江禎蓉 高 鋼 張

1 研究背景

隨著《巴黎協(xié)定》的簽訂，世界各國以全球協(xié)約的方式應(yīng)對氣候變化，減排溫室氣體，我國由此提出“2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標[1]?！暗吞肌卑l(fā)展成為一個全國性的話題，深入到包括建筑界在內(nèi)的各行各業(yè)。

在建筑全生命周期碳排放過程中，通過建筑設(shè)計、技術(shù)提升可實現(xiàn)減排的階段為建筑運行階段，在各類建筑中，既有建筑因存量大、能耗高等特點比新建建筑更需要對運行階段的碳排放進行控制[2]，值得關(guān)注的是我國仍有36%的既有建筑（約254億m2）[3]在農(nóng)村，如何通過建筑設(shè)計、技術(shù)改造實現(xiàn)農(nóng)村既有建筑運行低碳甚至零碳建筑，是時代賦予當代建筑師的責任。

農(nóng)村既有建筑由于建造背景和建造技術(shù)的原因，在使用過程中大多存在室外公共活動空間缺乏、能耗水平高、室內(nèi)熱舒適度差等問題，農(nóng)村建筑的零碳改造面臨三大難點。

（1）如何融合傳統(tǒng)文脈對公共空間進行有機更新

傳統(tǒng)村落是歷史遺留給現(xiàn)代的寶貴財富，在傳統(tǒng)村落中又尤以公共空間最具多樣性、最能反映當?shù)仫L俗文化，如何融合傳統(tǒng)文脈對公共空間要素及整體進行有機更新，處理好資源的保護與發(fā)掘，空間形態(tài)的完整與和諧，功能的傳承與置換等一系列問題，為傳統(tǒng)村落適應(yīng)現(xiàn)代化需求的發(fā)展開辟了新的思路。

（2）缺乏農(nóng)村既有建筑零碳改造設(shè)計經(jīng)驗

我國零碳建筑領(lǐng)域的研究目前尚處于起步階段，零碳建筑的相關(guān)標準、政策文件尚未出臺，受經(jīng)濟水平的制約，在農(nóng)村推行零碳建筑的難度較大，公眾參與度也低，目前農(nóng)村既有零碳改造項目較少，缺乏相關(guān)零碳改造的設(shè)計經(jīng)驗。

（3）缺少控制成本的有效手段

目前，隨著產(chǎn)品的技術(shù)更新和進步，用于零碳改造的相關(guān)技術(shù)例如光伏等，存在一定的技術(shù)優(yōu)勢，但在具體實施的過程中仍有一定的增量成本，村民接受度不高，主要依靠政府的政策補貼，用于一些示范項目。

本文以溧水區(qū)山凹村游客中心零碳改造為例，在對村落傳統(tǒng)文化、建筑風貌充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對游客中心周邊環(huán)境進行更新改造，營造適合交往活動的公共空間，并從“節(jié)流”“開源”和“增匯”入手，運用新技術(shù)，進行零碳改造，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化和建筑技術(shù)的結(jié)合，以期對農(nóng)村公共空間的營造和零碳化改造、建設(shè)有所裨益與啟發(fā)。

2 改造項目概況

改造項目位于南京市溧水區(qū)傅家邊風景區(qū)深處的山凹村，村落四周群山圍繞，通過村落主入口的道路與外界聯(lián)通，村落內(nèi)部建筑風格為古色古香的徽派建筑，那頗具特色的粉墻黛瓦馬頭墻造型，似乎在訴說山凹村的蛻變（圖1）。村莊每年會舉辦大量的旅游活動吸引游客：2～4月有梅花節(jié)、草莓節(jié)；農(nóng)歷三月底，有省非遺蒲塘祠山廟會；8～9月有采摘節(jié)。村落依托當?shù)氐淖匀画h(huán)境、建筑風貌和傳統(tǒng)文化形成了獨具特色的農(nóng)家樂旅游產(chǎn)業(yè)，吸引著周邊游客前往（圖2～3）。

