摘要：本文介绍西班牙帕尔马阿尔塔斯科技园区（Palmas Altas Campus）在园区规划和建筑设计过程中，采用系统的设计方法和材料设备，采用太阳辐射控制、自然通风、节能环保电气设备，被动措施与主动措施综合应用，营造出舒适优美的办公环境，实现了绿色与可持续发展。
发展绿色建筑、采用可持续设计是应对全球气候变化的重要途径，对于实现可持续发展、建立循环经济模式、建设低碳社会具有重要意义，是实现绿色发展和建设资源节约型、环境友好型社会的必由之路和有力抓手。国外一些国家已经形成了比较成熟的绿色建筑技术体系和成功经验。本文介绍的西班牙帕尔马阿尔塔斯科技园区，在园区规划和建筑设计过程中采用系统的设计方法和材料设备，采用太阳辐射控制、自然通风、节能环保电气设备，被动措施与主动措施综合应用，营造出舒适优美的办公环境，实现了绿色与可持续发展。
一．设计理念
位于西班牙塞维利亚市的帕尔马阿尔塔斯科技园区占地面积100 000平方米（Abengoa总部办公区面积：27 800m²，其他办公区面积：19 200 m²，停车场占地：3500m²，广场面积：10 500m²），集中体现了可持续设计理念，采用了多种绿色建筑设计手段和设备，以及先进的环境技术和节能措施。该项目荣获了很多著名奖项，包括LEED白金认证、国皇家建筑师协会（RIBA）杰出建筑奖、美国建筑师协会（AIA）杰出环境设计奖等。帕尔马阿尔塔斯园区正式落成时，西班牙国王和王后亲自出席园区落成典礼，目前委托方Abengoa公司已经开始在此办公。设计者在园区规划和建筑设计过程中考量了社会、经济、环境、实用性等多种角度，并注入委托方的企业文化。
1.借鉴安大路西亚地区的传统，在建筑中设置天井，以创造微气候。这项设计的优点在于，它可以创造稳定的微气候，而且在夏季还有降温功效(Figs 4, 5)。可以通过多种途径使天井降温。利用水景是一种非常有效的措施，例如设置池塘，产生蒸发作用；栽植植物，水分通过植物蒸发；或者设置喷雾（喷泉）设备。
2.采用热质并利用热辐射，建筑外表面得到充分利用。这些方法并非首创，例如一种运用特殊陶瓷技术加工的矿物质硬质墙面就是安大路西亚的建筑传统。热质可以有效降低热量的吸收和散失，有利于建筑在夜间保温。露石混凝土结构以及直接与外界接触的混凝土板有助于达到这项效果。
3.地下含水层的热质可以在储冷过程中发挥作用，但是这种方法需要得到相关管理部门的许可，还需要进行一整套环境评估。
4．采用节约用水、水循环、重新收集和雨水贮存等技术。
（1）项目组为天井设计了一个水滴系统，用来促进天井内空气的冷却。空气被压入一个冷却管道，其中布满水滴，通过蒸发降温，为天井提供冷湿空气。这些冷空气可以输送到各个办公空间。
（2）太阳能烟囱可以促进建筑的空气流动，将天井中的冷气传送到其他楼层。南向的玻璃通风管道将屋顶通过热交换形成的热空气通过风力释放出去。
·利用塞维利亚当地较大的日夜温差（大于15摄氏度），利用温差对流设计措施使空间的通风/冷却不需要任何能耗。
·利用热质可以吸收日间热量并通过建筑的通风系统在夜间将热量释放。
·利用地热能/生态能
·多种本土建造方法可以运用到项目建设当中，使竞标方案更加综合有力。
5.可持续设计方案——能耗
委托方对于可持续建筑的高规格要求以及环境友好、经济高效的技术手段的运用，促使项目组开发一整套能够满足这些要求的方案。设计原则是：首先采用一系列被动措施将能源需求降到最低。然后针对每项能源需求分别设计最佳能源供应方案。概括地讲，主要包括三种策略：
（1）对建筑的体型和围护结构进行智能设计，将外荷载降到最低。
（2）通过控制能耗和提高功效，降低内荷载。
（3）尽量使用替代能源或者可再生能源为建筑提供清洁的动力源。
6.被动措施：建筑体型
