可以收集更多的能量，并在夏季对入射辐射有更好的利用。
通过太阳能计算软件，连接到参数化设计的逻辑，提供给建筑师一个优化的解决方案。在实际建造中，采用数字化技术，对不同模块进行编码，如何乐高拼图一样将不同模块进行组装，不仅提高了建造效率，也较少建筑施工对环境的破坏。
2-庭院家 | 设计：MAD
©赵春晖
MAD与太阳设备生产商（Hanergy）合作，在2018年设计一个开放式展馆”庭院家“，是一组介于建筑与景观之间的想象力开放的作品。由木条和钢构成的开放网格形成了起伏的屋顶，其开口装有透明的玻璃板。巧妙地放置在屋顶上的太阳能电池板系统能够随着太阳能光线调整倾斜角度，实现高效发电，每天生产的电足够三口之家平均日常消耗电量。
©田方方
3-EPFL新会展中心 | 设计：Richter Dahl Rocha & Associés
©Fernando Guerra | FG+SG
位于瑞士的洛桑联邦理工学院（EPFL）设计了一座新会展中心，在建筑立面的设计上，使用了具有革命性意义的染料敏化太阳能电池（由洛桑联邦理工学院的瑞士化学家Michael Grätzel发明）。外立面的颜色由艺术家Daniel Schlaepfer和Catherine Bolle设计，采用了5种不同色调的红色、绿色和橙色，给整体带来温暖和活力。
这是EPFL在能源领域的主要合作伙伴Romande Energie首次在建筑上的结合，其意义更为重大，向人们展示了可再生能源技术在建筑设计中新的可能性。
4-自适应太阳能立面 | 设计：ITA ETH Zürich
©ITA ETH Zürich
苏黎世联邦理工学院开发一种太阳能立面，使用可移动的太阳能电池板发电，同时能够用作遮阳，以适应不同的天气条件和内部所需的使用环境。
创新的立面由可移动的太阳能电池板阵列组成，这些电池板安装在轻型钢缆网络上。它们被单独控制，并由机器人元件控制垂直和水平移动。这些机器人驱动器是这个系统的核心:软材料的组合可以在压力下改变它们的形状，一个刚性的U形关节可以使它们锁定在合适的位置，以抵御恶劣的天气。
©ITA ETH Zürich
5-OPV太阳能树 | 设计：OPVIUS GmbH, Merck KGaA, Carl Stahl GmbH, Hager SE, Schmidhuber Architekten und U.I. Lapp GmbH
有机薄膜太阳能电池（OPV)
这是2015年米兰世博会最具特色的建筑技术作品——太阳能树，是世界上第一个基于有机薄膜太阳能电池（OPV)设计的光伏系统，这些模块被安装在一个蜂巢状的钢网中以使得光线能够穿透。白天储存的太阳能，将用于夜晚的照明。
该项目由德国多个公司共同研发并设计，世博会之后，Merck公司在达姆施达特对其进行了重建。
02 风能
WIND
伊朗传统建筑中的风塔
马斯达尔城的现代风塔©MIST&MIT
风能在建筑设计的另外一个用途是自然通风和温度调节，由于资源的有限性以及减少能源消耗的需求，未来空调系统的比重将不断降低。许多建筑师和工程师都转向这种被动式系统，以提高室内的热舒适性。目前也在探索在建筑设计利用风能的方法,同时也在重新审视传统的方式,例如风塔（捕风器），它是伊朗的一种建筑元素，通过从上而下的风来创造自然的通风。阿布扎比著名的马斯达尔生态城采用了这种方法，为城市所有狭窄的街道通风，并将街道降温至5摄氏度。
6-巴林世界贸易中心 | 设计：WS Atkins PLC
©bizbahrain
©Orhan Ozhan/Panoramio
巴林世界贸易中心是一座高240米，50层的双塔综合大楼，于2008年竣工，这是世界上第一个将风力涡轮机融入设计的摩天大楼。两座塔楼通过三座天桥相连，每座天桥装有225千瓦的风力涡轮机，总风力发电能力为675千瓦。每个涡轮机直径29米，并向北排列。两侧的风帆状建筑设计成漏斗状，通过空隙提供加速风通过涡轮机，确保任何从中轴的任何一边45度角的风都会产生与涡轮机垂直的气流，这大大增加了他们发电的潜力。
