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【内敛的高技】耶鲁大学克鲁恩楼可持续设计分享

本期必达带来可持续学校建筑设计典范:耶鲁大学克鲁恩楼,利用现代新式材料结合高科技手段,贴合学校绿色、环保、可持续的办学理念

工程信息:

地点:美国纽黑文市耶鲁大学

造价:33,500,000美元

建筑面积:58,200平方英尺

建筑设计:Hopkins Architects

合作设计:Centerbrook Architects& Planners

1901年,耶鲁创办了林业科学与环境研究学院(以下简称林业学院),这是美国第一个专门研究林业科学的专业。

百余年来,随着学院规模扩展,学生和教职员工数量增多,学院被逐渐分散在位于“科学山”(Science Hill)的八座建筑物内。 2009年,英国霍普金斯建筑事务所(Hopkins Architects) 与美国森特布鲁克建筑事务所(Centerbrook Architects & Planners)共同设计的克鲁恩楼为学院提供了一个“超级绿色”的新家

这栋迄今为止耶鲁大学最为环保的建筑将成为培养下一代可持续发展领袖的摇篮。它的设计体现了林业学院的理想与价值观、以及耶鲁大学对于可持续发展校园的展望。但从其外观看来,除了屋顶上的太阳能板外,整栋建筑看上去近乎传统,即便是屋顶也与校园内的最老建筑-康涅狄格堂-在形式上类似。

设计师称这是一栋有着砖石表皮和木质内核的建筑。砖石表皮显然是对耶鲁校园传统建筑语言的延续,木质内核与林业科学有着内在的联系。而各种可见与不可见的位于科技前沿的可持续发展措施则被无隙地整合在这栋既古典又现代的建筑中

碳平衡

碳平衡(carbon neutrality)顾名思义,即将建筑物的温室气体排放减至零。 碳平衡通常是通过三种措施来实现的-其一是被动地节能,即采用各种节能措施来减少建筑物的能耗;其二是主动地产生能量,即将太阳能板、风车等设施结合到建筑物或其所在场地的设计中,从而产生清洁能源,供建筑物自身使用,或者纳入到城市的供电网络;其三是购买碳汇,以抵消其余的能源消耗。在克鲁恩楼的设计中采用了这三个方面的措施。

与同类及同等大小的建筑相比, 克鲁恩楼节能达到58%。这是通过采用一切在造价允许范围内可能采用的节能措施来实现的。首先是建筑物的体量和朝向。克鲁恩楼的体量非常简单,基本上是个长方形的盒子,加上一个曲线的两坡屋顶。建筑物被长边朝向南北方向放置在基地上,充分利用南向光线。建筑长218英尺(约66米),南北立面上采用浅黄色的砂岩,加之有规律的方形窗洞,显得体量较实。而东西向的两个外墙面则完全采用玻璃幕墙,并以木质百叶遮挡东西向的光线。拱形屋顶上朝南向一侧完全由太阳能板覆盖,中央的屋脊部分则设有天窗。由于东西向进深只有57英尺(约17米),加之顶层的天窗,以及东西两侧的大玻璃,建筑物的大部分室内空间白天都能受到自然光的照射,大大减少了对于人工照明的依赖。

克鲁恩楼采用了很多绿色建筑常用的措施,同时,也和Arup及Atelier Ten合作,采用了几种能够将能耗大幅降低的供热通风系统。其中之一是地热井系统, 利用土层冬暖夏凉的恒温特点,冬天从中汲取热量,夏天则利用其来降温。四座1500英尺深的地热井利用地下水在土层与热泵之间传递热量。与之相关的是置换通风系统(Displacement-ventilation system)。这一系统则利用热气上升的原理,通过放置在架高活动地板下的集气室和多处风口、以及位于地下室的低速风扇保持整栋建筑的通风。在冬天,这一通风系统将排出空气中的热量交换到纳入室内的新鲜空气中;到了夏天,则反之。在春秋两季、室外气温比较舒适的时候,自然通风则是首选。建筑物内安装的红色和绿色指示灯提示人们何时应该手动开启窗子以提供自然通风。