圖1 項目區(qū)位圖

圖2 村落內(nèi)現(xiàn)狀農(nóng)家樂實景之一

圖3 村落內(nèi)現(xiàn)狀農(nóng)家樂實景之二

山凹村整個村落的空間格局較為清晰，村落入口處保留著地方特色的村牌，通過入口村牌（圖4），經(jīng)過四個對稱布局的景亭（圖5），即進入了山凹村。村落布局由主要道路串聯(lián)起公共活動場所、居住休息場所、觀光游覽場所等三類空間節(jié)點：①游客集中聚集、活動的場所——游客服務(wù)中心，是整個村落的標志性建筑物，進入村落后的第一棟建筑；②各具特色的農(nóng)家樂建筑，順著村落主要道路南北兩側(cè)布局，為游客提供吃飯、住宿的場所；③遇園景點，位于村落主要道路的盡頭，打造“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”的意境，作為游客游覽、觀光場所。

圖4 入口處村牌

圖5 入口處景亭

在這三類空間節(jié)點中，游客中心由于其本身具有游客接待的功能，又可供村民進行公共活動，因此具備改造成為游客、村民公共活動場所的條件，結(jié)合景觀總平面優(yōu)化設(shè)計、建筑功能空間的有機更新，打造一處公共活動、共享交流的空間場所，同時結(jié)合當下碳達峰、碳中和政策的要求，將其打造成為零碳建筑，使此空間節(jié)點成為整個村落最主要的公共活動空間，成為村落生活和歷史延續(xù)的最好明證。

改造前游客中心建筑朝向為正南北向，平面布局呈“T”字形，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)為一層，檐口高度為3.2m，屋脊高度為5.1m，總建筑面積為99.04m2。

3 農(nóng)村建筑零碳改造實施路徑

通過上述現(xiàn)狀調(diào)研分析，本次零碳改造的實施路徑主要包括四方面： ①“新”——對室外公共空間進行有機更新，使公共空間重新煥發(fā)活力；②“節(jié)”——加速提升建筑節(jié)能水平，包括建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能、設(shè)備能源利用效率的提升；③“增”——和當?shù)仫L貌相融合的可再生能源建筑應(yīng)用，提高建筑“產(chǎn)能”能力；④“固”——多方位、多層次地加大綠地面積，提高植物碳匯能力，最后，通過對標《近零能耗建筑技術(shù)標準》（GB/T51350—2019），打造全國第一棟通過零能耗建筑認證（設(shè)計階段）的村鎮(zhèn)建筑零碳改造案例（圖6～7）。

圖6 零碳建筑改造后實景

圖7 零碳改造技術(shù)體系

3.1 “新”——空間有機更新

（1）總平面布局更新

村落豐富的公共生活需要公共性的場所承載，村民文化自信的重塑同樣需要標志性的空間彰顯。位于村落入口處的游客服務(wù)中心改造扮演著重要的角色，通過場所空間的改造，使其再次成為村民日?；顒拥闹行?，承載更加多元的農(nóng)村公共生活。

改造前游客中心外部環(huán)境質(zhì)量較差（圖8），雖然配套有活動設(shè)施，但其到達流線設(shè)計不合理，無明顯的出入口，不方便進入，造成社會性活動以及自發(fā)性活動的減少，空間缺乏活力，無法吸引使用者駐足停留[4]，需要通過改造更新，激發(fā)社會性活動。同時，正對改造建筑主入口處設(shè)置一配電箱，阻擋視線，使人們心理上不想駐足停留（圖9）。

