美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓

1 項(xiàng)目概況

催化劑辦公樓（Catalyst Building）位于美國(guó)華盛頓州、距離西雅圖市西側(cè)約400公里的斯波坎市（ Spokane），建筑面積 15690平米，2020年9月落成，它將是北美地區(qū)獲得國(guó)際生活未來(lái)研究所（International Living Future Institute )認(rèn)證的最大的零能耗和零碳木構(gòu)建筑。

項(xiàng)目基地位于斯波坎市中心南側(cè)的生態(tài)開(kāi)發(fā)區(qū)，通過(guò)步行天橋與東華盛頓大學(xué)校區(qū)相連。開(kāi)發(fā)商是能源公司阿維斯塔（Avista）的子公司、建筑和設(shè)施運(yùn)營(yíng)公司麥克金斯特里（McKinstry），木材建造商是擁有北美地區(qū)最大的正交層壓膠合木生產(chǎn)工廠的卡泰拉（Katerra）公司，參與開(kāi)發(fā)建設(shè)的企業(yè)聯(lián)合體力圖通過(guò)應(yīng)用低碳環(huán)保的建材、整合生態(tài)節(jié)能技術(shù)、運(yùn)用區(qū)域智能能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，打造世界上最低碳環(huán)保的零能耗建筑及開(kāi)發(fā)區(qū)。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓外景

建筑的主要承租方是東華盛頓大學(xué)，包括東華盛頓大學(xué)的電氣工程，計(jì)算機(jī)科學(xué)，公共衛(wèi)生，商務(wù)和創(chuàng)意寫(xiě)作等專(zhuān)業(yè)院系正在逐步遷入，但在建筑設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有確定究竟那些院系、哪些功能將要入住此建筑，因此建筑設(shè)計(jì)需要具有一種中性美學(xué)、且能滿(mǎn)足不同使用要求。建筑取名催化劑大樓，寓意促進(jìn)不同學(xué)科思想碰撞、行業(yè)創(chuàng)新。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓外景

2 建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)

建筑由兩個(gè)體量組成，中部是門(mén)廳和中庭空間，結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)邏輯清晰，建筑設(shè)計(jì)采用開(kāi)放式平面布局，有規(guī)律的實(shí)墻窗洞式建筑立面。

催化劑辦公樓力求最大程度減少制造能耗高的鋼和混凝土的使用， 使用了超過(guò)5,000立方英碼（約3823立方米）的本地木材產(chǎn)品，這些木材儲(chǔ)存了3713噸的二氧化碳當(dāng)量，并避免了1437噸的CO 2排放，相當(dāng)于減少了1,100輛汽車(chē)一年行駛而產(chǎn)生的溫室氣體排放量。根據(jù)美國(guó)木材產(chǎn)品委員會(huì)（Wood Products Council）的計(jì)算，美國(guó)和加拿大森林能夠在短短11分鐘內(nèi)生長(zhǎng)出來(lái)等量的木材。

催化劑辦公樓采用正交膠合木（CLT）梁柱框架，以及正交膠合木制成的樓板和墻體，包括抗側(cè)向荷載的結(jié)構(gòu)核心筒也由大塊實(shí)心木材制成。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓首層平面圖

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

盡管樓地面都有抑制聲音傳遞和消除振動(dòng)的石膏水泥砂漿（gypcrete）面層，室內(nèi)大部分表面都為裸露的木材，為空間提供了溫暖和活潑的感覺(jué)。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓內(nèi)景

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓幕墻細(xì)部

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓外景

催化劑辦公樓的外立面采用了一種新的構(gòu)造形式，包括正交膠合木（CLT）板材，保溫材、防水透氣膜，最外層是木炭色的陶板。選擇陶板的原因包括其隔聲性能（催化劑辦公樓緊鄰鐵路線）、較小的環(huán)境影響（生產(chǎn)鋁板的能耗和碳排放量更高）、美觀和耐久性。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓幕墻構(gòu)造細(xì)部

預(yù)制的外墻板HxB=30x12英尺（約9.14x3.66m，這一尺寸由運(yùn)輸限制決定），通過(guò)起重機(jī)吊到建筑框架上。建筑竣工后通過(guò)鼓風(fēng)門(mén)法檢測(cè)氣密性，檢測(cè)結(jié)果顯示該建筑的氣密性能非常出色，氣密指標(biāo)只有被動(dòng)房允許上限值的1/2。

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓內(nèi)景

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓內(nèi)景

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓內(nèi)景

美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓施工過(guò)程

3 能源利用與可持續(xù)設(shè)計(jì)

催化劑辦公樓優(yōu)秀的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大大降低了建筑的運(yùn)行能耗，室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)末端采用高效輻射采暖/制冷系統(tǒng)，以及空氣余熱回收設(shè)備。建筑的能源系統(tǒng)也很出色。催化劑辦公樓采用區(qū)域能源網(wǎng)提供的冷熱源，該能源設(shè)備系統(tǒng)就位于臨近一棟建筑內(nèi)，采用電驅(qū)動(dòng)，由McKinstry公司設(shè)計(jì)建造運(yùn)行。這套系統(tǒng)包括本地及遠(yuǎn)程生物發(fā)電、發(fā)電熱回收、蓄熱能和電池儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)氣候參數(shù)情況，區(qū)域內(nèi)建筑能源使用情況等因素，工程師采用參數(shù)化工具來(lái)確定最合適的組件、設(shè)備的最佳容量和最佳配置，在計(jì)算模型系統(tǒng)中有40,000種不同的組合，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行旨在以最低的成本實(shí)現(xiàn)最高的能源使用效率。

為美國(guó)斯波坎零能耗辦公樓提供能源的區(qū)域能源中心

安裝在催化劑辦公樓屋頂上的213 kW光伏（PV）設(shè)施，加上安裝在斯波坎市其他三棟建筑屋頂上的光伏設(shè)施，每年還將產(chǎn)生1,100,000 kWh的電力，預(yù)計(jì)這將完全抵消這些建筑物的能源使用量。安裝在建筑物內(nèi)成千上萬(wàn)個(gè)傳感器將跟蹤環(huán)境條件，空氣質(zhì)量和人員使用情況等數(shù)據(jù)。從催化劑辦公建筑以及生態(tài)開(kāi)發(fā)區(qū)的鄰居建筑物大量實(shí)時(shí)信息，將協(xié)助能源工廠管理和平衡能源需求，能源的生產(chǎn)和存儲(chǔ)，不僅能控制建筑物從區(qū)域能源網(wǎng)獲得多少能源、還能控制建筑物何時(shí)獲得這些能源。這有利于減少電網(wǎng)峰值電量，而電網(wǎng)用電峰值時(shí)期通常也是發(fā)電碳排放量最大的時(shí)刻。

斯波坎催化劑辦公樓的能源體系，可以確保建筑在運(yùn)行期間一次性能源消耗為零、即達(dá)到零碳排放，建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和室內(nèi)裝修主要采用木材，相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑形式、金屬或化學(xué)合成材料為主的室內(nèi)裝修，該建筑建造階段和拆除與再利用階段的能耗/碳排放量大幅度降低。