位于克鲁恩楼南北两侧的庭院是非常重要的设计元素。它不仅起到环保的作用,更将“科学山”原本分散的几栋建筑组织在一起。在这两个庭院中种植了二十五种本地植物,以减少对于灌溉用水的需求。在南侧庭院中有一座安静优美的观景水池,也是雨水回收处理系统的一部分。建筑屋顶及地表流下来的雨水被收集并存放在一座沉淀蓄水池中,从而让水中的大部分沉积物沉淀下来。之后这些水被移送到一个储水罐中,并慢慢地通过观景水池,从而被其中的水生植物净化。经过净化的水会被回收进建筑物水系统,用于冲洗马桶或者浇灌花木。这一系统预计能每年节约500,000加仑的城市供水,并且缓解雨水径流为城市下水系统带来的负担。

除了上述种种措施能够节约58%的能耗之外,产生能量是达到碳平衡不可缺少的措施。在克鲁恩楼曲线屋顶南侧设置的太阳能光伏电板能够为建筑提供25%的电能。剩余的能量需求则通过购买可再生能源证书(Renewable Energy Certificates)来均衡,从而将克鲁恩楼的温室气体排放减低至零,以达到“碳平衡”。

耶鲁的可持续发展计划

绿色建筑、可持续发展固然很好,但往往意味更多的初期投资。尽管从长期运营的角度来说,这些投资有可能得到很好的回报,例如水电账单会便宜不少,但高昂的初期投资仍然让很多业主望而却步。克鲁恩楼的造价是每平方英尺576美元,这在耶鲁是个很高价的工程,对于很多其它大学来说是难以负担的。

2005年,耶鲁创建了可持续发展办公室(Officeof Sustainability),旨在促进耶鲁自身、其所在的纽黑文市、以及世界范围内高校的可持续发展。同年,校长理查德·莱文(RichardLevin)为耶鲁制定了在15年内降低耶鲁温室气体排放量43%的目标,以及与之相应的各项具体措施。在2008年哥本哈根峰会上,莱文做了题为《以身作则:从可持续发展校园到一个可持续发展的世界》(Leadingby Example: From Sustainable Campuses to a Sustainable World)的演讲,其中提出高校在降低全球温室气体排放上起着举足轻重的作用。他以耶鲁为例,提出高校应该推进的四个方面,即相关基础科学的研究,具体相关产品的研发,对于学生的教育,以及将校园建设作为可持续发展的示范,向政府决策者们展示绿色建筑不仅在理论上,在现实中也是可行的,无论是从经济实用还是美观的角度。就校园规划与建筑而言,耶鲁规定所有的新建或者是大规模改建的项目,至少需要获得LEED金奖认证;所有耶鲁的项目管理和规划人员都需要在2013年6月前获得LEED专家认证。

在这样的背景下,克鲁恩楼的建设是彰显耶鲁决心的一个典范。克鲁恩楼获LEED白金认证,得到了59点,比白金认证的基准点数多了7点。尽管它的初期投资超于一般的学院建筑,但设计师们与学校一道仔细分析了各种节能措施的可行性以及在建筑物的整个生命周期内进行评估。而对于这些可持续发展措施在未来回报的计算也是很动态的,特别是针对于原油价格的变化以及所使用科技的寿命。例如有可能在五年之内太阳能板的性价比会比现在大幅上升,那么现在花巨资安装的太阳能板有可能在短期内性价比会大幅下降。但是另一方面,随着原油价格的不断上涨,利用太阳能产生出整个建筑能耗的四分之一,对于学校账单的节省也是相当可观的。而且康涅狄格州正在实行的一个有关鼓励使用太阳能光板的项目使得该工程的太阳能光板初期投资节省了近一半的费用。此外美国国会也很有可能在不久的将来会实施碳税,这使得清洁能源的应用能获得更多的回报。所有这些方面都需要考量,以便更为全面地衡量评价应该采用何种节能措施。

内敛的高技

克鲁恩楼远不仅仅是一栋绿色建筑,令它吸引人的是它与环境及人文语境的契合。《大都会》(Metropolis)杂志的卢塞尔(James S. Russell)评论说,它看上去非常舒服地嵌入到现存环境中,合身得就像一条旧牛仔裤。众多位列技术前沿的可持续发展策略最终要被恰当地整合到整栋建筑的设计当中,作为综合考量的一部分。正如克鲁恩楼的项目负责人泰勒(Mike Taylor)所指出的,“真正的可持续发展远不止定量的性能提高。我们努力创造一座属于具有历史感的耶鲁校园的现代建筑。我们认为它能够鼓励其使用者之间的互动,并能经受好几代人的高强度的使用。采用天然材料,例如比雅山石材以及从大学自己的可持续采伐森林出产的红色橡木,我们试图创造一栋以温暖为特色的建筑,一处学院会立刻觉得到家的场所。”

