巴林世贸中心Word下载.docx

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奇拉（ShaunKilla），巴林世贸中心是他实现梦想的第一步，也是最具发展意义的关键一步。

现年（2010年）38岁的奇拉在中东地区以设计摩天大楼闻名，作为全球第五大工程顾问公司阿特金斯（Atkins）的首席建筑设计师，他的梦想就是让节能建筑成为世界主流。

巴林世贸中心设计师简介

巴林世贸中心由两座外观完全相同的塔楼组成，双子塔高240多米共50层，平面为椭圆形，外形呈帆状，线条流畅，具有强烈的视觉震憾力，深绿宝石色的玻璃和白色的外表皮使大厦与周边沙漠景观和海上风光融为一体。

风能与建筑一体化设计

设计师在双塔之间16层（61m）、25层（97m）和35层（133m）处分别设置了一座重达75吨的跨越桥梁，三个直径达29m的水平轴风力发电涡轮机（图6-7）和与其相连的发电机被固定在这三座桥梁之上。

完工时间为2008年4月。

巴林世贸中心：

巴林世贸中心却成功地将大型风机集成进建筑中，可称为风能建筑一体化的典范之作。

巴林位于波斯湾西南部，介于卡塔尔和沙特阿拉伯之间，属于热带沙漠气候，夏季炎热潮湿。

在巴林王国麦纳麦市中心的中央商务区，俯瞰着阿拉伯湾的，是2座传统阿拉伯“风塔”形状的塔楼，这就是2008年4月完工的巴林世贸中心。

塔楼像一对风帆，优雅地迎接着从海面持续不断吹来的海风，超越时空，自成风范。

巴林世贸中心耗资9600万美元（耗资3500万巴林第纳尔，约7亿元人民币），总建筑面积120961平方米，除设置有办公空间和商务设施外，还有酒店、商场、咖啡屋、饭馆和健身俱乐部，并设有1700个停车位。

巴林世贸中心由两座外观完全相同的塔楼组成，双子塔高240多米，共50层，平面为椭圆形，外形呈帆状，线条流畅，具有强烈的视觉震撼力，深绿宝石色的玻璃和白色的外表皮使大厦与周边沙漠景观和海上风光融为一体。

更令人瞩目的，是在50层、高240米的办公塔楼之间安装了3台水平轴发电风车，使世贸中心成为世界上首先为自身持续提供可再生能源的摩天大楼。

这3台发电风车每年约能提供1200兆瓦时（120万度）的电力，大约相当于300个家庭的用电量。

发电风车满负荷时的转子速度为每分钟38转，通过安置在引擎舱的一系列变速箱，让发电机以每分钟1500转的转速运行发电。

设计的最佳发电状态在风速15-20米/秒时，约为225千瓦。

风机转子的直径为29米，是用50层玻璃纤维制成的。

在风力强劲，或需要转入停顿状态时，翼片的顶端会向外推出，增加了转子的总力矩，达到减速目的。

风机能承受的最大风速是每秒80米，能经受4级飓风（风速每秒69米以上）。

　　巴林世贸中心是不是称得上“以可持续能源供电”呢？

抱歉，还差得很远。

这3台风力发电机发出的电力只相当于世贸中心所需能量的11-15%。

风力发电机在160米高空放置到两栋塔楼之间，也是有史以来的第一次。

两座三角形的大厦高度为240米，底部是一个三层的基座。

每一座大厦都有34层的办公空间和第42层的观景平台。

大厦的外观显然是海洋风格的，看上去就像弯曲的风帆，停靠在陆地上，也像是一块破碎的蓝色玻璃尖。

为了结合进再生能源解决方案，在两座大厦之间设置了水平支持的3座直径29米的风力涡轮。

风力涡轮预计能够支持大厦所需用电的11%到15%。

　　基座部分容纳了一座已建商场的扩建部分。

三层带屋顶的停车场也设置在基座中，地下室则提供了更多的停车位和服务设施。

巴林世贸中心风能发电的秘密

风能摩天——让建筑学会捕捉风风，无色无味，却是一种爆发力惊人的能源。

有人做过测试，飓风能够在数秒钟内爆发出一千万马力（即750万千瓦；

一马力等于0.75千瓦）的功率。

早在18世纪之初，欧洲曾经发生过一次横扫英法两国的飓风，吹毁800座民宅、400座风力磨坊、100座教堂和400多条帆船，25万株大树连根拔起，风力之强悍可想而知。

