趙 妍，李柱梁，彭云東，王玥

（吉林建筑科技學(xué)院，長(zhǎng)春 130114）

“雙碳”背景下綠色建筑科技已成為初設(shè)階段的評(píng)價(jià)內(nèi)容。嚴(yán)寒地區(qū)節(jié)能降碳潛力大，結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽對(duì)既有建筑進(jìn)行綠色改造相關(guān)設(shè)計(jì)和技術(shù)探討可以帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。嚴(yán)寒地區(qū)自然環(huán)境相對(duì)惡劣，四季溫度變化較大，對(duì)建筑室內(nèi)物理環(huán)境要求較高?；凇疤贾泻汀蹦繕?biāo)，我國(guó)既有建筑60%是不節(jié)能的建筑，這與新時(shí)代所倡導(dǎo)的美好生活理念相悖[1]。根據(jù)性能表現(xiàn)的嚴(yán)寒地區(qū)既有建筑綠色化改造方法，建立基于性能模擬的敏感度預(yù)測(cè)模型，結(jié)合建筑光環(huán)境、聲環(huán)境和舒適性等性能指標(biāo)，整合優(yōu)化改造措施，降低既有建筑改造試錯(cuò)成本，對(duì)既有建筑改造綜合性提升有指導(dǎo)意義，從多學(xué)科視角完善了方案設(shè)計(jì)階段建筑改造技術(shù)措施選擇，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”承諾的有效途徑[2]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 氣候分析

長(zhǎng)春地處東北地理中心，春季干旱多風(fēng)，夏季溫暖短促，秋季晴朗溫差大，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)。年平均氣溫4.6 ℃，年降水量600～700 mm，全年冰凍期為5 個(gè)月。

1.2 方案簡(jiǎn)介

科技競(jìng)賽要求作品改造真實(shí)場(chǎng)地，營(yíng)造綠色社區(qū)，自擬場(chǎng)地師生在此過(guò)程中會(huì)基本了解綠建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文，以便后期星級(jí)評(píng)價(jià)得到一星以上分?jǐn)?shù)。最終公建項(xiàng)目選定位于長(zhǎng)春市朝陽(yáng)區(qū)的某教學(xué)樓建筑，北鄰桂林路商圈，西鄰南湖公園；四周有吉林大學(xué)南嶺校區(qū)、吉林藝術(shù)學(xué)院和東北師范大學(xué)附屬小學(xué)等學(xué)校建筑。校區(qū)500 m 內(nèi)有多處公交站點(diǎn)及地鐵站，交通便利，環(huán)境優(yōu)美，設(shè)施齊全。本次參賽項(xiàng)目于2005 年設(shè)計(jì)建成，建筑為7 層混合結(jié)構(gòu)，面積為9 574 m2。綠化率30%，體型系數(shù)0.17，功能用途為教學(xué)樓。

1.3 設(shè)計(jì)理念

設(shè)計(jì)以“綠色”科技為機(jī)要點(diǎn)，秉承可持續(xù)發(fā)展觀和以人為本的初心，力求在滿足環(huán)境、衛(wèi)生和舒適度的同時(shí)高效運(yùn)行被動(dòng)式節(jié)能方式，提升資源利用降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保兼具的科技建筑。

暖——單體朝向選擇及空間布局適應(yīng)氣候特征，結(jié)合嚴(yán)寒C 區(qū)氣候條件和原建筑風(fēng)格，改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，使嚴(yán)寒地區(qū)建筑在節(jié)能的同時(shí)獲得溫暖舒適地體驗(yàn)。

陽(yáng)——科學(xué)引入通風(fēng)中庭和采光天井，玻璃幕墻設(shè)計(jì)增加了陽(yáng)光的攝入，配合太陽(yáng)能板設(shè)計(jì)提高清潔能源利用率，降低建筑能耗。

苑——改造的教學(xué)樓。簡(jiǎn)潔的體量和立面設(shè)計(jì)形成了較低的體型系數(shù)，營(yíng)造出宜人的教學(xué)環(huán)境，符合教學(xué)類建筑學(xué)術(shù)莊重典雅的氛圍（圖1）。

圖1 科技智能建筑效果圖

1.4 現(xiàn)狀問(wèn)題和初步改造方案

老舊教學(xué)樓改造前教學(xué)樓內(nèi)光線昏暗，全靠人工采光，教學(xué)樓外立面的內(nèi)凹設(shè)計(jì)，不僅浪費(fèi)了使用空間，而且沒(méi)有起到預(yù)期的采光效果。建筑存在廁所老舊、走廊燈光昏暗等問(wèn)題。自然光利用率低且走廊內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間開燈，浪費(fèi)電力資源，且西側(cè)功能空間下午西曬問(wèn)題嚴(yán)重?，F(xiàn)有建筑冬季供暖條件不理想，冬季冷風(fēng)滲透問(wèn)題嚴(yán)重，門窗老舊，嚴(yán)寒冬季建筑室內(nèi)溫度較低，不利于師生日常生活。

