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细数世界上那些最科技范的“零能源”建筑

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邢远 发表于 2017-12-24 12:18:53 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
近年来,建筑总能耗所占的巨大比例(大约35%~40%)对全球能源与气候发挥着越来越大的影响,这是推动智能建筑应用增长的主要因素。

“零能源”(Zero Energy)建筑在近几年获得尤其多的关注。顾名思义,这些建筑所消耗的能源等同于自身所生产的能源当量。而自2017年以来,来自世界各地的房地产开发商、不仅关注将商业建筑通过加装及改造智慧系统以实现“零电力建筑”的目标,更把定义延展到包括水、空气、光线、建筑材料等资源角度,从而实现更高的资源零损耗的诉求。


从技术层面来说,建筑有助于长达数天的及时能量转移。如何在保持与提高其室内环境与舒适性的同时,降低其总能耗占比。在这方面,建筑自动化是一项关键技术。通过增加自动化以及修改设计,这一潜力可以得到优化。


现代化的智能建筑更离不开数据,利用天气数据与能源价格数据等外部数据来制定其预测控制策略。比如,通过房屋主人的日程表,可以预测房主什么时候在家,并依此满足房主的舒适性需求。如此,系统就可在没有住人的时候调节能耗,从而让建筑物更具灵活性。


大量的监控设备是建筑自动化的前提,而数据也正来源于此。一幢配备精良的现代化办公大楼能够通过10000个高频数据传感器,轻松实现数据供应,如果数据公开共享的话,则可推动物联网这一全球性发展趋势,这为智能建筑与建筑自动化向新市场与仍然未知的市场提供数据。


许多建筑已经配备了某种监控系统:能源管理系统(EMS)、Konnex(KNX)、单体建筑物管理系统(BMS)或诸如此类的系统。配备这些系统的目的是为了提供照明、空气质量、供暖与制冷等相关服务,以及在节能与能源效率方面优化能源消耗。


来自全球六座城市的建筑在实现零能源这个目标上,都具有较强的代表性并呈现各自的发展差异:


高觅上海办公室


Glumac(高觅)是知名的美国建筑设计顾问公司。高觅在上海的办公室,是中国第一个零水耗零能耗的办公室。该项目在亚洲第一个获得 Living Building Challenge (LBC)认证,同时也是中国第一个获得 LEEDv4白金级的办公室。这间办公室还是全球第一个获得RESET健康认证的项目。将楼宇管理系统同实时空气质量监测的结合是一个新的领域:Glumac办公室内的空气质量由一台专业的建筑管理体系控制,可监测氧气、挥发性气体排放、PM2.5悬浮粒子、一氧化碳、二氧化碳水平和湿度,检测结果将直接显示在办公室的屏幕上,工作人员及游客能通过智能手机访问。空气经过过滤后,它含有的颗粒物不足室外空气的1/10。


亚马逊新总部大楼


亚马逊正在建设中的新总部大楼,是三个透明一体化的球形建筑结构。三个被称为“亚马逊星球”的高科技温室,预计将于 2018年初开放,通过智能系统调节,里面将会种满各种奇珍的温室植物,这是亚马逊试图利用建筑内部的自然景观来激励员工的策略。“亚马逊员工可以在离地面三层楼高的树冠下漫步,在以葡萄藤为墙壁的房间里和同事开会,或者在一条室内小溪旁吃着羽衣甘蓝。”华盛顿大学教授 Margaret O’Mara将“亚马逊星球”看作是玻璃罩下的瓦尔登湖,她说:“这是在回归大自然,它是一座远离城市喧嚣的大教堂。”


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在荷兰阿姆斯特丹,有一栋号称全世界最先进的智慧办公室 Edge,它知道你住哪、知道你开什么车、知道你今天要和谁开会,甚至知道你的咖啡要加多少糖。


应用程序会检查你的行程,你开车到达办公室时大楼会引导你到停车位。接着,应用程序会替你找张桌子,因为在Edge每个员工都没有固定的座位,工作位置是根据你当日的行程,判断你需要有座椅的座位、站着的座位、隔间座位、会议室、阳台座位,还是请勿打扰的座位。


大楼的中庭是太阳能系统集成中心,每一层楼的网状隔板加强办公室空气流动,空气上升从屋顶出去,创造自然的通风系统,气流变化让在室内办公的人感觉像在室外,即使在一个风雨交加的日子,透过自然光与玻璃角度,大楼光线仍然保持明亮。此外,他们使用机器人做夜间巡逻,以及通过数字天花板侦测哪些地方特别需要清洁,当晚清洁人员与就能知道哪些地方特别需要打扫。厕所内的擦手纸也有传感器,让清洁人员知道哪些厕所使用最频繁。


