台湾成功大学绿色魔法学校：探索生态建筑

建造地点：中国　台湾

竣工时间：2011年

占地面积：4800m2

设计者：林宪德及其合作者

台湾成功大学绿色魔法学校是由林宪德教授及其合作者打造的中国台湾地区第一座零碳绿色建筑（见图10-50）。该大楼的设计强调节能、生态、减废、健康、平价，它不使用昂贵的高端科技，而是以“适当技术”“本土科技”“四倍数效益”为理念，展示亚热带地区绿色建筑的设计思想与设计方法。绿色魔法学校不仅取得了中国台湾地区绿色建筑评价体系EEWH的最高级——钻石级标章，而且荣获了美国绿色建筑评价体系（LEED）的最高级——白金级标章。它是全亚洲首个取得LEED白金级标章的教育大楼，也是唯一同时获得EEWH与LEED最高级标章的绿色建筑，2012年再次获得中国台湾地区工程师学会颁发的“工程优良奖”。该3层大楼占地面积4800m2，是全球第一座“亚热带绿建筑教育中心”，已成为拯救地球的环保教育基地，每天接待络绎不绝的参观者。据统计，仅2012年1—4月，参观人数已超过13800人次，每个月超过3000人次。

图10-50　台湾成功大学绿色魔法学校实景［149］

（1）“诺亚方舟”式外形设计。

绿色魔法学校不仅是要体现绿色建筑的设计理念和方法措施，更重要的是要成为拯救地球的环保教育基地。因此，在形式设计上为了意喻“诺亚方舟”，设计者把大量“船”的意象贯穿于该大楼的外形塑造中。该楼外观看起来既像星球大战的飞船，又像一艘不沉的航空母舰。飞船的顶上有一面120m2的叶片形太阳能光电板，那是飞船的“舵”。屋顶的通风塔做成像附有烟囱的轮机指挥舱，所有栏杆、扶手、阳台也做成舰艇般的视觉感受。调节太阳能光电板角度的控制器，由特地从旧船货店取来的一个商船大轮盘做成。屋顶最上方放置了第二次世界大战期间重创38艘日舰的美国航母“香格里拉号”上的一盏探照灯。飞船屋面似“拿破仑军帽”，出挑很深，形成深邃的遮阳，可挡掉大部分进入室内的直接日射，因而可减少许多空调耗电。

（2）建筑设计节能技术。

绿色魔法学校在设计节能方面充分考虑了自然通风和遮阳。一是利用了“烟囱效应”和风压“拔风效应”，在屋顶上设计了三个大型通风塔和一个小型通风器。三个大的通风塔分别用于中庭、国际会议厅、博物馆浮力通风。小型通风器可随风向摇头，用于厕所管道间拔风。这些通风装置在冬季和过渡季节可以使建筑充分利用自然通风，在最大限度减少空调设备运行时间的同时，排除建筑室内产热和污染物，提高室内热舒适度和空气质量。绿色魔法学校在设计上还充分考虑了遮阳和适宜的开窗率。二是设计屋面大出挑遮阳，塑造了“诺亚方舟”最奇特、最优美的造型。安装于西向正面楼梯阶的金属铝百叶板，既可遮阳又可通风防盗。一楼西南角办公室与展览室有强烈的日晒，设置了静音电动遮阳百叶窗，解决了眩光、日晒与空调耗能的困扰。另外，屋顶绿化和叶片状光电板也起到了屋面遮阳的作用（见图10-51）。

（3）建筑设备节能技术。

绿色魔法学校在空调能耗设计方面，首先通过严格的空调分区，进行动态空调热负荷解析，制定有效的节能管理机制，选用当时世界上最高效的空调主机和冷媒系统，使用空调箱变风量系统、冰水泵变水量系统、室外二氧化碳浓度控制系统、全热交换器系统，以及建筑能源管理系统BEMS。在不增加设备总投资的情况下，可节省50%以上的空调能耗。绿色魔法学校在照明方面采用高发光效率的设备。在办公室采用冷阴极管（CCFL）照明调光控制系统。在国际会议厅采用陶瓷复金属灯与冷阴极管混用设计。冷阴极管不仅发光效率高，寿命长，而且可随室外光的明暗渐变，节能20%左右。陶瓷复金属灯的显色性可达95%，发光效率是一般T8灯管的1.5倍，照明省电约为40%。在绿色魔法学校的办公室内安装了吊扇，其与空调设备联动。当室外气温低于27℃时，开启门窗进行自然通风；当室外气温在27～31℃时，开启吊扇就能使室内环境达到热舒适的要求；只有当室外气温高于31℃时，才启动空调进行制冷。这一措施可使办公室全年空调运行时间减少90%以上，节能效率为76%。另外，在绿色魔法学校的屋顶设有120m2的叶状太阳能光电板，其角度可随季节变化，通过下方的转轮进行调节，平均一年可以产生22500kW·h电。在太阳能光电板旁，还设计了小型航空涡轮风力发电，其与太阳能发电板一起可节能5%。采用上述节能措施后，绿色魔法学校的总体节能效率达到64.8%（见图10-52），按40年寿命周期，从建材生产、运输、营建、使用、拆除到废弃物回收处理，计算其二氧化碳排放量，发现它比一般公共建筑碳排放量降低51.7%。(www.xing528.com)

