高速公路服務區低碳設計指標體系研究

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“碳中和”和“碳達峰”是我國實現可持續發展的一項長期戰略部署。為了推動高碳排放量產業之一的交通運輸業加快建設以低碳為特征的交通運輸體系，高速公路服務區需要以更高標準進行低碳理念設計和建設。目前有關高速公路服務區環保建設的研究很多，但是大多數都將焦點集中在節水、節地、節材等傳統的綠色理念上，而從碳減排的理念上研究高速公路服務區設計的研究很少。筆者在目前已有文獻和規范的基礎上，構建了以低碳理念引導的高速公路服務區設計指標體系，筆者選取以京雄高速公路河北路段的白溝服務區為例，進行低碳設計效果驗證，并提出高速公路服務區的低碳設計策略。

一、高速公路服務區低碳設計指標體系構建

構建高速公路服務區低碳設計指標體系，一方面要考慮碳源的產生，根據含碳氣體產生的來源，從源頭采取措施減少碳排放；另一面是從人類本身的生產活動入手，引入新技術或新能源，主動進行碳減排。1.碳源分析新的服務區建設絕大多數都會對原有的生態環境造成破壞，尤其現代建設在施工中投入大量施工器械。一方面，對當地的土壤結構和原有綠植造成破壞；另一方面，機械在運行過程中也會消耗大量能源，排放污染性尾氣。建設過程中需要考慮施工材料、施工機械的運輸；運營過程中需要考慮水和電的接入位置以及服務區正常經營過程中的能源消耗。主要是由于服務區的生產活動所消耗的一些能源，如照明、空調制冷、供暖通風中所消耗的電能及化石能源。這些能源在生產和消耗過程中會產生大量的含碳氣體，是主要的碳源。2.碳減排途徑在能源利用方面，盡可能因地制宜，根據當地的地理條件應用太陽能、風能、地熱能等清潔能源；優化照明布局和通電線路設計，燈具使用節能燈；優化供暖、通風和空調工程設計線路，避免設備工作面交叉造成的能源浪費，并優化設備選型。在建筑設計上，根據當地的日照條件和風向條件，合理選擇建筑朝向，增強采光通風的效果。在建筑體形系數上進行優化。有研究結果表明建筑的體形系數對建筑能耗的影響很大，一般情況下，體形系數每增加0.1，住宅的采暖能耗增加10%～20%。在服務區整體規劃上，應充分考慮汽車進入服務區的流暢度問題。對一些服務設施（如加油站、汽修廠、停車場、廠區道路等）的位置進行合理規劃，減少汽車等待期間的碳排放。3.指標體系構建綜合考慮碳源和碳減排兩個角度，并結合現有的一些文獻和規范標準，選取因地制宜、能源低碳利用、建筑設計、規劃設計等4個方面的14個指標構建高速公路服務區低碳設計指標體系，如圖1所示。