圖8 改造前周邊雜亂環(huán)境

圖9 改造前入口處配電箱

在改造過程中，將入口處配電箱移走，打開主入口處空間界面，同時在建筑西側(cè)新增一處半室外廊道，將建筑室內(nèi)空間向外延伸，經(jīng)過半室外的廊道空間向室外景觀綠地擴展，通過建筑室內(nèi)空間—半室外空間—室外空間的設(shè)置，使得各類空間在功能上有一定的相關(guān)性；形式上有一定的延續(xù)性，拓展原本受限的空間，使主入口和西側(cè)空間設(shè)計更為舒展、開闊。為了更好地向來往游客傳遞節(jié)能減排、低碳發(fā)展的美好愿景，項目在半室外走道空間，設(shè)立發(fā)電動感單車體驗區(qū)等，利用自身平臺效應(yīng)，通過趣味性方式發(fā)揮項目零碳示范宣傳作用。

室外公共活動空間的構(gòu)建引導了室外行為活動的產(chǎn)生，室外景觀綠地改造過程中，室外廊道向綠化景觀伸出平臺，結(jié)合景觀布置1.2m高鏤空景墻、座椅、遮陽篷等景觀小品，吸引人們駐足停留，提升了人與人之間的交往欲望和交往頻次，形成一處集游憩、交流、活動的多功能公共空間[5]。改造后建筑總平面圖如圖10所示。

圖10 改造后總平面圖

（2）建筑空間功能更新

改造前功能空間僅為農(nóng)產(chǎn)品展示空間，改造過程中加入房間預(yù)訂、低碳技術(shù)展示、自助服務(wù)休息等功能，擴大了建筑功能模塊，對流線要求更高，改造過程中將農(nóng)產(chǎn)品展示、游客休息區(qū)等功能模塊改造至主入口處，服務(wù)咨詢臺改造至建筑內(nèi)部，并另外增設(shè)出口，使得整個建筑功能布局上更為合理、順暢，同時，西側(cè)增設(shè)的出入口，使室外活動空間的到達流線更為便利（圖11）。

圖11 改造后西側(cè)公共活動空間

半室外的景觀廊道除了延展了建筑空間外，還兼具了氣候緩沖區(qū)的功能，夏季，在太陽輻射最強的西側(cè)，通過半室外空間形成一定的遮擋，減少直接進入室內(nèi)的太陽輻射量，起天然調(diào)節(jié)的作用。項目東北側(cè)增設(shè)一處殘疾人坡道，方便不同使用者對空間的使用，改造后建筑平面圖如圖12所示。

圖12 零碳建筑改造后平面圖

在建筑功能空間改造更新的同時，引入了低碳新技術(shù)，如：室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、建筑能耗管理系統(tǒng)等。室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測PM2.5、CO2、TVOC、溫濕度等環(huán)境參數(shù)，當空氣質(zhì)量不佳時，啟動新風系統(tǒng)，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。能源管理系統(tǒng)，設(shè)立工作站，逐時監(jiān)測項目用能情況、屋頂光伏產(chǎn)能情況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)合理計劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟效益。

各類空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、能源生產(chǎn)及消費數(shù)據(jù)均以生動化、清晰化的形式展示在室內(nèi)東側(cè)墻面大屏上，利用信息化手段向公眾呈現(xiàn)項目零碳運行成果。此外，項目信息化系統(tǒng)中還設(shè)置有智慧旅游模塊，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取溧水山凹村旅游相關(guān)信息，例如交通、餐飲、住宿、景點客流等，新技術(shù)的運用與展示，使得低碳技術(shù)更能被感知、體驗，并融入村民的生活中，起到良好的教育、示范、推廣作用。

3.2“節(jié)”——建筑能效提升

項目原外墻采用混凝土砌塊，屋頂為瓦屋面，窗戶為單層玻璃窗，整體圍護結(jié)構(gòu)未見相關(guān)保溫措施，室內(nèi)未有相關(guān)提升舒適度的技術(shù)措施，造成單體建筑能耗較高、室內(nèi)熱舒適性差等問題。

項目零碳改造采用“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”[6]的原則，利用“微改造”措施，如：增加圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能、提高空調(diào)系統(tǒng)能效、節(jié)能照明能效，降低項目使用階段能耗、增設(shè)全熱回收新風系統(tǒng)，提升室內(nèi)環(huán)境舒適度，倡導一種因地制宜的零碳改造模式。

