□文/劉存發(fā) 鐘 亮

現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟水平快速上升，但生態(tài)環(huán)境也同時遭受著前所未有的破壞，一些頻繁發(fā)生的自然災害和陸續(xù)出現(xiàn)環(huán)境的問題，使可持續(xù)發(fā)展的呼聲越來越高。建筑是能源消耗大戶，對環(huán)境影響巨大，《中國建筑能耗研究報告（2017）》中指出，建筑消耗的能源約占全國能源消耗的40%～50%，北方地區(qū)供暖季PM2.5濃度貢獻度約占全年的30%。發(fā)展綠色建筑本身就是節(jié)約能源，減少碳排放，降低對環(huán)境的污染，同時，綠色建筑是生態(tài)建筑、可持續(xù)建筑，能為人們提供更加舒適的生活環(huán)境。綠色建筑與傳統(tǒng)建筑的最大區(qū)別就在于綠色建筑使用節(jié)能、環(huán)保、可再生、可循環(huán)利用的建筑材料建造；同時采用科學、有效的技術措施，保證能源效益的最優(yōu)化和對環(huán)境污染的最小化。有限的自然資源和無限增長的人口矛盾日益突出，倡導與自然和諧相處，實現(xiàn)“天人合一”是綠色建筑人文、自然和經(jīng)濟的完美結合，是當前社會的大勢所趨。

1 工程概況

紅磚坊位于天津靜海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)華廈科技園內，是天津華廈設計有限公司靜海公司新辦公場所之一。該建筑為3層框架結構，建筑面積2628.95m2。建筑東西向布置，四周通透且能接受太陽光的照射，建筑周邊留出的較大公共空間，與其南側的建筑萬和堂共同組成統(tǒng)一的園林庭院，建筑置于叢林之中，小橋流水，陽光普照，視野開闊，建筑與環(huán)境融和一體。

一層以大堂接待為主，東、南側布置辦公用房，玻璃落地，房間陽光明媚且與室外水景融合，視野開闊、通透；西、北側布置職工餐廳、曬圖室、樓梯間、衛(wèi)生間等。二層是開敞辦公場所，磚廊環(huán)繞，桌臺置于綠叢中，員工在工作中享受綠色建筑帶來的愉悅，開心、舒暢，提高創(chuàng)作欲望。三層為公司后勤、接待用房，房間環(huán)廊布置，寬闊的前廳花團錦簇，落地玻璃窗與頂棚光影交錯，屋頂瀉下的水流飛宕，瀑布下水稻、高粱碧綠繁茂，猶帶田園特色，見圖1。

圖1 建筑平面

從圍護結構節(jié)點設計，節(jié)能、環(huán)保、再生材料利用，清潔能源利用等諸方面，使建成后的建筑自然舒適，達到了三星級綠色建筑設計標準，建筑能耗超低，近于零能耗。該項目榮獲“海河杯”2017天津市勘察設計優(yōu)秀設計一等獎。

2 綠色建筑理念在紅磚坊建筑設計中的應用

綠色建筑設計主要是從整體環(huán)境規(guī)劃及個體建筑設計兩個方面開展。首先，建筑是城市的一部分，應與城市空間環(huán)境融合、統(tǒng)一；其次，要有合理的功能布局和先進的設計理念并采用科學的技術措施，對建筑的認識不應僅停留在外形上，而是看建筑與人文、與環(huán)境是否做到了和諧統(tǒng)一。

2.1 建筑平面及體型設計

單體建筑呈回字形布置，平面緊湊，中間3層通高中庭，磚廊環(huán)庭，地植蘭草、榕樹郁郁蔥蔥，頂棚云來暉去，櫛比樓臺花團錦簇，三疊瀑布水滴天籟，房間周邊環(huán)繞，環(huán)境宜人。主要功能房間以東、南側為主，對空調使用要求不高的次要房間及樓梯布置在北、西側，功能區(qū)細分后相應地降低了能耗。建筑采光以東西向為主，天井頂光漫射為輔，遮陽結合平面和立面造型設計，沿周墻向外挑出2m斷續(xù)、轉折環(huán)廊，在保證建筑自然采光的同時，又避免太陽直射，減少了外窗的太陽輻射冷負荷，環(huán)廊及屋頂邊沿設計預留了若干直徑0.8m的孔洞，既豐富了立面光影效果，又使外墻局部滯留的熱氣流順孔洞及時導至屋頂排出。