（4）生物多样性设计。

图10-51　绿色魔法学校生态节能技术

绿色魔法学校生物多样性设计主要体现在以下几个方面。一是在方案设计和建造中，保留了一棵百年金龟树和数十年树龄的樟树。在一楼南面庭院，特别种植了耐旱、耐强风、耐盐、耐污染、生存能力强的苦苓。苦苓叶片像羽毛一样轻飘，春天时紫花开满树枝，飘出淡雅清香。苦苓还有驱虫能力，可提炼出防治病虫害的物质。二是建造了生态水池和自然农园。在绿色魔法学校的南边，建造了一个生态水池以及处理厕所二级污水的人工湿地，以提供丰富的水生植物与鱼虾栖息地。在湿地旁边，以枯木、竹管、咾咕石建造了三面充满孔隙的洞穴、布满蔓藤的乱砌墙以供低层次生物栖息生长。在人工湿地旁边，特地留有一片菜园，期待以自然法则来种植蔬果，让师生在体验劳作辛苦之余，吃到零运输、零污染、零碳足迹的农作物，实现绿色设计与绿色生活相结合。三是在屋顶建造了“诺亚花园”。绿色魔法学校屋顶采用梯田式屋面绿化，植物由九种耐脊、耐风、耐盐、耐污染的多年生本土草灌木组成，包括多肉植物类的彩虹竹蕉、锡兰叶下珠、彩虹棒兰、黄边短叶虎尾兰、迷你麒麟花，以及非多肉型植物黄金露花、矮仙花、翠竹草、马樱丹。屋顶蓄水采用了“淤泥再生陶粒”为土壤的组合花盆，以及储水槽式组合花盆，它们都有优异的蓄水、保水能力，足够提供耐旱植物二至三周的需水。屋顶“诺亚花园”起到了良好的屋面隔热效果（见图10-53）。四是雨水收集和透水铺地运用。绿色魔法学校强调土的肥料存蓄、水分涵养和雨水收集利用。在绿色魔法学校旁边的大马路广场，采用Jw工法设计，以此工法施工的生态道路，具有施工易、强度高、透水佳的特点，还具有净化空气之功效。地砖采用梯形体设计，受力面积大且不易塌陷。地砖间设有小孔供雨水流入下面的土壤，形成良性水循环，使地砖下面温度不会太高而且有充足的水源供生物生长。它既可让重型交通工具通过，又使土壤水循环顺畅，实现重型交通工具通行与土壤生态共生。在东面楼梯结构处，设置了用于屋面雨水收集的“雨扑满”，能进行植物灌溉或冲洗厕所，它和同样大小的办公大楼相比可节水50%。五是建造野生林地和亚热带雨林。为了进一步达成“零碳建筑”的最高理想，学校特别拨出4.7hm2的校园户外空间为造林之用。人造林将吸附绿色魔法学校每年所排放的二氧化碳总量，从而实现真正的“零碳建筑”。

图10-52　绿色魔法学校各种技术节能效果

图10-53　绿色魔法学校屋顶绿化隔热

（5）材料及其他技术运用。

绿色魔法学校采用百分百绿色建筑材料。大楼利用的水泥混凝土是用炼钢厂回收的高炉石粉，替代高耗能及高二氧化碳排放的水泥用料。油漆用的是纳米漆，不含甲醛，没有重金属。淤泥烧成的陶粒吸水性强，替代了隔间墙里的钢筋混凝土。地毯是用回收呢绒做的，窗帘则由回收的塑料瓶制成。国际会议厅的夹层墙内，埋有一千多包作为调湿材料的多孔木炭。它们具有防潮除湿、吸附异味的功能。国际会议厅厅堂音质设计采用巧妙的声音扩散反射体，使得主席台的普通讲话在最后一排也可以清晰地听到，声能分布非常均匀，没有任何回声和杂音。厕所的洗涤采用脚踏式通水设备，使用方便，可将水资源的浪费降到最低。在太阳能光电板缘上设计一只红色小瓢虫，它专心啃食绿叶，展示人与自然的完美结合。厕所拔风器采用金钱豹的豹纹，让人联想到野生动物的存在。在中庭一层摆放了雅美族传统捕鱼船和大象遗骸，在中庭二、三层墙面雕塑200m2的各种野生动物壁画（见图10-54），形成“诺亚方舟大壁画”，使参观者印象特别深刻，真正起到了地球环保教育基地的作用。

图10-54　壁画与大象遗骸