嚴寒地區綠色建筑策略探析

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1開啟綠色建筑的探索

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間和與自然和諧共生的建筑。隨著社會的發展，綠色環保的概念越來越多的出現在了我們的生活中，并逐步滲透到建筑設計中來，成為引導設計的重要一環。目前，中國乃至全球范圍，綠色建筑都已經形成了完整的評價標準，如何讓建筑在降低能耗的同時，又能更好地為使用者服務，創造社會價值，哈爾濱中德生態科技小鎮綜合服務中心項目團隊進行了相應的探索實踐。

2嚴寒地區的綠色策略

2.1項目背景。2019年11月初，國家住建部科技發展中心與德國能源署簽訂了在哈爾濱新區開展中德生態科技小鎮項目合作的協議。項目承建單位從接到這個設計任務開始，就嘗試在傳統的建筑創作中探索不同的表達方式，結合創新的科學和技術力量，讓建筑在和諧自然生長的同時展現獨特的魅力，爭取使該項目成為中德生態科技小鎮中的一個亮點。從項目的創意階段開始，設計團隊綜合了業主方、總包方等各方意見，首先明確打造一個綠色、健康、生態的現代化辦公樓環境，見圖1。因此設計方團隊在方案、初步設計、施工圖和室內設計階段整合綠建、leed、well及AH各方顧問團隊意見，在原有設計的基礎上不斷優化完善，并結合"ACTIVEHOUSE"建筑理念，實現健康、舒適、可調節的室內環境，滿足綠色建筑評價標準，最終明確了哈爾濱中德生態科技小鎮綜合服務中心項目的綠色建筑等級應達到國標綠建三星級、leed鉑金級、well鉑金級的認證標準。2.2項目簡介。該項目建設方為哈爾濱海憑高科置業有限公司，項目位于哈爾濱市松北區，建筑面積7667.88平方米，由清華大學建筑設計院有限公司負責設計，建筑功能定位為辦公、服務及展示，見圖2、圖3。2.3方案設計。2.3.1外部環境設計。該項目在設計之初就設想如何通過設計引導使用者在日常生活中發揮主觀能動性，將健康舒適的生活模式與節能環保的設計理念結合起來，更好地達到建筑服務于人的目的。室外微環境（風環境、日照環境、熱環境等）是設計中很重要的一部分。根據哈爾濱市的氣候和該建筑的功能特點，利用計算流體力學軟件Phoenics模擬分析該案場地風環境情況，以避免出現室外冬季風速過大、夏季風速過小，建筑不足以形成充足的風壓通風、出現漩渦區以及熱量、污染物堆積區域等室外風環境的問題，并綜合模擬室外日照環境的情況，合理布置景觀綠化及休憩場地。結合室外環境的不同層面，在設計中采取了以下幾種方式：（1）室外場地、公共綠地及城市道路之間形成連續無障礙系統，并合理布置綠化景觀，鼓勵使用者步行，在基地中合理地設置自行車停車場，結合城市交通自行車網絡規劃，鼓勵使用者綠色出行。（2）基地內部實現人車分流，并在地下一層設置綠色優先停車位及共乘優先停車位，合理規劃地下停車位，不擠占地面步行空間及活動場所。（3）室外吸煙區與綠植結合布置，位于建筑主要出入口且為主導風向的下風向，與主要建筑出入口、新風進氣口和可開啟窗扇的距離不小于8米。2.3.2建筑設計。整體的建筑形式有別于傳統服務中心建筑的方正的造型，用流線型的組合方式和連續拱形的屋頂營造一種輕松的辦公氛圍。建筑在平面上采用了一種比較自由的組合方式，打破了傳統多層辦公建筑的隔間式，這種更為開放的辦公模式，增加了建筑的適應性，靈活的組合方式為使用者提供了更多的選擇，開闊的空間和視野也提高了使用者的舒適度。建筑內部交往大廳的設置增加了人與人、人與建筑、人與自然之間的互動，獨立、靜謐的辦公空間也兼具隱私性。