严寒地区绿色建筑策略探析

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1开启绿色建筑的探索

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间和与自然和谐共生的建筑。随着社会的发展，绿色环保的概念越来越多的出现在了我们的生活中，并逐步渗透到建筑设计中来，成为引导设计的重要一环。目前，中国乃至全球范围，绿色建筑都已经形成了完整的评价标准，如何让建筑在降低能耗的同时，又能更好地为使用者服务，创造社会价值，哈尔滨中德生态科技小镇综合服务中心项目团队进行了相应的探索实践。

2严寒地区的绿色策略

2.1项目背景。2019年11月初，国家住建部科技发展中心与德国能源署签订了在哈尔滨新区开展中德生态科技小镇项目合作的协议。项目承建单位从接到这个设计任务开始，就尝试在传统的建筑创作中探索不同的表达方式，结合创新的科学和技术力量，让建筑在和谐自然生长的同时展现独特的魅力，争取使该项目成为中德生态科技小镇中的一个亮点。从项目的创意阶段开始，设计团队综合了业主方、总包方等各方意见，首先明确打造一个绿色、健康、生态的现代化办公楼环境，见图1。因此设计方团队在方案、初步设计、施工图和室内设计阶段整合绿建、leed、well及AH各方顾问团队意见，在原有设计的基础上不断优化完善，并结合"ACTIVEHOUSE"建筑理念，实现健康、舒适、可调节的室内环境，满足绿色建筑评价标准，最终明确了哈尔滨中德生态科技小镇综合服务中心项目的绿色建筑等级应达到国标绿建三星级、leed铂金级、well铂金级的认证标准。2.2项目简介。该项目建设方为哈尔滨海凭高科置业有限公司，项目位于哈尔滨市松北区，建筑面积7667.88平方米，由清华大学建筑设计院有限公司负责设计，建筑功能定位为办公、服务及展示，见图2、图3。2.3方案设计。2.3.1外部环境设计。该项目在设计之初就设想如何通过设计引导使用者在日常生活中发挥主观能动性，将健康舒适的生活模式与节能环保的设计理念结合起来，更好地达到建筑服务于人的目的。室外微环境（风环境、日照环境、热环境等）是设计中很重要的一部分。根据哈尔滨市的气候和该建筑的功能特点，利用计算流体力学软件Phoenics模拟分析该案场地风环境情况，以避免出现室外冬季风速过大、夏季风速过小，建筑不足以形成充足的风压通风、出现漩涡区以及热量、污染物堆积区域等室外风环境的问题，并综合模拟室外日照环境的情况，合理布置景观绿化及休憩场地。结合室外环境的不同层面，在设计中采取了以下几种方式：（1）室外场地、公共绿地及城市道路之间形成连续无障碍系统，并合理布置绿化景观，鼓励使用者步行，在基地中合理地设置自行车停车场，结合城市交通自行车网络规划，鼓励使用者绿色出行。（2）基地内部实现人车分流，并在地下一层设置绿色优先停车位及共乘优先停车位，合理规划地下停车位，不挤占地面步行空间及活动场所。（3）室外吸烟区与绿植结合布置，位于建筑主要出入口且为主导风向的下风向，与主要建筑出入口、新风进气口和可开启窗扇的距离不小于8米。2.3.2建筑设计。整体的建筑形式有别于传统服务中心建筑的方正的造型，用流线型的组合方式和连续拱形的屋顶营造一种轻松的办公氛围。建筑在平面上采用了一种比较自由的组合方式，打破了传统多层办公建筑的隔间式，这种更为开放的办公模式，增加了建筑的适应性，灵活的组合方式为使用者提供了更多的选择，开阔的空间和视野也提高了使用者的舒适度。建筑内部交往大厅的设置增加了人与人、人与建筑、人与自然之间的互动，独立、静谧的办公空间也兼具隐私性。