建筑體形系數(shù)直接影響建筑能耗，體形系數(shù)越大，單位建筑空間的散熱面積越大，能耗就越高；在相同體積時，分散布局模式要比集中布局的建筑熱耗大。該項目設計時采用規(guī)則平面形式，盡量減少凹凸變化，體型系數(shù)為0.28，立面僅通過外廊的斷折變化，大片實墻與玻璃的虛實對比，達到了建筑的形體美，這樣處理也解決了建筑的采光、通風和遮陽、隔熱。加之外墻將紅磚融入現(xiàn)代建筑中，經(jīng)人工精致組合，使看似傳統(tǒng)的紅磚砌筑的建筑細部，更加豐富精美，為現(xiàn)代建筑增添了新的視覺符號，提升了建筑的外觀裝飾的審美情趣，見圖2。

圖2 建筑外立面

2.2 節(jié)能環(huán)保材料利用

綠色建筑的物質基礎是生態(tài)材料的大量使用，生態(tài)建筑材料又稱“健康建材”“環(huán)保建材”或“綠色建材”，是指在原料選取、產(chǎn)品制造、應用過程和使用以后的再循環(huán)利用等環(huán)節(jié)中對地球環(huán)境負荷最小和對人類身體健康無害的材料。生態(tài)建筑在材料選擇上沒有統(tǒng)一的標準，高、新的不一定好，傳統(tǒng)的建成后未必標準就低，重要的是要發(fā)揮材料的特性。

紅磚坊項目，一方面積極采用現(xiàn)有的對環(huán)境和健康有益的新材料，減少對環(huán)境的污染；另一方面適度使用傳統(tǒng)天然節(jié)能型材料來滿足建筑需要。圍護墻外側采用拆舊粘土磚，內側選用YL組合保溫砌塊。砌塊是利用爐灰、工業(yè)廢渣等廢棄物加工制成，耐火、保溫性能好，能抹灰、濕做法與外表皮紅磚連接緊固；地面磚是以廢棄的工業(yè)爐耐火磚，經(jīng)粉粹重新壓制，循環(huán)利用，而且質感特別好，經(jīng)過人工精致組合，豐富精美；頂棚吊頂采用生態(tài)木格柵，該木質感與實木一樣且不變形、不開裂，環(huán)保、可再生；玻璃幕墻與外窗采用3層中空LOW-E玻璃、光電轉換玻璃；室外地坪采用拆舊回收的粘土磚等。

2.3 消防水池水與地源熱在空調中的利用

地源熱泵供暖（冷）系統(tǒng)通過吸收大地的能量為建筑提供冷熱源，冬季從大地（包括河流、湖泊等）吸收熱量，夏季向大地放出熱量，再由熱泵機組向建筑物供冷供熱，紅磚坊空調就采用了這種高效節(jié)能、無污染的空調供暖系統(tǒng)。

在項目西側100m處，建有一座園區(qū)應急消防水池，容積300m3，埋于地下，水溫常年保持在16℃左右。為利用這一天然冷源，在中庭設計了3層疊水瀑布景觀，景觀水通過管網(wǎng)從消防水池引出，流經(jīng)頂部水池、玻璃水幕、水池、管道再返回消防水池（不供冷的季節(jié)，瀑布景觀水采取自循環(huán)方式）。在炎熱的夏季，涼水流過108m2的三疊玻璃水幕和110m2的四段景觀水池，類似水簾制冷原理，水與周圍空氣對流換熱產(chǎn)生約14kW的冷量；流回消防水池的水又與池底、池壁土壤持續(xù)換熱，把土壤中的冷量交換到池水中，池水溫度保持在16℃左右，循環(huán)水泵功率僅為1.1kW，每天耗電極低，水循環(huán)往復為中庭帶來瀑布飛掛、溪流纏綿的自然景觀外，還源源不斷為房間送去冷量，降低了室內空氣溫度，節(jié)約了常規(guī)能源，見圖3。