室內的微環境（聲環境、光環境、熱環境等）也在設計之初一并納入考量范圍，因此在方案階段參考綠建、leed、well及AH各方顧問團隊意見，在原有設計的基礎上加強自然、建筑與人的互動，例如增設露臺及上人屋面，首層增加步行梯等。對方案作出的優化，不僅僅是從節能的角度出發，更是站在使用者的立場上，使設計更好地服務于人。（5）建筑內公共空間形成連續的無障礙通道，更多地考慮到不同年齡層次的需要；參觀展覽流線結合動靜分區設計，在不影響人員辦公的同時，參觀者也能很好的體驗建筑設計。（6）建筑內部全部常用空間均設置可開啟觀景窗，形成良好的風環境與光環境。并根據區域網絡法對建筑室內自然通風的進行計算分析，綜合考慮風壓通風和熱壓通風，對中庭、通風窗等自然通風方式的可行性及適用情況進行分析比較，設計合理的自然通風路徑，提高自然通風利用率。采用采光分析模擬軟件Visualizer來對建筑室內光環境進行模擬，并根據模擬結果優化門窗設計，使全樓能夠最大限度地利用自然光線。建筑西向造型拱的設計能夠最大限度地減輕西曬的影響，大面積的實體墻面設計也阻隔了大部分的熱量，使得整個建筑在室內微環境設計層面達到一個理想狀態。（7）充分利用自然光為建筑室內提供照明，地下空間通過導光管，將自然光線引入地下健身房及車庫，節省了大量的照明能耗，巧妙地利用光線改善室內環境，提供均勻、大面積的光照，充分考慮用戶的健康舒適感受及對建筑節能環保的影響。導光管地面為平板型采光罩，采用安全玻璃設計，與室外景觀結合。（8）綜合考慮人性化設計因素，在建筑內設置更衣淋浴間，為騎行上班者提供便利，方便綠色出行；在首層位置設置母嬰室，內設上下水及冰箱，方便在哺乳期的女性職工使用。（9）增加建筑中的運動元素，在中庭位置交通便利區設置樓梯，并結合微景觀，考慮行走舒適及美觀，電梯設計在較隱蔽的區域，增加辦公人員的空間活動頻率。（10）建筑外立面造型適量增加露臺，形成室內外交流空間，使建筑、自然、人產生交互，見圖4。2.3.3室內設計。在建筑能耗控制方案中，室內設計也是不可或缺的組成部分。從使用者的角度出發，室內設計更是與其息息相關，它直接關系到使用者的切身利益。這不僅僅要求我們在室內材料的選擇上考慮綠色環保建材，更要從設計上與整個建筑協調，共同營造良好的室內微環境。室內墻面大面積的淺色調搭配，能夠使室內的光照更加均勻，減少照明能耗，建筑內部人員能充分接觸自然光，并考慮防眩光設計。室內空間墻面選擇低反射材料，漫射光，中庭區域采光較好的部分作為公共休閑空間，無直射光空間作為附屬空間。融合美學設計，結合地方特色，在公共區域布置自然元素，使整個室內環境更加的輕松愉快。室內外環境根據哈爾濱的氣候條件選擇適宜的種植，增加人與人之間的互動。家具選擇具有綠色十環及GREENGUARD雙認證的家具產品，同時25%以上的工位桌面高度設計為可調節模式，更加符合人體工程設計原理。可變性的設計跟進空間變化需求，靈活的隔斷設計增加空間彈性。每個房間通過開閉窗戶、調節遮陽等被動式手段調節空氣溫度，在全樓設置監測，對建筑能耗、室內外溫度、濕度、二氧化碳含量等相關數據進行記錄、公示。設定不同季節的優化開窗方案，提交業主及物業方，通過自然通風的方式營造良好的風環境。建筑室內進行聲學設計，考慮有效的隔聲措施，多人辦公空間的噪聲水平，不超過40分貝，因此在設計時采用吸音材料，室內隔墻、門、窗等隔斷構件，進行隔聲設計，隔聲性能≥30dB。在室內環境設計基礎上，增加室內標識系統設計，例如無障礙標識、樓座及配套設施定位標識、健身慢行道導向標識、健身樓梯間導向標識、公共衛生間導向標識，以及其他促進建筑便捷使用的導向標識等。這些設計對整體建筑形象具有一定的提升作用。