室内的微环境（声环境、光环境、热环境等）也在设计之初一并纳入考量范围，因此在方案阶段参考绿建、leed、well及AH各方顾问团队意见，在原有设计的基础上加强自然、建筑与人的互动，例如增设露台及上人屋面，首层增加步行梯等。对方案作出的优化，不仅仅是从节能的角度出发，更是站在使用者的立场上，使设计更好地服务于人。（5）建筑内公共空间形成连续的无障碍通道，更多地考虑到不同年龄层次的需要；参观展览流线结合动静分区设计，在不影响人员办公的同时，参观者也能很好的体验建筑设计。（6）建筑内部全部常用空间均设置可开启观景窗，形成良好的风环境与光环境。并根据区域网络法对建筑室内自然通风的进行计算分析，综合考虑风压通风和热压通风，对中庭、通风窗等自然通风方式的可行性及适用情况进行分析比较，设计合理的自然通风路径，提高自然通风利用率。采用采光分析模拟软件Visualizer来对建筑室内光环境进行模拟，并根据模拟结果优化门窗设计，使全楼能够最大限度地利用自然光线。建筑西向造型拱的设计能够最大限度地减轻西晒的影响，大面积的实体墙面设计也阻隔了大部分的热量，使得整个建筑在室内微环境设计层面达到一个理想状态。（7）充分利用自然光为建筑室内提供照明，地下空间通过导光管，将自然光线引入地下健身房及车库，节省了大量的照明能耗，巧妙地利用光线改善室内环境，提供均匀、大面积的光照，充分考虑用户的健康舒适感受及对建筑节能环保的影响。导光管地面为平板型采光罩，采用安全玻璃设计，与室外景观结合。（8）综合考虑人性化设计因素，在建筑内设置更衣淋浴间，为骑行上班者提供便利，方便绿色出行；在首层位置设置母婴室，内设上下水及冰箱，方便在哺乳期的女性职工使用。（9）增加建筑中的运动元素，在中庭位置交通便利区设置楼梯，并结合微景观，考虑行走舒适及美观，电梯设计在较隐蔽的区域，增加办公人员的空间活动频率。（10）建筑外立面造型适量增加露台，形成室内外交流空间，使建筑、自然、人产生交互，见图4。2.3.3室内设计。在建筑能耗控制方案中，室内设计也是不可或缺的组成部分。从使用者的角度出发，室内设计更是与其息息相关，它直接关系到使用者的切身利益。这不仅仅要求我们在室内材料的选择上考虑绿色环保建材，更要从设计上与整个建筑协调，共同营造良好的室内微环境。室内墙面大面积的浅色调搭配，能够使室内的光照更加均匀，减少照明能耗，建筑内部人员能充分接触自然光，并考虑防眩光设计。室内空间墙面选择低反射材料，漫射光，中庭区域采光较好的部分作为公共休闲空间，无直射光空间作为附属空间。融合美学设计，结合地方特色，在公共区域布置自然元素，使整个室内环境更加的轻松愉快。室内外环境根据哈尔滨的气候条件选择适宜的种植，增加人与人之间的互动。家具选择具有绿色十环及GREENGUARD双认证的家具产品，同时25%以上的工位桌面高度设计为可调节模式，更加符合人体工程设计原理。可变性的设计跟进空间变化需求，灵活的隔断设计增加空间弹性。每个房间通过开闭窗户、调节遮阳等被动式手段调节空气温度，在全楼设置监测，对建筑能耗、室内外温度、湿度、二氧化碳含量等相关数据进行记录、公示。设定不同季节的优化开窗方案，提交业主及物业方，通过自然通风的方式营造良好的风环境。建筑室内进行声学设计，考虑有效的隔声措施，多人办公空间的噪声水平，不超过40分贝，因此在设计时采用吸音材料，室内隔墙、门、窗等隔断构件，进行隔声设计，隔声性能≥30dB。在室内环境设计基础上，增加室内标识系统设计，例如无障碍标识、楼座及配套设施定位标识、健身慢行道导向标识、健身楼梯间导向标识、公共卫生间导向标识，以及其他促进建筑便捷使用的导向标识等。这些设计对整体建筑形象具有一定的提升作用。

