龐波 鄭霽雯 蘇波

華藍設(shè)計（集團）有限公司

在全球能源短缺和環(huán)境受到嚴重破壞的當(dāng)下，發(fā)展綠色建筑已成為全球的共識。但是在綠色建筑的具體實踐中，規(guī)則和標(biāo)準體系變得越來越統(tǒng)一，而很少關(guān)注地域差異，沒有真正達到綠色節(jié)能的目的。作為建筑師，我們在創(chuàng)作過程中會積累和總結(jié)出一套適宜當(dāng)?shù)氐赜蛱攸c的解決辦法，來回應(yīng)氣候環(huán)境、經(jīng)濟文化、生活習(xí)慣等訴求。

1 項目設(shè)計背景

廣西南寧生態(tài)環(huán)境科普教育館項目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市，這里自然條件優(yōu)越，雨水充沛，但是夏天氣溫較高，潮濕的空氣導(dǎo)致氣候十分悶熱，舒適感較低。項目設(shè)計依據(jù)我們對綠色建筑的理解，認為建筑首先應(yīng)該關(guān)注地域的適宜性，因此在設(shè)計之初就充分考慮了當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境、生活習(xí)慣以及當(dāng)?shù)厍钒l(fā)達的經(jīng)濟條件，提出了適合本地綠色建筑實踐的低成本建設(shè)、低成本維護和低成本運營的“三低”原則。但是，低成本決不能以犧牲生活品質(zhì)為代價，在“三低”原則指導(dǎo)下完成的建筑必須同樣是高品質(zhì)且滿足人們對高品質(zhì)生活要求的。以下結(jié)合項目實踐，探討在“三低”原則下實現(xiàn)綠色建筑的可行性。

2 項目概況

項目位于南寧市郊區(qū)的一個鄉(xiāng)村，建筑面積約1 750m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，共兩層，總高度為15.1m，主要用于為政府有關(guān)部門普及推廣環(huán)保科學(xué)知識提供展覽空間。建筑緊臨村莊而建，為了與周邊的民房相呼應(yīng)，建筑布局采用了三個坡屋頂?shù)捏w塊錯位拼合的方式。場地中保留了水塔等原有建筑物，尊重場地環(huán)境。作為廣西中小學(xué)生環(huán)保教育的教學(xué)基地，起初業(yè)主對于項目的定位僅僅是建造一個環(huán)保教育展覽的建筑空間，但是建筑師認為展覽建筑應(yīng)與自身的功能特性相符合，在作為展覽空間的同時自身也可以成為展示綠色建筑理念的展品。

我們希望作為綠色建筑，其可持續(xù)的目標(biāo)首先應(yīng)該是自身的能耗達到極低的水平。而建筑在使用中的最大耗能來自于空調(diào)系統(tǒng)，因此，我們首先確定了設(shè)計一座“沒有空調(diào)的房子”的目標(biāo)，而且是舒適的、滿足現(xiàn)代人們高品質(zhì)使用需要的房子，同時也應(yīng)該滿足低成本建設(shè)、低成本使用和低成本維護的“三低”綠色原則。設(shè)計通過綜合組織和運用各種適宜地域的技術(shù)和策略，探討實現(xiàn)綠色建筑可持續(xù)設(shè)計目標(biāo)的途徑。

3 循環(huán)與生態(tài)的理念

綠色建筑要減少對環(huán)境的破壞，減輕環(huán)境的負擔(dān)，同時要能夠達到最低能耗的要求，才能實現(xiàn)可持續(xù)。根據(jù)能量守恒定律，如果一個綠色建筑能形成一個小的生態(tài)系統(tǒng)，它與外部的交換就會最小，消耗外部的能量和傳播出去的能量也會最小，其自身的能量就可以在自身的系統(tǒng)內(nèi)達到最大的平衡，這樣它的維護成本才能降到最低。

2 低碳循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)

業(yè)主：南寧市盛都城市開發(fā)有限公司

建設(shè)地點：廣西壯族自治區(qū)南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)

建筑設(shè)計：華藍設(shè)計（集團）有限公司

項目負責(zé)人：龐波

設(shè)計團隊：鄭霽雯、龐少華、蘇波、馮廣力、譚慧玲、陳俊廷、英姿、容澤康、賴盼、賴玲利、付帥華、安忠林、張家明、周斌、黃偉鵬

總建筑面積：1 793.73m2

建筑高度：15.1m

設(shè)計時間：2015.08～2016.03

建成時間：2018.01

攝影：章魚建筑攝影

為此，設(shè)計提出了“低碳循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)”的構(gòu)想，通過小型微生態(tài)系統(tǒng)、滲透地面、太陽能光伏發(fā)電場、微生物污水處理、小型家庭農(nóng)場等常見的節(jié)能環(huán)保技術(shù)措施，將場地內(nèi)中水系統(tǒng)的組織凈化，供生態(tài)示范農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和展覽參觀活動使用；設(shè)置了沼氣收集系統(tǒng)，利用廢物生產(chǎn)能源，實現(xiàn)循環(huán)利用；同時采用了太陽能光伏發(fā)電等綠色發(fā)電技術(shù)滿足展示館的日常能源需求，最大限度地實現(xiàn)自我循環(huán)。以此形成一個可以自我循環(huán)，并且對周圍環(huán)境產(chǎn)生最小影響的生態(tài)系統(tǒng)。