据科学家保守估算，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是目前全世界水力发电总量的十倍，而全世界每年燃烧煤所获得的总能量，只相当于地球可利用风力能量的三分之一。

　　在波斯湾南部，卡塔尔和沙特阿拉伯之间的海域上，有一片阳光明媚且常年多风的群岛，名叫巴林王国群岛。

这里是世界石油能源的核心之地，但最近此地引发全球关注的原因，却不是燃烧消耗型的石油资源，而是一座史无前例的风力节能型摩天大楼——巴林世贸中心。

耗资3500万巴林第纳尔（约7亿元人民币）的巴林世贸中心正是全球第一座利用风能作为电力来源的摩天大楼。

大厦于2008年4月完工，如今雄踞巴林王国麦纳麦市中心的中央商务区，由两座传统阿拉伯式“风塔”高楼组合而成，上尖下宽，如一对比翼的海帆，掣风展开，强健有力，傲岸于蔚蓝色的阿拉伯湾。

节能建筑的开发之路，巴林世贸中心率先迈出了脚步。

这是人类建筑史上的一个重要里程碑，是地球可再生能源的一次成功的重大尝试。

千里之行始于梦想行走在巴林王国首都麦纳麦的中央商务区，只需稍稍抬头，就能看见巴林世贸中心那双塔之间凌空飞架的三座水平轴发电风车。

这三座风能涡轮机的安装费用为100万巴林第纳尔，每年约提供1300兆瓦时（130万度）的电力，相当于200万吨煤或者600万桶石油的发电量，供300个普通家庭一年之用。

风力叶轮日夜不停旋转，不带来任何环境污染，似在提醒所有把渴望目光投向中东地区的石油消耗者：

地球上其实还有更环保、更适宜生存的能源获取方式亟待我们去开发。

对于肖恩·

奇拉（ShaunKilla）来说，巴林世贸中心是他实现梦想的第一步，也是最具发展意义的关键一步。

现年38岁的奇拉在中东地区以设计摩天大楼闻名，作为全球第五大工程顾问公司阿特金斯（Atkins）的首席建筑设计师，他的梦想就是让节能建筑成为世界主流。

如今巴林世贸中心圆满落成，投入使用，他信心倍增，他说：

“将节能环保技术融入现代建筑是最能激发我设计热情的事业。

我不是要把巴林世贸中心做成一个特例，而是要让它成为一个概念的示范。

”

随着全球不可再生资源的不断消耗，能源危机猛然敲响了人类的生存警钟，奇拉的这个示范显然是世界各国乐于接受的。

有了巴林世贸中心这个风能摩天大楼的成功案例，风能——这种可再生、无污染且储量巨大的能源，更能激发天下有识之士的信心，才好各展才智，开发利用，减少二氧化碳之类温室气体的排放，保护人类赖以生存繁育的地球。