（1）圍護結(jié)構(gòu)能效提升

項目在保留原有基礎(chǔ)構(gòu)造的前提下對圍護結(jié)構(gòu)熱工性能進行提效升級，屋頂增設(shè)120mmB1級擠塑聚苯板，在南側(cè)坡屋面檐口處，將下側(cè)室外走道區(qū)域的保溫層厚度適當減薄，使檐口部位的設(shè)計更為輕巧，改造后屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.29W/（m2·K）（圖13）。

圖13 屋頂保溫構(gòu)造做法詳圖

外墻增設(shè)120mmA級巖棉板，改造后傳熱系數(shù)為0.36 W/（m2·K）（圖14），外窗采用塑鋼窗高透雙銀Low-E暖邊5Low-E+19Ar+5+9Ar+5，傳熱系數(shù)為1.70 W/（m2·K）。建筑南、北、西側(cè)窗戶均設(shè)置寬度大于1.5m的走道，作為固定遮陽設(shè)施，東側(cè)窗戶，采用玻璃自遮陽的形式，或結(jié)合內(nèi)部高反射率涂料進行遮陽設(shè)計。改造后各部位熱工性對標《近零能耗建筑技術(shù)標準》（GB/T51350—2019）參數(shù)如表1所示。

圖14 外墻保溫構(gòu)造做法詳圖

表1 圍護結(jié)構(gòu)指標對比表

（2）能源設(shè)備和系統(tǒng)效率提升

①高效空調(diào)系統(tǒng)。為了提高能源設(shè)備的利用效率，項目在改造過程中采用輸配能耗低，能效比高的多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)（VRF），空調(diào)系統(tǒng)的綜合能源效率IPLV（C）達到6.2，在提升能源設(shè)備效率的同時，增設(shè)全熱回收新風系統(tǒng)，引入健康新風，提高室內(nèi)舒適度（圖15）。

圖15 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造示意圖

②照明設(shè)計。項目建筑功能為房間預(yù)訂及農(nóng)產(chǎn)品展示等，對照明要求不高，在改造過程中，選用照明功率密度為6.0W/m2的LED燈，滿足功能照明要求的同時，照明功率密度在《建筑照明設(shè)計標準》（GB 50034—2013）目標值的基礎(chǔ)上提升25%（圖16）。

圖16 照明系統(tǒng)節(jié)能改造示意圖

③吊扇。為了倡導低碳節(jié)能的生活模式，宣傳行為節(jié)能理念，改造過程中在房間內(nèi)增設(shè)吊扇，在過渡季節(jié)室內(nèi)使用者較少的情況下，關(guān)閉空調(diào)，開啟吊扇和外窗，采用自然通風的形式，節(jié)約能源。

3.3“增”——建筑“產(chǎn)能”增強

可再生能源是零碳建筑必不可少的實施路徑之一，改造過程中，如何將光伏技術(shù)與建筑瓦屋面融合滲透，最終創(chuàng)造出融合了地方文化，又體現(xiàn)零碳[7]效果的技術(shù)措施是本次改造的重點。

為了更好地保留山凹村粉墻黛瓦的傳統(tǒng)建筑風貌，選用銅銦鎵硒雙玻三曲光伏瓦作為建筑屋面構(gòu)件進行鋪設(shè)，選擇在日照充足的建筑南面、東面、西面鋪設(shè)約162m2薄膜太陽能光伏瓦，在基本無日照的北面鋪設(shè)配套的裝飾瓦，瓦屋面改造過程中還配套有收邊瓦、溝瓦、檐口瓦等（圖17）。

圖17 雙波三曲瓦柔性可彎曲薄膜太陽能發(fā)電組件

改造后建筑產(chǎn)能側(cè)光伏瓦總裝機容量為13.35kWp，預(yù)計年發(fā)電量為1.3萬kWh，折合單位建筑面積可再生能源發(fā)電量為133.1kWh/m2，建筑用能側(cè)折合一次能耗為111.25kWh/m2，滿足建筑運行階段零能耗目標要求，指標如表2所示。3.4“固”——碳匯能力提升