3BIM技術在項目上的應用

建筑的設計過程是一個全專業的協調過程，如何在這個過程中更加精準地把控全局，就需要應用BIM的技術。建筑信息模型是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。該項目全程采用BIM設計，整合全專業設計因素，最終確定室內凈高，優化管線設計，大幅提升了設計效率，BIM的模型更加能在施工過程中提供全方位的指導，也為后期運營、維護提供了技術支撐，從而帶來綜合效益的提升，見圖5—圖8。

4建筑節能控制

4.1設計過程中的能耗控制。該設計充分體現被動技術優先，主動技術優化，適宜低成本技術推廣和適宜高效新技術應用的思路。被動優先，主要是指圍護結構設計。圍護結構性能主要分為熱工、通風、透光三個方面，根據該項目設計條件，建立準確的模擬計算模型，確定合理的技術參數。由于leed鉑金對項目的要求，根據節能設計報告計算，辦公樓外墻平均傳熱系數k≤0.18，屋頂平均傳熱系數k≤0.14，因此選擇高性能的圍護結構，并結合建筑構造對遮陽形式進行優化設計，可在保證室內環境舒適的基礎上，節約后期設備運營及維護成本。通過軟件模擬自然通風和自然采光方案，確定最佳開窗方案。主動式設計優化主要包含空調系統優化設計。合理的空調系統不僅能夠滿足生活和工作空間的舒適性要求，而且能夠降低空調能耗，實現舒適生活、合理用能。在設計中通過各種模擬手段實現主動式節能與被動式節能在統一建筑上的應用，并達到平衡。4.2施工過程中的能耗控制。為了減少施工過程中的能耗，項目組向建設方提交了施工設計指南，并組織了多次項目準備會，在我方、建設方及施工單位的共同努力下，按照設計要求，對場地施工提出了具體的實施方案，有效提高了能耗控制效率。盡可能提高一次性可再生能源使用的比例，控制水土流失，合理布置施工平面，預防揚塵，降低熱島效應，見圖9、圖10。4.3使用過程中的能耗控制。在被動式設計優先，主動式設計優化的基礎上，與設計團隊及其他設計顧問共同協作,對該項目的全年綜合能耗進行系統分析計算，從而得到該項目的能耗數據，為后期運行的改進優化措施提供依據。綜合能耗分析包含項目全部能耗參數，包括碳評估、空調能耗、照明能耗、給排水設備能耗、電梯等電氣設備能耗等。通過BIM模型模擬建筑運行后的狀態，運用采光模擬及通風模擬等不同的軟件分析一年四季不同時間的采光通風方案，結合室內空調系統調節，提出最優的運行方案，減少室內碳排放。

5新材料及技術在實際工程中的應用

除了各種主動式及被動式節能手段，適宜的新材料和高效的技術應用也是建筑節能必須的策略。5.1外保溫材料辦公樓外圍護保溫材料使用STP真空絕熱板，這是一種以無機材料為芯材，用復合阻氣膜作包裹材料，經抽真空、封裝等工藝制成的建筑保溫用板狀材料，導熱系數遠低于目前常用的保溫材料。通過節能計算，40mm厚真空絕熱板k值為0.12，遠高于設計要求，滿足節能設計標準。5.2VELUX帷幕系統及天窗該項目幕墻采用丹麥VELUX品牌的智能化帷幕系統，k值0.79。帷幕系統不僅具有良好的保溫性能，模塊化的應用體系更能適應復雜的施工現場。同時，建筑中庭頂部采用VELUX中懸電控排煙窗，結合自然排煙系統，為建筑空間提供最佳的自然通風、自然輔助排煙解決方案。

6結語

哈爾濱中德生態科技小鎮綜合服務中心項目通過被動式與主動式設計相結合，采用高性能能源系統及材料，使建筑在全壽命周期內，保證空間舒適度的前提下，最大限度地節約資源。該項目在嚴寒地區對綠色建筑作出的一次探索，相信無論采用什么樣的綠色策略，如何能讓身處其中的使用者獲得最佳的觀感體驗，才是設計的初衷。

作者:方云飛 路玥 鞠邦欣 馮晨 何明哲 單位:1.清華大學建筑設計研究院有限公司 2.哈爾濱海憑高科置業有限公司