第一座捕捉风的摩天大楼肖恩。

奇拉并不是第一个将风能引进建筑技术的人，却是第一个成功实现摩天大楼与风能技术完美结合的人。

一般情况下，风力达到3级就具备利用价值了，当风速大于每秒4米即可用于发电。

据测算，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；

当风速每秒8米时，功率为38千瓦；

风速每秒为6米时，功率降至16千瓦；

而风速为每秒5米时，则只有9.5千瓦，降幅相当明显。

风愈大，经济效益愈大。

这就是为什么大型的风力发电厂不是建在天风行走的空旷高原，就是建在渺无人烟的远塞风谷的原因。

可是，奇拉要做的却恰恰相反，他要把风力发电机带入闹市，带进人类居住的家园！

奇拉选择巴林作为第一座风力大楼的建造地，于地利方面是多有考量的。

他本是一个资深的航海好手，曾花了四年时间潜心研究风力发电技术，对风向的判断很有经验。

2003年11月他第一次来到巴林麦纳麦，就凭着水手的敏感，发现这里是一个建造风力节能型大楼的绝佳之地。

麦纳麦是巴林最大的城市，人口约有150万，占巴林总人口的近四分之一，位于波斯湾中段，巴林岛的东北角。

麦纳麦是海湾地区重要的金融中心和港口贸易中转站，享有“波斯湾明珠”的美誉。

每天早上热带的太阳升起，麦纳麦地区的热空气就开始受热上升，形成大范围的低气压区，将附近海面的冷空气吸过来进行补充，便形成循环无穷的海风资源，市区内每天超过60%的时间都有相当可观的风在四处游走。

奇拉选择麦纳麦作为风能建筑的实践之地，可谓慧眼独具。

挑战风能建筑的设计理念设计巴林世贸中心，奇拉不是简单的在院子里插上几根风力发电机，他想要实现一种纯粹意义上的风能建筑，要将风能与建筑完美的结合起来，只有这样才能在性质上把巴林世贸中心定义为一座风能建筑。

巴林世贸中心的设计图样是古典与现代结合的产物，借鉴了阿拉伯传统建筑讲究双塔并立的基本外形，两座风格明快的三角形建筑比肩，共举三道风力发电机的横梁，横梁上依次安置三座风力机叶轮，以最简单直接的方式将双塔融为一体。