哥本哈根联合国城


联合国城位于Marble码头前端,是哥本哈根滨海新区——北港区中心地带的第一座新型建筑。建筑为设立于哥本哈根的联合国组织的1500名员工提供办公场所。在能源效率与气候友好程度方面,这座建筑已经达到最高水准。在联合国城的建设过程中,绿色思维是首要基础。建筑重点关注的是联合国的需求与价值,以达到联合国对该建筑的1000多项需求。热交换器可将冷海水泵入大楼以将其冷却。屋顶上放置了1400多块太阳能电池板,可节省30%的电耗。屋顶采用植物性材料制成的白色可回收膜建成。最后,该建筑每年可收集大约300万升雨水,这足够用于大楼内厕所的冲洗,每天约可冲洗5300次。

西雅图布里特中心


美国西雅图布里特中心,被设计成世界上最大的功能型商业居住建筑,也是目前北美最大的绿色建筑。耗资3000万美元建成的这座大楼,比一般的西雅图办公楼少消耗约83%的能源。布里特中心用太阳能电板收集阳光发电,夏天收集太阳能,多余的部份可以储存在电板里供冬日阳光不足时使用,达到全年生产的能源可以完全实现自给自足的程度。建筑主动采集雨水,用滤膜、超滤及紫外线杀菌处理。所有废水处理过才排放,厨余经处理机处理后送至外部成为肥料。


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谷歌新办公大楼


2017年4月,谷歌宣布开建一栋自主设计的智能办公大楼。这是谷歌首次尝试设计自己的办公大楼。为了这个新的办公大楼,谷歌已经筹划了将近 10年的时间,两年前首次披露了这个大楼的建设计划,并开始向 Mountain View市政府寻求批准。大楼建筑面积为55000平方米,可容纳2700名员工。


这座风格独特、充满科技范的谷歌新大楼,从高处俯瞰,主建筑的外形非常不规则,呈现出某种割裂感和神秘感,谷歌方面表示,这种设计其实是为了让它看起来更像一朵云。不要小瞧了这个表面,外形独特的穹盖,能够为屋内提供柔光;实际上,它将会是有史以来最为庞大的办公室太阳能装置,远远超过了这栋建筑本身所需的能耗。除了太阳能装置,这座新的大楼还装备了雨水收集和循环使用装置,在水资源的高效利用上也不遗余力。


不过,智能建筑的日渐普及也带来了黑客攻击的隐忧。配备大量联网设备、依靠互联网控制的智能建筑容易成为黑客的目标,安全漏洞使黑客能够轻易取得控制权。管理咨询公司毕马威(KPMG)网络安全业务合伙人Martijn Verbree表示:“商业建筑比许多建筑所有者和经营者想的要脆弱得多。给这些建筑加入新的联网设备,就是每天添加新的漏洞。”


《碟中谍》、007系列电影、《虎胆龙威》等也一再重复建筑物在电子攻击下落败的戏码。锁具、旋转门和监视摄像头都由计算机控制的智能建筑,会不会成为下一个黑客的主战场?如何将黑客阻挡在智能建筑之外,会成为智能建筑发展的新挑战。


城市的狂想


与智能建筑同时演进的是智能城市的建设。


谷歌未来之城


谷歌母公司Alphabet旗下专注于研究智慧城市的Sidewalk Labs公司创始人兼CEO Dan Doctoroff表示,希望向世人提供一个未来城市的范例。他认为,迄今为止没有一个城市能作为未来城市的样本,或者说它们甚至都不沾边。“城市的未来在于,城市生活方式能够显著改善全球各地城市中生活、工作和成长的人们的生活质量。”


Sidewalk Labs于2015年成立。其创始人Daniel Doctoroff曾在布隆伯格时期担任纽约市副市长,分管经济发展和重建。他最为人熟知的就是推动了纽约城市发展,将纽约曼哈顿和布鲁克林区许多曾经的工业区变成了如今林立的办公楼和公寓大楼;重建了世贸中心遗址;进行了全美最大的城市经济适用住房计划。


创立Sidewalk后,Doctoroff对于城市发展的野心体现在了智慧城市上。经过长达一年的激烈争夺,谷歌在今年10月17日宣布,未来城市的落地有着落了,选址加拿大的多伦多滨水区,在那里建设一个名为Quayside的12英亩试验区。


Sidewalk Labs设想的这个城市将“基于互联网而打造”,而这涉及从建筑到城市服务的各个方面。建成后,自动驾驶汽车、自动感应行人的交通信号灯、模块化的房子以及通过管道运送货物的机器人都将成为可能。


这个智能城市将集成热能传导技术,从而在制热和制冷上节省大量成本,并降低能源浪费。在水资源利用上,新型的水管系统也将能帮助居民节水,并对非饮用水进行再利用。此外,这里的垃圾桶也将集成大量传感器,并能实现对垃圾进行自动分类。


交通方面,试验区将禁止私人车辆,取而代之的是自动驾驶的公共汽车、冬天可以加热的自行车道。Sidewalk Lab表示,将在试验区测试各种类型的自动驾驶汽车,合作伙伴就包括Alphabet研发的自动驾驶汽车Waymo。