圖3 瀑布景觀

夏季，隨著室外溫度升高，室內需要更大的冷量供應，消防水池冷源已不能滿足需要，這時空調控制系統(tǒng)可自動開啟水泵，抽取地源側循環(huán)水為房間增加供冷量，地源側約15℃的循環(huán)水，在不通過熱泵主機的情況下，直接進入地板輻射系統(tǒng)，輻射供冷，室外地埋井管內的水與土壤換熱循環(huán)，免費提供地下冷源；當遇極端天氣時，熱泵主機開啟，地板輻射系統(tǒng)停止使用，7℃/12℃的冷水轉入風機盤管系統(tǒng)供冷（熱泵使用率約25%左右）。當室內空氣露點溫度不過高于樓地面輻射供冷表面溫度時，結露的凝結水由裝飾層吸收，如果遇到極端潮濕天氣，除濕系統(tǒng)自動開啟，及時排除室內過高的濕氣，防止地面結露、濕滑。

2.4 太陽能的利用

天津地區(qū)光照充足，適合太陽能發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用電池方陣，以光生伏打效應的原理制成的，將太陽能直接轉化為電能，具有安全可靠、無污染、無噪聲、無需燃料、無機械傳動等優(yōu)點并且不受地域限制，規(guī)模大小靈活，與建筑結合方便，建站周期短，故障率低，維護簡便，是最重要的新能源之一。

紅磚坊屋頂設計安裝了136塊、總面積194.48m2的10%透光組件及120塊、總面積196.42m2的非透光標準組件；總裝機容量42.972kW，發(fā)電量4.563萬（kW·h）/a，紅磚坊耗電量5.2339萬（kW·h）/a，節(jié)能率為87.2%。晴朗的白天，電池板將太陽能轉化的直流電，經(jīng)由逆變器轉化為交流電：當發(fā)電量大于用電設備的消耗時，剩余電量將被返送華廈科技園局域電網(wǎng)；在多云或陰雨天氣的白天，太陽能系統(tǒng)根據(jù)實際的日輻射量仍可以發(fā)較少的電量，此時，消費大于發(fā)電量，不足部分由華廈科技園電網(wǎng)補充提供；在夜晚，太陽能發(fā)電系統(tǒng)不發(fā)電時，用電設備由華廈科技園局域電網(wǎng)供電。10%透光組件不但為中庭提供了天然照明，也減少了建筑照明所需的能耗；屋頂斜向安裝的非透光標準組件，將直射屋面的陽光全部遮擋；同時，下部架空、通風，更有效地減少了屋頂向室內傳導的熱流。紅磚坊采光、照明充分利用自然光之外，照明系統(tǒng)采用分區(qū)、分組控制，高亮度的LED節(jié)能燈采用紅外線、聲音控制等，也有效地節(jié)約了能源。

2.5 節(jié)水措施

綠色建筑倡導使用節(jié)水型器具并合理將雨水和污水收集處理，循環(huán)利用。紅磚坊設計中，全部選用節(jié)水型衛(wèi)生設備，生活污水經(jīng)華廈科技園室外管道集中后統(tǒng)一處理，一部分中水回用沖洗廁所，一部分中水用來澆灌景觀綠化；地面及屋頂?shù)挠晁ㄟ^雨水收集系統(tǒng)導入景觀水池。屋頂及室內綠化景觀采用節(jié)水滴灌系統(tǒng)，室外透水地面采用拆除回收的粘土磚，磚花鋪地，下墊爐渣、石屑，細草長在規(guī)整的磚孔洞之中，自然生態(tài)，古樸幽靜。

2.6 植物綠化利用

建筑物周邊的綠化，不僅美化環(huán)境，也是建筑節(jié)能的一項有力措施。夏天，植物茂密寬大的葉子能夠遮擋陽光照射，冬天植物落葉又不會影響陽光的照射。紅磚坊利用植物這一特性，在周邊及外環(huán)廊上設花池，種植地錦、凌霄等爬藤植物，植物順墻攀援，既阻隔陽光照射，又裝點了墻面；屋頂上是覆土為0.35m的種植屋面，地錦、凌霄爬滿屋頂，有效的吸收了熱量，阻擋熱源，降低了墻體的表面溫度，減少溫室氣體的排放，改善調節(jié)了局部小氣候。