这种毫不花俏的手法，既彰显了阿拉伯地区的传统文化风格，又引入了现代建筑的节奏层次。

一眼望去，巴林世贸中心立于水边，柔美中不失锋芒，整体造型时尚感强烈，前卫风格呼之欲出。

不过，将风力发电机与建筑本身结合起来毕竟是一种前所未有的设计理念，自然会遇到前人从未遇过的设计与实施难度。

摆在奇拉的面前的风力能源设计难题主要有两大方面。

首先是双塔之间的风力发电机叶轮设计遭遇挑战。

一般风力发电厂的叶轮都是安置在直杆上，便于叶轮持续保持迎风状态，旋转面也可随风向的偏转进行适时转向。

而奇拉的设计采用横梁托载方式，将旋转叶轮固定在水平位置上，固定之后便不能再动，旋转面自然也就休想随风调节方向。

不能随风调节，也就意味着不能保证足够时长的正面迎风状态，相应的电能产量也会降低。

第二个难题是奇拉在设计中将三个风力叶轮从50层楼的高空依次摆放，三个风力叶轮的位置处于不同的水平面上。

这种设计保证了世贸中心的建筑整体感，避免双塔之间过于空洞，失却美感，但三个风力叶轮却因此要分别面对不同高度气流的风力。

要知道，风速随海拔高度逐渐增强，位置越高的叶轮旋转理论上的运转速度越快。

这对于建造厂商来说是无法接受的，因为三个风力叶轮必须保持同一标准的旋转速度，否则高层旋转速度越快的叶轮耗损速度也越快。

是放弃理念，还是坚持到底？

奇拉面临艰难的选择。

捕捉风的窍门“既然叶轮不能随风转动，为什么不让把风抓过来？

”选择坚持到底的奇拉开始在楼体设计上展开奇思妙想。

首先是引入坡面流线型的三角大楼设计，这样可以利用气流原理，将更多高处的气流引导向低处，同时降低高位风力机的御风强度，且将更多的风力传输给低位的风力机使用。

经过精确的计算和气流模拟，这套设计最终可以确保三座风力机保持大体相同的运转速度，制造的电能也保持在同一标准内。

其次，在这个基础上，奇拉还要寻找解决风向问题的方案。

因为风力决定发电量，风力机若无法保持足够时长的正面风力，便无法保证足够的发电量供大厦使用。

在动力学工程师的帮助下，奇拉精确地模拟了气流在双塔之间的流程，惊喜地发现气流通过挤压之后，流向风力机的时候，风速竟然可以提高20%。

更令人惊讶的是奇拉的坡面流线型楼体设计带来的捕风效果，即便是遇到45度斜角度吹来的风，气流一旦与楼体相撞，路线也会变成S型，灌入双塔之间，对风力机形成正面的气流冲击，让叶轮保持旋转速度。

经此实验，奇拉更有理由相信地面建筑完全能够掌控风行走的方向，无论风从哪个方向吹过来，巴林世贸中心的两座楼体都能将风进行引导利用，化作强度更高的风力来带动风力机。

排除安全隐患将巨大的风力机安装在市区内最繁华的商业中心地带，安全问题是设计师最不能忽视的问题。

巴林世贸中心的基座是一个大型的购物商城，商城上面则是高级商务写字楼。

直径长达29米的三座风力叶轮在高空旋转，底下车水马龙，人流不断，一旦出现叶片意外折断脱落情况，或者遭遇极端恶劣的狂风天气，使横梁不堪重负，其危害之大，显而易见。

解决叶片折断脱落问题的最佳办法是在每一个叶轮内都嵌套钢筋链条，除此之外，奇拉的工程设计团队考虑到风力机的一个最大的安全隐患：

共振。

共振是指一个物理系统在其自然的振动频率（所谓的共振频率）下趋于从周围环境而吸收更多能量的趋势。

重达11吨的风力叶轮平均每分钟运转38次，承载风力机的横梁便同时产生相应的震动，假若横梁与风力叶轮的震动频率相同，可怕的共振作用就会产生。

因为共振是作用体双方互相累计增加的一个过程，一旦横梁与风力机产生共振，二者的震动都会越演越烈，从轻微的晃动积累成为剧烈震动，直至横梁断裂。

为了避免共振，工程设计团队制作了精密的模型，并模拟了199种不同气候的强度气流，分别测算了在每一种气候条件下叶轮的震动频率。

在这个测算基础之上，他们建造出了震动频率远远高于风力机的横梁，最大程度地避免共振带来的风险。

解决了共振问题之后，在进行风洞测试的时候，工程师们又发现了另一个潜在的危机：

气流偏转对风力叶轮的恶劣影响。

这个情况是由气流造成的，因为冲向风力叶轮的气流有时候会突然加速或者更改流向，叶轮收到巨大的惯性影响，导致风力叶片发生偏转，并极有可能击中承载横梁，后果不堪设想。

这也是风力发电厂经常需要考虑的问题，他们的解决惯例是让风力叶轮的底座向后倾斜5度角，避免引异常气流变化造成风力叶片与直杆支撑轴相撞。

不过，问题到了巴林世贸中心的设计案例上，就变得不一样了。

因为这里承载风力机的不是垂直轴，而是水平轴，且每一个叶片向后的偏离幅度都在1米以上。

这个问题虽然棘手，解决办法却非常巧妙。

设计师经过仔细测量计算，最终决定改造横梁的直线形状，以水平轴上风力机的安装位置为中心，横梁两侧向后弯，形成一个V字形状。

这一改进让风力叶片与横梁之间的接触距离拉开到1.7米，彻底摆脱了风力偏向可能带来的叶片撞击隐患。

风能建筑，主流？

末流？

从2003年的初始设想，到2008年的落成完工，从设计师手上最初的一张类似水手帆船的草稿图，到如今傲立阿拉伯湾的50层双子结构世贸中心，巴林世贸中心的建造经历了漫长的五年，其间克服了一个又一个的难关。