4“三低”模式下的建筑可持續(xù)策略

針對當(dāng)?shù)爻睗駩灍岬臍夂颦h(huán)境特點，為設(shè)計一個沒有空調(diào)的建筑，我們以解決建筑通風(fēng)降溫問題為主要出發(fā)點，嘗試通過低成本的技術(shù)措施進行系統(tǒng)的整合運用，營造一個完全不用空調(diào)的、舒適的、符合“三低”要求的建筑，以實現(xiàn)建筑的可持續(xù)性。

5 隔熱散熱策略——模塊化裝配綠化系統(tǒng)

為了降低室內(nèi)的“熱”，首先要考慮減少室外的“熱”進入室內(nèi)。針對南方夏季烈日暴曬的環(huán)境特點，展示館的設(shè)計采用了特別的種植綠化系統(tǒng)，在建筑立面和屋面上分別設(shè)置有垂直綠墻和屋頂綠化，進行隔熱降溫。傳統(tǒng)的覆土屋面和種植幕墻系統(tǒng)顯然不太符合低成本建設(shè)和低成本維護的要求，因此設(shè)計提出了以普通加氣混凝土磚作為種植箱的低成本裝配式綠化體系。加氣混凝土種植箱材質(zhì)疏松、工藝簡單、耐久性好、透水性強、成本低廉。

5.1 屋頂綠化

以模塊化的混凝土種植箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的覆土屋面綠化，節(jié)省了繁復(fù)的屋頂構(gòu)造層次，裝配式的單元模塊可以采取錯位的布置方式，減少模塊用量，減小屋面荷載。通過錯位空間的縫隙排除積水，在有利于雨水排放的同時也可以形成富有韻律感的肌理效果，體現(xiàn)出“透”氣的空間視覺效果。錯位排布的方式既實現(xiàn)了綠植的全覆蓋又減輕了屋面荷載，加上布置于傾斜的坡屋面上，有效避免了積水泡根，增加了淺根系植物的通風(fēng)透氣，而且靈活組合搭配便于后期的更換和維護。

屋頂綠化和垂直綠墻采用較廉價的滴灌系統(tǒng)，保證了植物的良好生長，同時也免除了人工維護。通過實測發(fā)現(xiàn)，由于植物的水分蒸發(fā)，這種種植屋面的隔熱效果比常用保溫材料的隔熱效果更好。

3 綜合低碳策略

4 模塊化裝配綠化屋頂

5 綠化屋頂實景

6 模塊化裝配垂直綠墻

7 垂直綠墻實景

8 中庭平面圖

9 中庭剖面圖

10 熱壓通風(fēng)系統(tǒng)

11 無動力風(fēng)帽換氣系統(tǒng)

5.2 垂直綠化

在建筑的入口正面和背面幕墻較多的地方各設(shè)了一片垂直綠化濕墻，通過植物的蒸發(fā)作用來實現(xiàn)局部降溫隔熱，也減少了從室外傳入室內(nèi)的熱量。通過加氣混凝土磚的滲透作用從地面向上傳遞水分，為植物生長提供條件，也起到降低入口和周邊環(huán)境溫度的作用。

垂直綠化的構(gòu)造做法延續(xù)了種植單元模塊的錯位布置方式，搭建成裝配式的垂直綠墻，砌塊錯位產(chǎn)生的空隙為植物的生長提供了空間，也促進蒸發(fā)散熱，在美化環(huán)境的同時形成一定的微氣候，吸塵降噪，營造舒適宜人的室外環(huán)境。

6 通風(fēng)換氣策略——建筑無能耗通風(fēng)體系

在炎熱的夏季，南方地區(qū)因為溫度高、濕度大，如果空氣不流通，室內(nèi)就會很“悶”熱，舒適度受到很大的影響。此時就要考慮如何增加通風(fēng)將熱空氣快速排走。設(shè)計結(jié)合一些常用的地域做法，通過合理的設(shè)計整合，使室內(nèi)具有良好的通風(fēng)效果，以改善室內(nèi)的舒適度。

6.1 天井通風(fēng)

為了創(chuàng)造更好的通風(fēng)條件，除了通過建筑形體錯位產(chǎn)生的一些凹凸變化外，還在建筑內(nèi)部適當(dāng)設(shè)置了兩個中庭，減小建筑的進深，增加了建筑形體表面積，增大了建筑與室外空氣交換的接觸面。同時，由于天井的設(shè)置，其與建筑外部存在的溫差會加快空氣的流動，以達到最佳的通風(fēng)效果，也讓室內(nèi)有更高的舒適度。