在室內，沿環(huán)廊外側設計了通長的花池，覆土50cm，種植蘭草、榕樹、鵝掌柴等，地植與分置于窗下、廊上及各個角落的盆栽植物，使建筑內部有良好生物氣候調節(jié)能力，創(chuàng)造出田園般和諧統(tǒng)一的舒適辦公環(huán)境，見圖4。

圖4 植物綠化

3 紅磚在建筑中的運用

傳統(tǒng)的粘土磚不變形、不褪色、不變質、沒有維修費用，應用千年，只是因占用農田，有的地域限制使用。隨著城市規(guī)劃調整以及更新需要，拆除了大量的紅磚建筑，特別是農房，拆除的紅磚有的當垃圾填埋道路、坑塘，有的粉碎重作砌塊骨料繼續(xù)使用。紅磚坊就采用了小城鎮(zhèn)建設拆除農房廢棄的粘土磚作外皮，該磚看似陳舊，但經(jīng)多年風吹日曬，質感自然粗獷，與用現(xiàn)代語言創(chuàng)作的建筑形成碰創(chuàng)，視覺震撼，表現(xiàn)力更強，廢舊利用與建筑表現(xiàn)，相得益彰。室內隔墻全部用紅頁巖磚，該磚天然、質地優(yōu)良，采用清水工藝砌筑，經(jīng)人工巧妙組合，或出挑，或鏤空，或平拱、或圓券，詮釋了自然傳統(tǒng)與現(xiàn)代簡約的藝術精華，見圖5。

圖5 紅頁巖磚

紅磚為重質材料，導熱系數(shù)較大，有較好的蓄冷熱功能，利用這一特性，紅磚坊采用自然通風降低室內溫度，減小對空調制冷的依賴。在炎熱的夏季夜間，房間的窗戶開啟，涼爽的空氣穿堂而過，磚墻、磚地面與混凝土梁、板、柱外表面與空氣冷熱交換，共同將空氣中的冷量吸收儲存起來；白天窗戶關閉，當室內溫度提高時，蓄藏在重質材料中的冷量緩慢釋放出來，平衡溫度供房間使用，晝夜往復循環(huán)，有效地降低了夏季室內溫度。在寒冷的冬季，采暖設備運行需要消耗電能，紅磚坊充分利用峰谷電價，地源熱泵在夜間開啟使用，釋放的熱量由紅磚砌筑的墻體、地面及混凝土澆筑的樓板、梁、柱吸收儲存；白天蓄存在重質材料中多余的熱量，隨著室內溫度的降低而緩慢釋放出來，供房間使用，有效的利用了谷期電能，變相地節(jié)約了能源，也降低了運行費用。

紅磚吸水性和透水性能較好，利用這一優(yōu)勢，紅磚坊空調制冷系統(tǒng)設計時末端采用地盤管循環(huán)輻射冷量，樓板通過保溫、防水等技術措施處理后，不再向下產(chǎn)生冷凝水及滲透，紅磚作為裝飾層可吸收地盤管上部因熱橋產(chǎn)生的凝結水，保持面層干燥、不打滑，當室內空氣較干燥時，磚又將吸收的凝結水重新蒸發(fā)，有效地調節(jié)了室內濕度，保證了直接使用地下免費冷能源且地盤管在空調系統(tǒng)中冷量沒有通過動力二次轉換，直接排放，節(jié)約空調運行費用。

4 結語

以綠色理念建設綠色建筑，是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，在應對氣候變化、促進產(chǎn)業(yè)結構調整、轉變城鎮(zhèn)發(fā)展模式等方面都有著積極的意義。綠色建筑要充分利用一切可利用的自然資源，多使用可再生能源，盡最大可能減少資源浪費，維護生態(tài)平衡，保證人類生活居住和工作辦公環(huán)境的安全舒適，為人們的健康保駕護航。文中通過案例介紹，探討了綠色技術在建筑設計中應用以及與建筑有機融合，實現(xiàn)“天人合一”的綠色設計思想，為綠色建筑設計提供了一個高效可行、可推廣借鑒的示范個案?！酢?/p>