通过对建筑容积和外形的设计进行考量，并对各个模型在体积-表面积比和热性能方面的效率进行综合分析，通过缩小建筑围护结构的表面积，实现了外荷载的最小化（进热量、热损失量和泄漏量）；在自然采光和外荷载之间提供最佳平衡；通过设置天井，在过渡空间和内外空间之间的缓冲区域形成温和的微气候。
二．被动措施：建筑围护结构
建筑的体型确定以后，项目组开始关注建筑围护结构的设计。日光利用率通常通过“日光照明率”来衡量，也就是在外界可获得的阳光之中，多少摄入了建筑物。在本项目中，在地板以上0.85米高的位置进行测量（即一般办公桌的高度）。 解决方法是设计了“浮动拱肩”，使外立面的一部分可以透光，同时较之落地玻璃窗又减少了不必要的热量损失和获得。
热绝缘和密闭性
由于塞维利亚冬季气候较温和，而且建筑的体型设计降低了体积-表面积比，所以热绝缘技术在建筑设计中占第二位。项目组将玻璃窗的目标U值设定为2.0W/㎡K，比西班牙针对该气候区制定的相关标准高出40%，以便将热量需求减小到最低，同时符合玻璃幕墙的标准规范（不需要添加涂层，也不需要填充惰性气体）。项目建成后，对双层玻璃外表面进行测量，得出的U值为1.98W/㎡K，达到了预期效果。
渗透性虽然在冬季甚至严寒时节对建筑的影响不大，但是在夏季，会增加总体的制冷荷载。因此建筑立面的细部设计特别专注于提高建筑的密闭性。为了确保最终的设计能够满足这些要求，成套系统的效能优良，600PA之下1.5 m3/m2/hour（达到EN 121521的A4标准），性能大大优于西班牙标准(50m3/ m2/hour)。
遮阳
建筑所在地区夏季炎热，且日照时间长，这要求建筑师通过设计避免不必要的热量获得。首先，采用了相关技术来使太阳能系数达到理想水平。通过对双层玻璃中的外层玻璃内表面施以涂层，太阳能系数达到35%，透光系数达到50%。
除此之外，外立面还需要其他更有力的措施来控制对太阳热辐射的吸收。最有效的方法就是针对建筑立面的不同朝向进行设计。太阳照射到建筑物南侧时，所处位置比较高；而照射到东侧和西侧时，高度较低。设计师在外部遮阳设计中对光照的这一变化特点进行了充分考虑，同时还考虑到透光度和光泽度。
在太阳高度角较高时，从屋顶伸出的长悬臂为建筑遮光，在早晨和下午太阳高度角比较低的时候允许光照射入。建筑南侧还在悬臂下额外设置了网状屏隔系统，在不影响采光的前提下提高了对太阳辐射的防护。当太阳升到高天，或者运行到东（西）侧时，网格的阻挡效果更加明显，使南侧立面达到了理想的防辐射效果。
建筑物的东侧和西侧需要与上述措施不同的方法。在这两侧，太阳照射角度较低，设置网格不能达到理想效果。建筑师在外墙周围设置了遮光栅格和水平薄板，固定在悬臂的边缘。遮光栅格和薄板之间的距离是根据不同朝向上太阳运行的路径特点而设定的，以便在夏天阻挡太阳辐射，同时满足自然采光的需求。为了增加透光度，薄板的上表面为白色，以便将日光反射入室内，下表面为黑色，以适应大楼整体的色调。
总体来讲，建筑通过设计玻璃、彩色栅格和金属网格等措施，营造了性能良好、通透性强的建筑围护结构。保证了正午时分建筑物有充分的荫凉，而且没有光污染，悬臂的设计使得建筑不必直接经受风吹日晒，更加干净，同时利于保洁。
三、主动措施：提高能效
在运用被动措施的同时，项目组还采取了主动措施以提高能效。第一个目标是空调，因为在这一气候区，空调是建筑物中耗能最大的设备。项目组对四组不同原理的设备进行了对比研究，即风机盘管（西班牙常用解决方案）、变风量空调系统（VAV）、地板送风和冷梁。项目组使用奥雅纳研发的室内热环境仿真软件对每个系统的能耗和功效进行分析。最后，冷梁系统被证明最为节能高效，并被委托方Abngoa公司所采用。在多功能办公区，主要采用传统的风机盘管系统，因为它的适用性较强，而且初装费低，适用于多种用途。
对于冷却水供应，项目组设计了变风量泵系统，代替定风量系统（西班牙工业标准）。并且说服了投资方，采用安装成本比较高的系统，因为根据测算，多支付的费用三年后就可以节省出来。除了流速以外，供水温度通过一个智能建筑管理系统（BMS）也被严格控制，以防止出现冷凝现象。