二、實證分析

通過建立服務區低碳設計指標體系，結合《河北省公共建筑節能設計標準》DB13（J81-2016）、《建筑照明設計標準》（GB50034）等國標和地標，對京雄高速河北路段的白溝服務區進行評估，研究白溝服務區在各項指標上是否滿足低碳要求。1.因地制宜白溝服務區地處保定市東北方向，距離白溝鎮約6公里，日常物資采購比較方便，且緊鄰榮烏高速和京雄高速的交匯處，并與地方公路相交，車流量很大。在服務區原址生態保護上，不但對適宜植物生長的原址表層土進行了回收利用，而且對原有的一些高大樹木進行了移植保護，其他一些植被和水域也采取了措施進行保護，以維持場地內外生態系統的整體性和連續性。白溝服務區設計綠化率為35%，高于規范要求的30%。在綠植建設方面，考慮到植物適應性的問題，故選擇了適應保定地區天氣條件和土壤條件的本土綠植種類，并且為植物生存設置了合理的覆土深度和灌溉水量。2.能源低碳利用（1）照明系統。服務區照明系統主要研究室內照明。因為室內照明比較隱蔽，相對于室外照明系統更不易觀察。按照不同設施分別統計白溝服務區室內照明參數，見表1所列。從表中數據不難發現，白溝服務區照明密度最大值在綜合樓的超市和特色商業區，照明密度值都為8.03，低于國家規定的照明密度目標值10，其中，照明節能效果最好的是在超市區的休息室，照明密度計算值僅僅為國家規定標準值的50%，其他設施照明密度也滿足國家規定，而且白溝服務區中所有照明光源及配型電子鎮流器均采用節能型，燈具的功率因數不小于0.9，所以白溝服務區在室內燈光低碳設計上效果表現良好。（2）通風及空調設計。通風系統設計上，通風系統的單位風量耗功率均符合《公共建筑節能設計標準》（GB50189）的規定。服務區新風換氣組為全熱回收，設備單位風量耗功率不大于0.24瓦/（立方米·小時），其中，顯熱回收效率不低于75%。在空調設備選型上，服務區多聯機空調室外機的壓縮機選用變頻渦旋噴氣增焓壓縮機。有研究表明，這種變頻技術與噴氣增焓技術組合使用后的壓縮機，制熱和制冷能力比不帶噴氣增焓的變頻壓縮機時有較大的提高。（3）太陽能。白溝服務區所用到的可再生能源主要是太陽能，集中設置在兩處：一處在白溝服務區東區超市、廁所的屋頂，設置有4臺太陽能熱水器，每臺凈容量208升，集熱器面積2.77平方米，專門用來為公共洗手間提供用水；另一處太陽能熱水器布置在綜合樓二層的樓頂，采用的是太陽能集熱器，朝向南方設置，安裝平面集熱面積達到了156平方米，若按人均用水量70升/（人·天），可供24人正常使用。（4）綠色材料。白溝服務區建設中綠色建材的應用比例超過了70%，裝飾裝修工程中工業化內裝部品達到3種以上。建筑中鋼材、門窗、電氣電纜均可再利用，而且此類可循環建筑材料用量達到15%。500公里以內的建筑材料的重量占總建筑材料的比例達到60%以上，運輸過程中消耗化石能源大大降低。3.建筑設計（1）體形系數。體形系數是指建筑外圍暴露在空氣中的表面積和建筑實際體積的比值。有研究表明，體形系數和建筑物的能耗有很大的關系，同地區的建筑，體形系數越小，單位體積對應的表面積就小，建筑能耗越低。據計算，白溝服務區的綜合樓的外表面積為11954.79平方米，建筑體積為46101.71立方米，體形系數為0.26，超市的體形系數為0.3，《公共建筑節能設計標準》（GB50189）中綜合樓類型的建筑的體形系數限制不超過0.5，所以從體形系數的角度來說，服務區整體的保溫效果表現良好。（2）圍護結構。圍護結構的熱工性能好即保溫性能好，相應在供熱的能源消耗上就越小。白溝服務區外墻材質為300毫米厚加氣混凝土墻和100毫米巖棉的組合，屋面構造為120毫米鋼筋混凝土板和100毫米硬質聚氨酯，傳熱系數外墻為0.29，屋面為0.27。良好的傳熱系數會顯著減小建筑的能耗。白溝服務區所處的位置在我國的寒冷劃分等級為寒冷B區，相關規定綜合樓外墻的傳熱系數不能超過0.5，屋面的傳熱系數不應超過0.45。服務區各設施的傳熱系數都符合國家規范。（3）建筑窗戶。門窗對建筑物得熱或失熱影響很大，所以在門窗和墻體之間要選擇合理的窗墻比和門窗材料。白溝服務區綜合樓和超市外圍窗戶使用的材料和構造都相同，窗框上采用斷橋鋁合金中框，玻璃采用3層鍍膜玻璃，保證了窗框的耐久性，隔熱性能上也比較有保障。服務區所有的外窗氣密性均為6級，窗縫之間的熱量散失、抗風性能、水密性和隔聲效果性能良好。4.規劃設計白溝服務區東區受面積限制設施整體布置較密集。比較好的是東區停車場，大車位采用了斜嵌式布局，節省空間，而且不容易和前面行駛的車輛發刮蹭事故。加油站設置在西北方的角上，距停車場較遠，游客停車和加油不發生沖突。不足之處是大車和小型車輛停車位相對布置，游客想要如廁和購物要通過無障礙停車位和小型車輛停車位之間的一條甬道，盲區較大，有發生事故的風險。西區的進口和出口設置在服務區的兩側，進出口的匝道由高速公路直接通到了服務區后方的停車場，所以其它服務設施的位置并不影響車輛的流動性，設施和車的分離設計良好。西區的停車場留設停車位的種類很齊全，帶充電樁的車位、無障礙停車位和大車停車位等一應俱全，而且數量充足。大型車輛車位依舊采用了良好的斜嵌式的布局，并且單獨占了一塊區域，小型車輛和大車停車位錯位布置，各種類型車輛的分離設計良好，極大程度上避免了各類車輛停車時堵塞和刮蹭事故的發生。

三、結論及建議

通過建立高速公路低碳服務區設計指標體系，結合國家相關規范對白溝服務區各項標準進行評估，并結合白溝服務區進行驗證，表明白溝服務區在低碳設計方面表現良好，但仍存在一些不足之處，據此提出相關建議。（1）加強可再生能源利用。目前，高速公路服務區多注重電能和化石能源的節約利用，但可再生能源的利用無論是在種類還是在使用量上仍然有很大的提升空間。如何因地制宜，提高可再生能源的占比是一個需要考慮的問題。（2）優化規劃設計。規劃設計主要指建筑設施、停車場、綠化和場區道路之間要合理規劃布置。車輛等待的時間越短，排放的尾氣就越少。（3）制定低碳規范標準。目前，綠色建筑和建筑節能都有相關的規范，但低碳方面此類標準很少，對于建筑是否達到了低碳的標準多以前兩者為參考，沒有統一的定論。所以，亟需制定切實可行的低碳建筑評定標準。

作者：彭亞濤 池雪雷 閻西康 徐良 王世超