风力涡轮机将为塔提供11%至15%的总电力消耗，相当于为大约300个家庭、258家医院、17家工厂和33个汽车发动机提供的照明。
7-Strata SE1高层住宅 | 设计：BFLS
©Will Pryce
Strata SE1是由BFLS建筑事务所设计的超高层住宅，建筑高度148米，共43层，于2010年完工。Strata SE1由于其独特的造型被当地人称为“电动剃须刀”，并被评选为2010年伦敦最丑建筑(Carbuncle Cup)。
建筑顶部设计有三台9米直径的风力涡轮发电机，可为楼内住户提供每年50兆瓦时的生活用电。但由于实际运行过程中产生的大量振动和噪声，影响结构安全和居住舒适度；以及需要经常的维护开销，综合这些因素，风力发电设备一直处于停止运行状态。
©Will Pryce
8-风树 | 设计：NewWind
©Newwind
Newwind开发的人造“风树”，即使是最轻微的空气流动也能发电。这棵树高8米，由一个钢铁树干组成，延伸的树枝上夹着100片塑料“叶子”。其目的是利用城市建筑和街道之间的微小气流，为LED灯、汽车充电站或住宅供电。
9-世界上最大的建筑整合风力发电系统 | 设计：Venger Wind&SWG Energy
这是世界上最大的建筑整合风力发电系统，位于美国奥克拉荷马医学研究基金（OMRF）的屋顶，总共由18座，高5.7mx宽1.7米的全方位螺旋状装置，材质为钢及飞机等级的铝材，旋转最高时速时可产生4.5千瓦的电力。
据说这组风力发电模组也非常安静，运转时发出的声音只比环境噪音多不到6分贝，这个风力发电的设计是改良1992年芬兰工程师Savonius设计的Savonius wind turbine，不过演变至今已经有大幅度的改良。
10-Margot and Harold Schiff 公寓 | 设计：Murphy/Jahn Architects
©Murphy/Jahn Architects
8个520H风力涡轮机被水平安装在了这个96个单元的公寓屋顶上。该建筑由Murphy/Jahn建筑事务所设计，是建筑风能集成技术的典范。建筑的几何形状和方向是专门设计的，以增加流过屋顶的风速。风力涡轮机在2006年8月安装，2007年初开始为大厦发电。
©Murphy/Jahn Architects
03 水电
HYDROPOWER
水力发电是由落水或流水的动能所产生的动力。它可以产生于溪流、湖泊和河流或人造结构，如大坝、泻湖和水库。在水电利用中几乎不使用燃料，碳排放量非常低。
水电是直接连接到水源, 它与建筑的融合是具有很大挑战性的, 建筑师们也开始寻找解决方案，在建筑设计中引入这种类型的可再生能源。
其中最有趣的一个项目是由贝克尔建筑事务所设计的位于德国肯普滕的水力发电站，它将水力能源的概念提升到了一个全新的水平。新建成的高效水力发电站每年为约3000户家庭提供1050万千瓦/小时的环保电力。
11-德国肯普滕水电站 | 设计：Becker Architects
©Becker Architects
这座建筑位于伊莱尔河左岸；新的高效水电站取代了1950年代的一个老电站。该厂于2010年11月竣工，每年可为4000户家庭提供14千瓦时的电力。工厂的外部是光滑的白色混凝土，就像一个巨大的卵石，而内部是洞穴状的，Becker Architekten还在项目中融入了一座钢制人行天桥和自行车桥。
©Becker Architects
04 地热能
GEOTHERMAL POWER
地热能可以在世界上几乎任何地方利用来产生热量和电力。人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。如今通常用于住宅供暖和制冷，以及发电。