为了提供新鲜空气，项目组分析了多种热回收系统（heat recoverysystem）。建筑标准要求至少增效45%，最终采用了可供冷却需要的吸湿热轮热交换器，提高能效75%。同样，这项技术也可以在不到三年的时间里，通过运营成本的节省来抵消较高的初装费用。
空气供应的另一个方面是对温度和湿度的控制。这也需要通过BMS软件来精细控制。办公室照明耗能在建筑总能耗中也是一个重要问题，项目组准备了综合方案以减少此方面的能耗。主要执行了以下措施：
•高性能荧光照明器
•高频电子整流器，较一般整流器节能30%。
•在特定的区域安装光线传感器，使靠近窗子的区域灯光减弱。
•在较少使用的区域安装光线传感器，在节电的同时，降低了总体的冷却荷载，。
主动冷梁系统
冷梁系统可以同时满足加热和制冷的需要，是注有冷却水的片状管道,通过自然的热交换来冷却空气（FIGS16 17）。设备的室内部分非常轻薄，运行安静。为了提高效率，项目组选用了一种主动冷梁系统。塞维利亚地区的冬天气候温和，因此对加热需求不大。项目组选择了为部分区域有选择地供热，热水对流式加热机为选定的区域加热。
经过论证，采用的解决方案是利用三联产过程中产生的过剩热能，辅以电加热。这种方式之下，能耗指标和二氧化碳排放量均很低。
三联产技术
三联产技术是热电联产（CHP）的进一步发展。传统热联产系统可发电产热，但是要实现经济高效地运行，需要维持热需求和电力需求的平衡；而这在办公建筑中并不容易实现。三联产技术利用发电机引擎的余热，通过一个吸收冷却系统生成冷却水，从而解决了这一问题。CHP发动机可使用多种燃料。PalmasAltas园区使用了天然气发动机，它节省空间、保证持续供应，也符合业主的要求。设备占用较小的空间为Abengoa公司大楼供热、降温。系统的输出由热（冷）负载控制。
光电太阳能
西班牙的建筑规范要求所有新建办公楼通过太阳能电池供电来满足一定比例的电能需求。项目组在建筑围护结构中使用光伏电池板，在财政允许的条件下尽量符合峰容量的需求。
遮阳的棚架适合用于安放电池板，这些轻质的铺面没有任何其他建筑遮蔽，光伏电池板可替代传统铺屋面材，避免额外的支撑结构，节省材料；而棚架是半透明的，可以安装光伏电池板，而且棚架的底面通风，拒绝过度的热量，为电池获得最佳性能提供了条件。最终的解决方案从建筑设计和墙面遮阳的角度出发，采用了多晶硅面板（几乎不透明）和非结晶面板（透明），提供174kWp的能源。它能够满足最小能源需求，并为Abengoa公司又提供了一种能量来源。
碟式斯特林系统
碟式斯特林系统通常被称为太阳能热电系统，以区别于传统太阳能电池板。燃料电池和碟式斯特林热电太阳能系统的性能已经大量实验证明，欧美一些公司已经将其投入市场。为了体现园区的高科技特性，在园区入门处的显要位置安装了一套直径8.5米的10 千瓦碟式斯特林系统，结合利用太阳能为电解软化水生成氢气提供动力，剩余的电力用于园区内部供电。生成的氢气为一个2.4千瓦的燃料电池系统提供能源，为园区的外部照明供电。
作为一种聚集太阳能量的技术，这套系统包含一个直径很大的抛物柱面镜，焦点处有一个斯特林外燃机，这种热电太阳能应用系统应用于建筑楼宇的前景广阔。碟状装置持续追踪阳光轨迹，以便光线能够反射到焦平面，因此可以得到一个反映太阳能分布变化的高斯模型和大量热量。斯特林发动机是一种外燃机，运用同样名称的热力循环系统。在应用中，它主要有两项优势：配套的热力循环系统在运行全过程中可以达到理论上的最高功效，作为外燃机，它在运行中吸收热量。
四、结语：
除上文提到的各种方法之外，还运用了雨水收集技术、太阳能收集技术和燃料电池技术。本项目在建筑设计过程中运用了多种绿色建筑设计手段和节能措施，在园区规划方面体现了可持续发展的设计原则，并成功将各项设计、理念付诸实践，具有很高的参考借鉴价值。