霍普金斯与福斯特(Norman Foster), 罗杰斯(Richard Rogers),以及格雷肖(Nick Grimshaw)同为英国高技建筑的领军人物。他早期的设计以采用钢和玻璃等工业材料为主。蒙特球场(Mound Stand)是霍普金斯设计的一个转折点。这是一项改建工程,现存的球场看台是1890年代由威瑞特(Frank Verity)设计的,底层采用了砖拱券结构形成了一圈圆形拱廊。霍普金斯决定不仅修复现存拱廊,并将这一形式延展到新建部分的底层,在地面层形成了统一而接近人体尺度的公共空间。而上部的看台则是轻型的钢结构和膜结构。在砖拱券的构造中,霍普金斯坚持新的砖拱券也要象传统构筑物中的一样作为承重构件,而非象某些现代建筑那样,只是在混凝土或者钢结构外面做一层砖饰面。这种“结构理性主义”的原则一直贯穿在霍普金斯的设计中。

在这一尝试之后,霍普金斯在材料的选择上不再受制于玻璃和钢这些“高技”材料,石材、木材、混凝土、铜、铅等等都成了他“调色板”上新的元素。这并不意味着他的设计回归“传统”,而是用这些“传统”的材料尝试无限新的可能性。建筑历史学者戴维斯(Colin Davies)评价说,“对于他[霍普金斯]来说,设计过程的起点从来都不是一个概念,而总是对于任务书以及语境的本能反应-最广泛意义上的语境,包括记忆、联系、传统和文化的延续。他的建筑不是要绘制一副怀旧的图景,而是延续实用建筑的活的传统。”

霍普金斯的第一栋绿色建筑是英国伦敦的新议会大厦。这一建筑从开始设计到最后完工用了十二年的时间(1989 -2000)。而在这一过程中,他也在其它的建筑中尝试绿色设计,形成了他继“结构理性主义”之外的“环境理性主义”观念,将被动耗能作为延展其设计语言的一个机会。这也为他使用具有厚重感的传统材料提供了一个功能上的理由。

克鲁恩楼的结构与环境考量都清晰地表现在室外及室内的设计中。预制的木质拱形梁架不仅支撑着屋面、在顶层形成无柱的大空间,也以其优美的曲线为天花设计形成了有序的韵律。这一韵律也清晰地体现在室外屋顶上。两坡屋顶与紧邻的两栋老建筑相呼应,柔和的曲线又与仅一街之隔、沙里宁(Eero Saarinen)设计的被昵称为“大鲸鱼”的冰球馆的曲线屋顶遥遥相对。这些拱形梁架采用速生树种集成材(Glulam),和其它应用到此工程中的木材一样,均产于位于北康涅狄格州、占地达7,840英亩的耶鲁-迈尔斯森林(Yale-MyersForest)。此林由耶鲁林业学院管理,并且受到森林管理委员会(Forest Stewardship Council)以及可持续林业倡议(Sustainable Forestry Initiative)的认证。在顶层的开敞大空间内,阳光透过天窗上的太阳能板的过滤而透入室内, 加之东西两侧透过大玻璃窗外的木百叶射入的横向光线,投射在橡木包裹的天花及墙面、地面上,光影流动,使整个空间温暖而生动,犹如阳光透过林间枝叶挥洒下来,随着时间流转、天气变化而时时不同。室内裸露的混凝土楼板也同时起到了结构、节能、以及建筑三重作用。通过采用架高活动地板,多数的水暖电管线从楼板上方架空的部分穿过,使得裸露的混凝土楼板成为下面一层空间的天花板。浅灰色的清水混凝土与墙面及地面上的温暖的木材质形成对比,让人联想起耶鲁的另一栋名建筑-路易斯Ÿ康(Louis Kahn)的耶鲁英国艺术中心(Yale Center for British Art)。在克鲁恩楼的设计中,这种含蓄内敛的高技显然与以往以强势姿态出现的高技建筑不尽相同。不再是用变形金钢一样的外表来让人们体验时代、憧憬未来,而是让人们在切实的触摸、体验与使用中将过去、现在、与未来融会贯通。

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