虽然地热不是最广泛使用的能源，但它是目前为止最有效和可持续的系统之一，许多项目正在将这一解决方案整合到它们的设计中。冰岛是使用地热能最突出的国家，大约85％的冰岛房屋都由地热能供暖。
12-北京当代MOMA | 设计：斯蒂芬·霍尔（Steven Holl）
©SHU he
当代MOMA是世界上最大的地热供暖和制冷系统之一。作为住宅建筑中最大的系统之一，地源热泵系统提供了大部分的冷热负荷。它由600口地热井组成，地下100米深。
此外，所有公寓单元的灰水都被回收利用，用于灌溉、厕所冲洗和池塘水的再平衡。通过使用辐射制冷和采暖、置换通风、外部遮阳窗、局部FCU和加湿，以及高性能的外部建筑，也能使公寓单元的能耗降至最低，舒适度最大化。
©Iwan Baan
05 生物质能
BIOENERGY
对于今天的绿色建筑来说，生物质能仍然是最有前途但仍未充分利用，作为一种实用的、可再生的、可负担得起的绿色建筑能源，我们对其也需要更多的关注。此外，生物能源燃料和设备是在当地生产的，除了提供区域生态价值外，还为社区提供经济效益。生物质能是来自动植物的有机物质，是一种可再生能源。生物质能包含来自太阳的储存能量。当生物质燃烧时，生物质中的化学能以热量的形式释放出来。它可以直接燃烧，也可以转化为液体生物燃料或沼气，作为燃料燃烧。
德国科尔巴赫的Christoph Hesse建筑事务所设计的F别墅是一个非常意义的案例，它展示了如何投资生物能源来创建一个自给自足的社区。除了支持使用可再生能源外，该项目还旨在加强当地经济。随着时间的推移，村里所有的房屋都与F别墅的这个运行机制形成联系，能源运行成本显著降低，从而受益。建立自我供电社区的概念是通过有关公民的主动行动发展起来的。
13-F别墅 | 设计：Christoph Hesse Architekten
©Christoph Hesse Architekten
节能和保护环境是该设计的主要主题。建筑能源的供应和处理通过沼气系统自给自足，不在需要城市电网的支持。
近年来，随着来自林业、农业和废弃物的生物质被用于生物能源村发电和供热，沼气获得了巨大的吸引力。在全球范围内，其大量的能源含量可以减少对化石燃料的依赖。
©Christoph Hesse Architekten
14-霍奇基斯生物质发电厂 | 设计：Centerbrook Architects & Planners
©David Sundberg/Esto
该建筑位于一所校园内，从校园里望过去，建筑的造型很像一个展馆，教室或者博物馆等等，事实上，这是一个生物质发电厂。它燃烧收集而来的木屑，为霍奇基斯中学供暖，这所学校有600多名师生，85栋建筑。
国际气候变化专门委员会(International Panel on Climate Change)指定了一种碳中性燃料，这些来自当地的木屑是可持续管理森林的副产品;它们每年可以替换大约15万加仑的进口燃料油，总体上减少了排放，最显著的是减少了90%以上的二氧化硫排放。废弃物被收集起来用作学生们照料的菜园的肥料。
©David Sundberg/Esto
15-施文迪生物质发电厂 | 设计：Matteo Thun & Partners
©Jens Weber
这座发电厂与附近的锯木厂合作，将木材燃烧的循环变成真正有益的资源:锯木厂的废料以树皮和木屑的形式为发电站提供可燃生物质。反过来，发电站以热能的形式产生能量来满足锯木厂的能量需求，实现了能源在社会环境中的循环利用。
不仅如此，产生的额外能量还会供应给附近的一家医院，而产生的电力会供应周边1450户家庭。施文迪生物质发电厂展示了自然和技术如何成功地结合在一起，在这里，技术意味着发电，而自然提供所需的生物质能来服务这一过程。
©Jens Weber
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