通過(guò)BIM 技術(shù)建模后，導(dǎo)入斯維爾軟件進(jìn)行性能模擬，對(duì)改造技術(shù)措施進(jìn)行優(yōu)化選擇。對(duì)建筑整體和周邊環(huán)境進(jìn)行重新組織設(shè)計(jì)。結(jié)合海綿城市理念對(duì)建筑周邊綠地進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增加透水鋪裝地面，環(huán)保型雨水口，增設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施。在改造前各個(gè)平面存在較多問(wèn)題，但為減少建筑在改造中的碳排放量，也盡可能減少大量拆建。為增加教學(xué)樓內(nèi)部空間趣味性，在一層布置通高展廳；結(jié)合后疫情時(shí)代需求，在原南側(cè)入口處改建了醫(yī)務(wù)室和隔離室，同時(shí)為了適應(yīng)未來(lái)融合式教學(xué)常態(tài)化，把個(gè)別會(huì)議室和教室改為混合式教學(xué)教室。

2 基于BIM 技術(shù)的建筑室內(nèi)外環(huán)境模擬分析

2.1 體型系數(shù)

在嚴(yán)寒地區(qū)，通?？梢砸詼p小建筑表面積、減小體型系數(shù)的方式來(lái)達(dá)到建筑節(jié)能的目的。建筑改造過(guò)程中，針對(duì)原有建筑內(nèi)凹立面進(jìn)行調(diào)整，原有立面不利于采光的同時(shí)也導(dǎo)致體型系數(shù)較高。改造后變成圓弧形立面，在造型上更豐富生動(dòng)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)對(duì)于體型系數(shù)的調(diào)整也達(dá)到了一定的節(jié)能目的。

2.2 建筑碳排放

通過(guò)碳排放模擬分析，外墻改造同時(shí)在巖棉板外側(cè)增加了BIPV 光伏板，降低建筑運(yùn)行碳排放同時(shí)還能讓建筑產(chǎn)生清潔能源，推動(dòng)我國(guó)順利實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)[3]。利用南側(cè)墻面3—6 層平臺(tái)種植藤蔓植物作為墻面綠化措施增加碳匯。

2.3 綠色建筑評(píng)價(jià)

綠色建筑評(píng)價(jià)評(píng)估報(bào)告顯示：本項(xiàng)目最終得分79分，二星級(jí)，改造后本項(xiàng)目在安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居、提高與創(chuàng)新6 大方向均有改善（圖2）。

圖2 綠色建筑評(píng)價(jià)評(píng)估報(bào)告

3 既有建筑綠色改造的方案選擇與技術(shù)運(yùn)用

3.1 被動(dòng)式節(jié)能方式的運(yùn)用

巖棉熱阻大兼具保溫、防火性能，是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)A 級(jí)防火的優(yōu)質(zhì)材料，適用東北地區(qū)冬季外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫[4]。改變A 級(jí)巖棉板厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。增加顏色較深的外墻材料進(jìn)行裝飾，加大南向房間的采光面積和窗地比，以提高得熱性能。外窗改造方面把原60系列（三腔）（空氣）4+9A+4+9A+4 暖邊密封構(gòu)造改為L(zhǎng)ow-E+白玻中空5+12A+5Low-E+9A+5 鋁條密封、70系列平開推拉窗（五腔）（氬氣）4+12A+4Low-E+12A+4暖邊密封、幕墻為斷橋鋁5+12A+5Low-E（氬氣）斷橋?qū)?4.0 mm 膠條封邊3 種構(gòu)造類型，提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能。改善了原外窗建筑年代已久，窗戶氣密性較差，冬季冷風(fēng)滲透量較大的問(wèn)題。建筑屋頂改造方面提高屋頂保溫材料EPS 保溫板厚度，設(shè)置保溫屋面，提高屋頂蓄熱能力，在防水層上直接設(shè)置保溫隔熱層。

3.2 主動(dòng)優(yōu)化節(jié)能

3.2.1 可再生能源利用

1）太陽(yáng)能光伏板。在建筑屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光伏板，建筑外立面安裝太陽(yáng)能光伏面板，并結(jié)合BIPV 板實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化，實(shí)現(xiàn)建筑西立面局部遮陽(yáng)及視線遮擋，保證空間的私密性，防止室內(nèi)眩光。降低建筑能耗的同時(shí)還能讓建筑產(chǎn)生清潔能源，推動(dòng)我國(guó)順利實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。光伏發(fā)電用于公共區(qū)域照明，余量并入電網(wǎng)獲取收益。

2）新能源汽車充電樁。結(jié)合GB/T 50348—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》技術(shù)要求，配備車輛充電設(shè)備，減少城市汽車尾氣及溫室氣體排放，是綠色建筑為實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和的技術(shù)貢獻(xiàn)[5]。

3）地源熱泵。增設(shè)地源熱泵，其具有一機(jī)多用、維護(hù)費(fèi)用低、污染小、壽命長(zhǎng)和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，能有效地改善室內(nèi)熱舒適度，地埋管熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的能耗。太陽(yáng)能源多次利用是可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn)。