3BIM技术在项目上的应用

建筑的设计过程是一个全专业的协调过程，如何在这个过程中更加精准地把控全局，就需要应用BIM的技术。建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。该项目全程采用BIM设计，整合全专业设计因素，最终确定室内净高，优化管线设计，大幅提升了设计效率，BIM的模型更加能在施工过程中提供全方位的指导，也为后期运营、维护提供了技术支撑，从而带来综合效益的提升，见图5—图8。

4建筑节能控制

4.1设计过程中的能耗控制。该设计充分体现被动技术优先，主动技术优化，适宜低成本技术推广和适宜高效新技术应用的思路。被动优先，主要是指围护结构设计。围护结构性能主要分为热工、通风、透光三个方面，根据该项目设计条件，建立准确的模拟计算模型，确定合理的技术参数。由于leed铂金对项目的要求，根据节能设计报告计算，办公楼外墙平均传热系数k≤0.18，屋顶平均传热系数k≤0.14，因此选择高性能的围护结构，并结合建筑构造对遮阳形式进行优化设计，可在保证室内环境舒适的基础上，节约后期设备运营及维护成本。通过软件模拟自然通风和自然采光方案，确定最佳开窗方案。主动式设计优化主要包含空调系统优化设计。合理的空调系统不仅能够满足生活和工作空间的舒适性要求，而且能够降低空调能耗，实现舒适生活、合理用能。在设计中通过各种模拟手段实现主动式节能与被动式节能在统一建筑上的应用，并达到平衡。4.2施工过程中的能耗控制。为了减少施工过程中的能耗，项目组向建设方提交了施工设计指南，并组织了多次项目准备会，在我方、建设方及施工单位的共同努力下，按照设计要求，对场地施工提出了具体的实施方案，有效提高了能耗控制效率。尽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，预防扬尘，降低热岛效应，见图9、图10。4.3使用过程中的能耗控制。在被动式设计优先，主动式设计优化的基础上，与设计团队及其他设计顾问共同协作,对该项目的全年综合能耗进行系统分析计算，从而得到该项目的能耗数据，为后期运行的改进优化措施提供依据。综合能耗分析包含项目全部能耗参数，包括碳评估、空调能耗、照明能耗、给排水设备能耗、电梯等电气设备能耗等。通过BIM模型模拟建筑运行后的状态，运用采光模拟及通风模拟等不同的软件分析一年四季不同时间的采光通风方案，结合室内空调系统调节，提出最优的运行方案，减少室内碳排放。

5新材料及技术在实际工程中的应用

除了各种主动式及被动式节能手段，适宜的新材料和高效的技术应用也是建筑节能必须的策略。5.1外保温材料办公楼外围护保温材料使用STP真空绝热板，这是一种以无机材料为芯材，用复合阻气膜作包裹材料，经抽真空、封装等工艺制成的建筑保温用板状材料，导热系数远低于目前常用的保温材料。通过节能计算，40mm厚真空绝热板k值为0.12，远高于设计要求，满足节能设计标准。5.2VELUX帷幕系统及天窗该项目幕墙采用丹麦VELUX品牌的智能化帷幕系统，k值0.79。帷幕系统不仅具有良好的保温性能，模块化的应用体系更能适应复杂的施工现场。同时，建筑中庭顶部采用VELUX中悬电控排烟窗，结合自然排烟系统，为建筑空间提供最佳的自然通风、自然辅助排烟解决方案。

6结语

哈尔滨中德生态科技小镇综合服务中心项目通过被动式与主动式设计相结合，采用高性能能源系统及材料，使建筑在全寿命周期内，保证空间舒适度的前提下，最大限度地节约资源。该项目在严寒地区对绿色建筑作出的一次探索，相信无论采用什么样的绿色策略，如何能让身处其中的使用者获得最佳的观感体验，才是设计的初衷。

作者:方云飞 路玥 鞠邦欣 冯晨 何明哲 单位:1.清华大学建筑设计研究院有限公司 2.哈尔滨海凭高科置业有限公司