表2 建筑能效指標核算

除了降低建筑碳排放的建筑功能空間更新、本體的能效提升措施，抵消建筑碳排放的可再生能源利用措施外，低碳建筑的實施路徑還包括了固碳能力的提升，即綠化植物對空氣中CO2的吸收。改造過程中，在項目東立面設(shè)置約13.56m2的垂直綠化，平均單位綠地面積固碳量按4.7tCO2/萬m2計，項目垂直綠化固碳量為6.37kg。

4 農(nóng)村建筑零碳改造后評估及碳排放計算

4.1 零碳改造造價分析

根據(jù)改造工程量統(tǒng)計，項目零碳改造完成后，整體建設(shè)費用約為921835.20 元，具體各單項費用如表3所示。

表3 項目單項工程費用清單

其中，拆除工程包含原屋頂瓦、外立面的拆除；改造工程涵蓋了圍護結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能改造、新增景墻及廊道費用、外立面出新費用等；室內(nèi)空調(diào)及管道安裝工程包含了空調(diào)系統(tǒng)、新風系統(tǒng)改造及管道配套工程；太陽能光伏瓦改造工程包含了光伏瓦造價、設(shè)備系統(tǒng)、服務(wù)費等內(nèi)容。

項目總造價中，占比較大的2項為改造工程、太陽能光伏瓦工程，分別占總造價的49.41%、43.19%，高昂的光伏組件成本仍然是現(xiàn)在零碳改造無法突破的難點，但隨著技術(shù)的進步以及國家推動農(nóng)村光伏落地舉措的進行，相信在不久的將來，農(nóng)村低碳改造的成本能夠得到大幅度降低。

4.2 碳排放計算

（1）全生命周期碳排放計算

改造完成后，根據(jù)工程量清單，運用軟件進行項目全生命周期的碳排放計算，計算結(jié)果如表4所示。

表4 全生命周期碳排放數(shù)據(jù)

各階段碳排放比例示意圖如圖18所示。

圖18 LCA（50年）碳排放比例

（2）可再生能源減碳量

項目可再生能源減碳量如表5所示。

表5 項目碳補償數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)計算結(jié)果，本項目全生命周期的碳排放可通過可再生能源抵消，滿足全生命周期內(nèi)碳排放量和碳吸收量平衡的要求。

結(jié)語

溧水山凹村游客中心零碳改造項目是農(nóng)村地區(qū)建筑零碳改造的一次初步探索，在項目全生命周期改造過程中，通過設(shè)計及分析得出如下結(jié)論。

①隨著經(jīng)濟社會的進步和人民生活水平的提高，零碳建筑在農(nóng)村的實施意義不僅是打造一棟高科技建筑，更多地需要結(jié)合當?shù)貍鹘y(tǒng)文脈特征，營造體現(xiàn)鄉(xiāng)土文化的公共活動空間，繼承“傳統(tǒng)”的同時進行有機更新，使傳統(tǒng)村落適應(yīng)現(xiàn)代化的使用需求。

②屋頂光伏技術(shù)將成為農(nóng)村零碳改造的必要技術(shù)。農(nóng)村必須規(guī)?；赝七M光伏技術(shù)，如整縣推進，才能有效解決光伏價格的瓶頸。

③以目前的建造技術(shù)水平結(jié)合成本因素，對于農(nóng)村地區(qū)既有建筑的能效改造目標初步界定為超低能耗建筑，零能耗建筑甚至零碳建筑可作為示范項目，在前期對廣大群眾進行零碳技術(shù)的宣傳與教育，為今后零碳建筑在農(nóng)村的大范圍推廣打下堅實的基礎(chǔ)。

資料來源：

圖17：http://www.hanergy.com/channel/hanWa.html；

文中其余圖表為作者自繪。