适应:夏威夷预备学院的生活建筑

一种新的设计动力

与节能目标变得越来越雄心勃勃，必须改变系统设计和指定的方式。能源系统不是在设计的后期阶段“插电”，而是必须在项目一开始就解决，告知建筑的发展，并与之同步发展。这是能源实验室采用的方法。

“我们在夏威夷预备学院项目开始的时候引入了Buro Happold工程公司，”Buro Happold工程公司的总裁David Croteau说Flansburgh建筑师。“这是一个非常整合的过程。”

通风

限制了5902平方公里的冷却需求。英尺(约建筑是主要目标之一。能源实验室主任比尔·威克金博士(Dr. Bill Wiecking)利用自己的物理学背景，草拟了一个初步设计方案，通过让暖空气上升并从屋顶排出，来优化被动冷却。该实验室坐落在北部盛行风的山区的底部。克罗托说，工地上到处都是风，“HPA的象征是被风吹弯的树。”Croteau继续解释说，在89%的时间里，来自相同方向、相同速度的风，只有一种堆叠事件与该地点有关。较冷的空气低进高出。

Wiecking的设计方案也是基于当地的建筑类型。“在整个太平洋，你会看到这些三坡屋顶的建筑，就像屋顶一样。一个阳台，或遮荫的天井，将永远面对赤道;空气在被吸入建筑物之前会在凉爽的地面上流动，”他解释道。

在这些初始参数下工作，布罗Happold使用计算流体力学(CFD)优化建筑形式自然通风。根据Buro Happold的助理可持续顾问Ana Serra的说法，评估的设计方案包括空间的高度、排气扇/百叶窗的位置、开口的数量和大小。“通过这个过程，通过实现每小时足够的换气次数(ACH)，设计被优化以提供最大的舒适性。”推动空气变化速率的主要力量是压差，CFD分析有助于评估不同方案的有效性，”Serra说。

为了获得完成的建筑形式，工程研究的结果结合了建筑的文脉和它的规划要求。校园里的许多建筑都是由现代主义设计师弗拉基米尔·奥西波夫(Vladimir Ossipoff)设计的，他将这些建筑设计成带有坡屋顶，并与场地的轮廓平行;因此，采用倾斜的屋顶和通风的天窗是建筑的自然选择。Croteau说:“能源实验室的三条柱响应了场地的环境。”Wiecking指出，三方合作的设计非常符合学校的教育使命:学生合作、研究，然后实际建造每个项目。事实上，建筑的三个横条体现了这三个不同的功能。项目室位于最北端的酒吧，主工作区位于中心区域，一个更大的实验室/工作室位于南部的酒吧。

实验室的斜屋顶也充当了室内空间的屏障。Wiecking的设计理念是创造一个机翼来促进空气运动。根据Croteau的说法，百叶窗，与窗户相反，沿着立面放置。百叶窗促进通风，而不引导强风进入空间。建筑入口和中心庭院空间也位于防风林后面。

太阳能

优化利用太阳能也至关重要。建筑有一个东西轴线，有悬挑和木制滑动百叶窗来遮阳。通过使用两个典型的光伏(PV)阵列和更小的“双面”电池板，太阳能收集被最大化。这些电池板可以收集来自其顶部和底部表面的太阳辐射，因此不仅从天空的方向捕获能量，而且从甲板表面。“这比单一面板的效率高60%，”Croteau说，“而且它还可以充当遮阳伞。”

增强…的效果采光“每个房间都有来自两个方向的光线，”克罗托说。“我们使用半透明的波纹屋顶，它给入射光线提供了一种奇妙的、动态的质量，它帮助自然光线进入不靠近窗户的区域。”这种聚碳酸酯材料被Wiecking包含在他最初的概念草图中。“它可以收集山脉反射的被动光，而不收集热量，”他说。

超越理论

“生活建筑挑战”只颁发认证给那些在一年中明显达到其20项规定的节能目标的建筑。因此，系统必须被放置到位，积极地保持HPA的能源实验室在性能方面的轨道上。

一个广泛的楼宇自动化系统(BAS)安装在现场，它“收集250多个气象、房间和系统传感器的输入，并在预定时间关闭某些电路，以防止被动负载。”气象监测系统记录太阳辐射(和其他东西)，并可以检测PV系统故障或效率下降，”Serra说。

监控系统的持续开发是Wiecking正在进行的项目之一。他还增加了传感器网络。“我们现在有超过500个传感器，”他说。“它就像一个神经系统。事实上，我们甚至不再叫它BAS了。这是一个遥测控制和监控系统。”

Wiecking的监控系统使用了一个开源平台，这样数据就可以被学生拦截使用。他解释说:“它利用了一个数字界面，就像一个触摸屏，可以访问大量的数据流。”“还有一个数据分析屏幕。它就像罗塞塔石碑——用户可以边走边翻译。”

最终，Wiecking希望HPA的能源实验室是一个原型。“我们着眼于未来，”他说。他预计，学生们不仅会收集和分析建筑性能数据，还会将这些情报“输出”到其他机构。

“生活”的建筑

事实上，HPA能源实验室已经超越了它的理论模型。备用空调和排风机从未被使用过。用于控制二氧化碳的空气处理单元也从未被使用过。在首年营运期间，大厦每月的照明耗电量平均只有114千瓦时。

克罗托说，总的来说，这座建筑只使用了预计的30%的能源。事实上，它产生的能源是它消耗的两倍，多余的能源被输送到校园里的其他建筑。校园与电网相连，并将多余的电力储存在电网中。

就像一个生物有机体一样，夏威夷预备学院的能源实验室是根据环境的变化而发展起来的，它包含了使它不断适应环境的系统。正因为如此，“居住建筑”这个名称似乎再贴切不过了。