尽管有人说它太不现实，有人说它投入产出率不对等，也有人说它费尽心力也只不过解决了自身11%-15%的电能需求，甚至说它不值得后人效仿，但谁都不能质疑巴林世贸中心迈出了历史性的一步，这座建立在石油核心产区之上的风能建筑带给人类的思考是不容忽视的。

2008年11月27日，巴林世界贸易中心大厦荣获芝加哥高层建筑和城市住区理事会（CHICAGO-BASEDCOUNCILONTALLBUILDINGANDURBANHABITAT）评定的2008年度中东北非地区高层建筑最佳奖。

而这时，肖恩。

奇拉已经去了杜拜，与他的工程团队再度携手，准备进军这颗蓝色星球上的下一个风能摩天计划。

（文/杨泊舟）

巴林世贸中心图片

◆论文：

风能与建筑一体化设计——巴林世贸中心

IntegratedDesignofBuildingandWindEnergyUsage:

BahrainWorldTradeCenter

撰文赵华高辉天津大学建筑学院绿色建筑研究中心

摘要本文详细介绍了巴林世贸中心的风能与建筑一体化设计。

在世界各国都在寻求新能源与建筑集成设计方法的今日，巴林世贸中心的建成无疑给了探索中的建筑师们一个启示和参考。

关键词风能与建筑一体化设计巴林世贸中心可持续发展风力涡轮机

引言

风能与太阳能一样，是一种取之不尽，用之不竭的可再生绿色清洁能源。

风能利用的历史比较久远，2000多年前，古老的中国、巴比伦、波斯就开始利用风车碾米和抽取井水。

自1927年起，由于使用柴油、煤等化工燃料的蒸气机、发动机占据优势，风能的利用一度沉寂。

但从上世纪70年代“能源危机”的爆发和日益严重的环境污染问题，风能重新引起了全世界的重视。

同时，建筑能耗占社会终端总能耗的比重越来越大（欧洲为25.6％，中国为30％），其中仅有1％是由可再生能源提供的，所以如何将新能源与建筑设计一体化必将成为未来建筑设计的主流，也是建筑师面临的艰巨挑战。

近20年里，太阳能与建筑一体化设计发展迅速，而风能由于其不稳定性和噪音污染等问题很难大规模地与建筑进行一体化设计。

但2007年6月刚竣工的巴林世贸中心（WTC）（图1）却成功地将大型风轮机集成到建筑当中，可称为风能建筑一体化的典范之作。

1简介

　　巴林位于波斯湾西南部，介于卡塔尔和沙特阿拉伯之间，属热带沙漠气候，夏季炎热潮湿。

巴林世贸中心座落在首都麦纳麦市的波斯湾沿岸上，耗资9600万美元，总建筑面120961m2，除了设置有办公空间和商务设施外，还有喜来登大酒店、商场、咖啡屋、饭馆和健身俱乐部，并设有1700个停车位。

　　2风能与建筑一体化设计

　　　设计师在双塔之间16层（61m）、25层（97m）和35层（133m）处分别设置了一座重达75吨的跨越桥梁，三个直径达29m的水平轴风力发电涡轮机和与其相连的发电机被固定在这三座桥梁之上。

　　建筑师ShaunKilla受传统阿拉伯“风塔”的启发，利用文丘里原理将两座塔楼的平面和剖面设计成椭圆形和帆形，两座塔楼主体如同两片巨型机翼将来自波斯湾海面上的毫无阻碍、经年不息的海风集中并加速使其在经过两座塔楼时形成漏斗效应，将风速提高了30％，大大提高了风力涡轮机的工作效率。