3.2.2 海綿城市理念。

1）屋頂雨水收集利用。在設(shè)置沿口綠化的南側(cè)屋頂處設(shè)置集水槽，收集屋面雨水，用于澆灌南側(cè)沿口種植的綠化植物，減少雨水徑流，降低地面排水壓力。

2）透水鋪裝地面。本項(xiàng)目停車位布置在水泥混凝土路面上。改造時(shí)采用海綿理念，將停車位改造為混凝土植草磚，停車位草坪覆蓋率達(dá)到30%，夏季可以降低園區(qū)地面熱量反射，改善熱島效應(yīng)。

3）環(huán)保型雨水口。按照規(guī)范在校園道路內(nèi)的雨水口增加攔污籃，從源頭攔截雨水中較大的污染物。濾水桶設(shè)置孔隙，濾水桶上設(shè)有溢流口，雨量較大時(shí)可以直接溢流。下部設(shè)有沉淀區(qū)，可積淤深度為300 mm。出水管前設(shè)置防臭管，攔截浮渣油污，阻擋臭氣。能夠去除25%雨水中的固體懸浮污染物[6]。

3.2.3 節(jié)水器具及防疫設(shè)計(jì)

1）節(jié)水器具。衛(wèi)生間原采用的大便槽統(tǒng)一改造為一級(jí)節(jié)水器具，按照CJT 164—2014《節(jié)水型生活用水器具》坐便器沖洗水量不大于4 L；小便器及水龍頭采用感應(yīng)龍頭，小便器沖洗水量不大于2 L，水龍頭水嘴流量不大于0.1 L/s。

2）后疫情時(shí)代改造?；诤笠咔闀r(shí)代，對(duì)建筑防疫設(shè)計(jì)進(jìn)行反思，在原南側(cè)入口處改建了醫(yī)務(wù)室和隔離室，同時(shí)為了適應(yīng)未來(lái)融合式教學(xué)常態(tài)化，把個(gè)別會(huì)議室和教室改為混合式教學(xué)教室，以適應(yīng)后疫情時(shí)代對(duì)教學(xué)樓的要求。

3.3 綠化固碳

建筑南側(cè)立面在3—6 層平臺(tái)上種植藤蔓植物作為墻面綠化措施，夏季遮擋陽(yáng)光，體現(xiàn)立體綠化與外遮陽(yáng)的等效熱阻優(yōu)勢(shì)，冬季植物枯萎可充分利用日照輻射得熱，提高室內(nèi)房間溫度[7]。

4 數(shù)字科技振興高校學(xué)術(shù)建設(shè)

科技學(xué)科競(jìng)賽充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程的積極性，使教學(xué)模式更加生動(dòng)，使學(xué)與用融合得更好，相互促進(jìn)。學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)得到專業(yè)水平的提升。不同的設(shè)計(jì)理念碰撞能夠開拓學(xué)生視野，幫助學(xué)生得到更好的發(fā)展。教師在指導(dǎo)競(jìng)賽過(guò)程中完善了自己的知識(shí)儲(chǔ)備，同時(shí)可以用學(xué)科競(jìng)賽促進(jìn)科學(xué)研究的發(fā)展，在學(xué)科競(jìng)賽中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)教學(xué)改革發(fā)展。產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人可以達(dá)到推動(dòng)人才培養(yǎng)創(chuàng)新發(fā)展的目的。數(shù)字化學(xué)科建設(shè)應(yīng)將社會(huì)需求、企業(yè)需求、科研成果與人才培養(yǎng)無(wú)縫銜接、創(chuàng)新并推廣。

5 結(jié)束語(yǔ)

“碳達(dá)峰”“碳中和”是我國(guó)對(duì)世界做出的鄭重承諾，“雙碳”目標(biāo)已成為貫徹落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的重要任務(wù)之一，發(fā)展綠色建筑是建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。參加綠色建筑設(shè)計(jì)技能大賽不僅豐富師生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也可以滿足建筑類院校對(duì)綠色建筑教學(xué)的需求，由于BIM 技術(shù)其信息化、參數(shù)化及可視化的特點(diǎn)為綠色建筑的設(shè)計(jì)提供了更有效的解決方案。

國(guó)家支持開展綠色低碳技術(shù)發(fā)展，學(xué)科競(jìng)賽可以引導(dǎo)學(xué)生從競(jìng)賽中了解綠色建筑、了解節(jié)能減排，實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí)水平比教科書中理論知識(shí)的掌握更扎實(shí)。同時(shí)，也可以在專業(yè)課程設(shè)計(jì)融入節(jié)能減排理念，從而在思維上植入綠色概念。國(guó)家倡導(dǎo)積極推動(dòng)既有建筑節(jié)能改造，通過(guò)對(duì)一批高能耗、低能效的既有建筑實(shí)施節(jié)能改造，提高建筑運(yùn)行能耗、降低建筑碳排放。可以實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”承諾。因此，綠色設(shè)計(jì)競(jìng)賽是在學(xué)生、教師、產(chǎn)學(xué)合作與社會(huì)實(shí)踐等多方面積極響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)。