Alphabet主席Eric Schmidt和加拿大总理特鲁多在多伦多宣布了这个决定。“如果有人给我们一座城市,让我们管理,我们会开始思考所有我们可以做的事。从我们的角度来看,这不是一个随机的活动,而是近十年来思考技术如何改善人们生活。”


Doctoroff曾表示,由于城市规划者和技术执行者之间缺少理解,过去许多建立智慧城市的努力失败了,这也这是为什么专注于提升生活质量的Sidewalk和科技巨头谷歌的联手十分特别。Sidewalk方面已经承诺5000万美元的初始资金,用于联合规划和试点项目测试。


世界首富之城


目前身家达860亿美元的比尔·盖茨位居全球首富,他的投资遍及各大领域,由对抗疾病、教育到创新科技都有。而盖茨的最新一个计划是:由零开始建造智能城市。


由比尔·盖茨领导的投资公司Cascade Investment投资8000万美元在亚利桑那州建设“智能城市”。按照计划,这一智慧社区将实现高速网络、自动驾驶汽车、数据中心、新型科技制造业和自动物流枢纽等。


对微软创始人比尔·盖茨而言,建一座城市将是他的下一个目标。比尔·盖茨在亚利桑那的荒漠中购买了约100平方公里的土地,而这片土地最终将成为一座“智能城市”。


美国城市联盟的解决方案和应用研究中心主任Brooks Rainwater表示:“在这个新社区进行的实验有可能证明新的智能城市概念的可行性,并为全国乃至全球的城市提供典范。”


虽然这片土地还在沙漠之中,亚利桑那州的科技顾问Ron Schott表示,比尔·盖茨买下这片土地是一个明智之举——新规划的11号州际公路有望继续穿过Belmont智能城市,直通拉斯维加斯。


这个城市会有18.2千人口居住,和附近的亚利桑那州的Tempe人口相当。作为最前沿、最有前瞻性的社区,其中约15平方公里将用作商业大厦、办公和零售商店,约2平方公里的面积用作学校,同时,城市中还将配备8万个居住单位。“Belmont将创建一个具有前瞻性思维的社区,其通信和基础设施将包含围绕高速数字网络、数据中心、新制造技术、自动驾驶汽车和自主物流中心而设计的尖端技术。”


在沙漠中建造智能城市,或许还是一个远大的理想——亚利桑那州严重缺水,而且气候变化使得夏季比以前更长、更炎热,经常发生野火。Belmont能否按照最初设想,秉持环保原则建造智能城市仍是问题。


大富翁的游戏?
在今天,大多数所谓的智能城市只是拥有一些或者少量出色的智能系统。比如说在匹兹堡,宾夕法尼亚州运输部正在使用一种投资3000万美元的智能信号灯系统,能够利用自适应交通信号系统来读取交通状况并且及时作出调整保持交通顺畅。


在距离硅谷约1250公里的哥伦布,美国交通局和微软亿万富翁保罗·亚伦(Paul Allen)旗下公司正在试图打造一套智能交通系统。除了安装感应交通信号系统,还会装载消灭开车盲区的智能车载系统以及智能停车系统等等。


此外,堪萨斯城投资近1500万美元打造了一种智能照明系统,将在全新的有轨电车路线安装200个灯。这些灯内将配备内置传感器和摄像头用于探测行人,当周围没人时会关闭来减少20%~30%的电能损耗。这两个项目都代表了智能城市技术的潜能,但是它们无法代表完整的智能化城市网络。


一座智能城市需要以技术和数据驱动为基础,打造一种高效且富有弹性的城市系统。它们被设计成一种具有未来感的城市,利用技术和数据改善居民生活质量,并且更积极地对城市需求做出反应。从理论上来说,这些目标是能够完成的,未来的城市技能借助庞大的运行系统运作,这些系统将能够让市民随时享受到宽带服务和诸多传感器操控的城市功能。


EasyPark集团公布2017智能城市指数之后发出这样的思考:考虑到最近几年智能城市概念得到的全球投资和公众关注,智能城市潜能的挖掘是值得我们探讨的。不得不说的是,如果建造智能城市时忘记考虑一些非科技的因素,如政府、当地社会状况等,那智慧城市能否成功还将面临挑战。
尤其是,智能化城市潜能与现实存在差别的主要原因在于智能城市是数字世界与非数字世界混合或者两者发生冲突的可能。当智能城市计划启动时,遗产管理、社会公正、意识形态、隐私和金融等非数字领域的挑战会成为大的因素。这些基本城市元素与其它长期存在的城市问题组合到一起时,就会带来巨大的挑战。


对此,英国《卫报》记者提出了一个尖锐的疑问:一座缺少人情味的智能城市,居民会愿意前往居住,并最终产生归属感吗?这是否只是科技巨头们为满足自己“统治一座城”的私欲而一时兴起的游戏?


《建筑的边界》


《灾难遗址上重建的绿建筑,环保与商业的共存》


《细数世界上那些最科技范的“零能源”建筑》


《互联网建筑的重构对话》






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