　　水平轴风力涡轮机通常被安装在杆件上，当涡轮机的正面与空气流向垂直时发电效率最高。

在风向随季节变化而改变的气候条件下，将如此大型的水平轴风力涡轮机整合在建筑上是非常困难的。

为了获得与涡轮机正面垂直的气流，并将有限风向角度范围内的气流尽量多地引入双塔之间形成漏斗效应，加快空气流速，巴林世贸中心从设计阶段开始就注定要采用这种建筑形式。

近两年，垂直轴的风力涡轮机被广泛使用，因为垂直轴的涡轮机不受风向的限制，发电效率比水平轴涡轮机高的多，但在巴林世贸中心的设计阶段，还没有出现将大型的垂直轴涡轮机与建筑进行一体化设计的成熟技术和案例。

　　在垂直方向上，双塔的锥形造型也体现了空气动力学的原理。

随着高度的增加，双塔之间的风速越来越大，而由于双塔主体的机翼断面越来越小，所以通过三个涡轮机的风速大致是一样的。

如果假设中间的涡轮机发电量为100％的话，那么最上面和最下面的涡轮机的发电量分别为109％和93％。

　　此外，风洞试验证明，由于采用这种建筑形式，双塔中轴线两侧各45o范围内的气流经过涡轮机时基本上都是与其正面相垂直的，从图所示的关于风速与涡轮机输出电功率的试验数据中可以看出：

当风速在15m/s~20m/s时，涡轮机的电能输出功率最大。

　　三座风力发电涡轮机每年可为大楼提供10％~15％的电力，即1100~1300兆瓦时，这些电力足以满足巴林300个家庭一年的用电量。

尽管之前建成的一些生态摩天大楼如位于英国伦敦的StGeorges　Wharf上也安装了风力涡轮机，但将如此大尺寸的风力发电装置整合在商业建筑物上，巴林世贸中心仍属首次，也因此获得“大型规划中技术使用最佳奖”和“阿拉伯建筑世界”颁发的“可持续设计奖”。

　　3可持续设计

　　相对于欧洲和其它世界范围内的可持续设计标准，巴林世贸中心并不能称得上是低炭排放建筑，但与其它中东地区的建筑相比，它除了安装有风力发电涡轮机外，还包含多项降低炭排放量的措施，现列举如下：

　　1）在室外环境和空调房间之间设置了缓冲空间，例如在大厅的上方和南侧设置了停车甲板，以此来降低热空气温度并减少空气对流传热；

　　2）玻璃幕墙外侧设置了尺寸比例恰当的遮掩设施；

　　3）悬挑阳台兼有遮阳功能；

　　4）在没有遮阳设施的外表皮上则使用了低遮阳系数的高性能太阳能玻璃，以此将太阳能热量的获得降至最低；

　　5）气密性高、可开启的窗户有助于冬季保温；

　　6）不透明的建筑构件采用性能较好的热绝缘材料；

　　7）建筑内部采用较厚的穿孔混凝土楼板，穿孔内铺设冷水降温系统，避开空调用电高峰期。

　　8）采用节能、高效、高频率的荧光灯具，并实行分区控制；

　　9）采用双重排水系统，将污水和废水分开排放，并将安装中水循环利用系统；

　　10）节水厕所；

　　11）入口处设置水池，对进入建筑内部空间的空气进行降温；

　　12）大面积的景观绿化降低场地的日光反射，产生氧气，并为停车场提供遮阳；

　　13）太阳能路灯。

　　然而，巴林世贸中心令人瞩目之处不仅因为它所展现的绿色建筑设计理念，而且还因为它已成为巴林的标志性建筑，它的光辉甚至超越了近邻迪拜的一些主要建筑物，也唤醒了人们对巴林曾经作为波斯湾地区贸易中心的历史记忆。

　　结语

　　从建设伊始至今，巴林世贸中心吸引了世界的眼球，为巴林吸引了多家投资商，众多游客也纷纷来到巴林一睹它的壮丽身姿。

在全世界都在对能源高度关注的今天，巴林世贸中心的建成让我们看到了风能与建筑一体化集成的希望，其可持续性能的提高和建筑的独特魅力也正在逐渐转化和体现成为一种具有市场效益和宣传效应的价值。

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