6.2 熱壓通風(fēng)

基于熱空氣上升、冷空氣下降的原理，設(shè)計根據(jù)室內(nèi)空間情況對外圍護的開窗位置進行合理的調(diào)整，在外圍護的最底部和貼近屋頂?shù)奈恢瞄_窗，便于室內(nèi)上部熱空氣的排出，引導(dǎo)產(chǎn)生熱壓氣流通風(fēng)，有助于形成良好的導(dǎo)風(fēng)效果，減少室內(nèi)的“悶”熱感受，提升熱舒適度。

6.3 無動力排風(fēng)

為了室內(nèi)有更好的通風(fēng)，設(shè)計還在建筑斜坡屋頂設(shè)置了無動力風(fēng)帽系統(tǒng)，利用自然風(fēng)推動風(fēng)機的渦輪旋轉(zhuǎn)，在頂部形成抽風(fēng)效應(yīng)，迅速排出室內(nèi)的熱氣和污濁氣體，加強室內(nèi)通風(fēng)換氣的效果。無動力風(fēng)帽不用電、無噪音，可持續(xù)運轉(zhuǎn)，是一種效果顯著的低成本節(jié)能措施。實踐證明，在風(fēng)帽系統(tǒng)“關(guān)閉”和“開始”這兩種狀態(tài)下，內(nèi)部的“悶熱”感受有著明顯的差別。

6.4 地埋風(fēng)管通風(fēng)系統(tǒng)

以上很多技術(shù)策略多以改善室內(nèi)通風(fēng)為主，但是在炎熱的夏季，單純靠通風(fēng)還是達不到人們生活和工作的品質(zhì)要求。降低溫度使室內(nèi)外產(chǎn)生溫差才是達到室內(nèi)舒適度要求的關(guān)鍵，因此需要想辦法對空氣進行降溫處理。但由于設(shè)計的初衷是希望大幅度減少能耗，因此不可能再采用高耗能的空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)降溫需要通過冷媒進行交換的熱力學(xué)原理，設(shè)計利用土地冬暖夏涼的特性，從地下取冷，土壤作為無需耗能的冷媒同時也能提供無限的資源。最終，我們設(shè)計了一套簡單的混凝土地下管道系統(tǒng)，結(jié)合夏季主要的風(fēng)向在建筑架空的陰涼濕地處設(shè)置取風(fēng)口，并以小風(fēng)機作為輔助，將室外的空氣導(dǎo)入地下管道系統(tǒng)，經(jīng)過地下土壤冷卻后再通過地板的風(fēng)口進入室內(nèi)，從而達到降低室內(nèi)溫度的目的。為了使空氣的調(diào)節(jié)效果更好，設(shè)計參考了熱交換原理，將地下管道系統(tǒng)設(shè)計為盤管型，結(jié)合結(jié)構(gòu)地梁的布置，沿著建筑內(nèi)周環(huán)狀盤繞，增加地道的長度，其目的是使室外的空氣能夠和地下的冷媒有更多、更長時間的接觸，達到最佳的降溫效果，通過這種策略打造出一套能耗極低的“自然空調(diào)系統(tǒng)”。

12 地埋風(fēng)道施工現(xiàn)場

13 地埋風(fēng)道通風(fēng)模擬

14 東南方向?qū)嵕傍B瞰

15 建筑與村莊環(huán)境融為一體

16 可持續(xù)策略的室外展示空間

17 建筑外觀體現(xiàn)綠色建筑理念

18 室內(nèi)外溫差跟蹤測量結(jié)果

19 實測建筑室內(nèi)溫度分布情況

7 實踐效果

在項目建成一年的時間里，我們對建筑的使用適宜情況和舒適度體驗進行了跟蹤和回訪，經(jīng)過四個季度的跟蹤測量，對最早提出的可持續(xù)綠色建筑的策略設(shè)想進行了初步驗證。數(shù)據(jù)表明，通過各種策略的綜合應(yīng)用，建筑的使用效果良好，特別是地埋管道系統(tǒng)的調(diào)溫效果明顯。

通過主動式降溫措施的系統(tǒng)運用，使建筑內(nèi)部保持適宜溫度。在整個系統(tǒng)的正常作用下，室內(nèi)外平均溫差6℃，最大溫差9℃，滿足夏季室內(nèi)常規(guī)的降溫需求，每小時耗電量較常規(guī)方式減少約108kW·h，建筑能耗明顯降低。

8 結(jié)語

綠色建筑不是技術(shù)的無限堆疊，而應(yīng)該是建筑師對解決策略的系統(tǒng)考慮和統(tǒng)籌運用。根據(jù)不同地域的經(jīng)濟文化、氣候環(huán)境、技術(shù)條件等的不同，汲取當(dāng)?shù)氐纳罱?jīng)驗和常識，尋找適宜的解決辦法，才能真正實現(xiàn)綠色可持續(xù)的目標(biāo)，讓綠色建筑更具生命力。