適用·經(jīng)濟(jì)·低造價(jià)綠色建筑實(shí)踐山東交通學(xué)院圖書(shū)館

袁鑌／Yuan Bin

北立面外觀

山東交通學(xué)院圖書(shū)館總建筑面積為1.5萬(wàn)m2（圖1～4），地下一層地上5層。2000年下半年開(kāi)始方案創(chuàng)作，2002年建成，2003年投入使用，至今已使用六年多時(shí)間。在2000年設(shè)計(jì)時(shí)我們深入研究了國(guó)際上許多優(yōu)秀的綠色建筑工程案例。盡管在節(jié)約能源、減少污染保護(hù)環(huán)境等方面，各國(guó)有著共同的認(rèn)識(shí)和目標(biāo)，但由于世界各國(guó)的氣候、資源條件不同，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展水平不同，文化傳統(tǒng)和生活習(xí)俗不同，各國(guó)綠色建筑在選用的技術(shù)上、材料上，又存在很多差異。在綠色建筑的建設(shè)上不存在統(tǒng)一的技術(shù)模式，也不存在通用的發(fā)展道路。我國(guó)地域遼闊，跨越了多種氣候帶，各地的資源條件也有很大不同。特別是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家所建成的綠色建筑案例中，有些綠色建筑造價(jià)昂貴，成本很高。對(duì)這種綠色建筑我們不能盲目學(xué)習(xí)也不能照搬其采用的技術(shù)。我們希望結(jié)合中國(guó)國(guó)情，因地制宜地結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選用普通適用技術(shù)降低成本和造價(jià)來(lái)設(shè)計(jì)和建設(shè)綠色建筑。通過(guò)山東交通學(xué)院圖書(shū)館的設(shè)計(jì)和建造，我們體會(huì)到所謂因地制宜是指綠色建筑在設(shè)計(jì)和建設(shè)中能與工程項(xiàng)目所在地區(qū)的氣候條件有較好的結(jié)合；與所在地區(qū)的資源條件有較好的結(jié)合；與工程項(xiàng)目的資金條件有較好的結(jié)合；與施工單位的技術(shù)條件和能力有較好的結(jié)合；與建設(shè)單位的管理?xiàng)l件有較好的結(jié)合。

1 建設(shè)地段氣候、資源條件及設(shè)計(jì)策略思考

山東交通學(xué)院圖書(shū)館位于濟(jì)南市區(qū)南部。在2000年建筑創(chuàng)作之初我們深入研究了濟(jì)南市的氣候條件及工程建設(shè)地段的各種資源條件。

按我國(guó)氣候帶劃分，山東省濟(jì)南市地處寒冷地帶，其冬季氣溫＜5℃的天數(shù)約為90～100天，而夏季氣溫＞28℃的天數(shù)約為70天。冬季要采暖夏季要空調(diào)，采暖空調(diào)是耗能最大的兩項(xiàng)內(nèi)容。圖書(shū)館擬建地段南敞北收，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，有一定的風(fēng)力資源可資利用，且濟(jì)南地區(qū)是我國(guó)太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū)，也是設(shè)計(jì)中可以考慮利用的重要資源。

擬建地段的地勢(shì)北高南低，東高西低，在地段北部由于人為大量挖砂取巖形成了一個(gè)低洼的污水塘，但有一定的蓄水量，有改造利用的條件。

擬建場(chǎng)地為濟(jì)南輝長(zhǎng)巖分布區(qū)，巖體暴露，地下水位層深達(dá)數(shù)百米，不具備利用地下水或土壤熱的條件。巖石風(fēng)化后，巖砂混雜，在人工大量挖取后，由于形成地坑成為城市居民的垃圾填埋場(chǎng)，植被狀況很差，建設(shè)地段生態(tài)條件惡劣。在深入調(diào)查了工程基址上述自然條件和現(xiàn)狀實(shí)況后，我們確定了設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要設(shè)計(jì)策略：

（1）盡量采用被動(dòng)式構(gòu)造技術(shù)充分利用濟(jì)南地區(qū)太陽(yáng)能資源。

（2）充分利用場(chǎng)地有利地形條件和良好的風(fēng)環(huán)境，加強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)。

（3）清理現(xiàn)場(chǎng)垃圾，改善建設(shè)場(chǎng)地條件。重視室外場(chǎng)地和建筑周邊的綠化，并通過(guò)立體綠化，室內(nèi)外綠化結(jié)合的辦法，改善場(chǎng)地生態(tài)環(huán)境。

（4）改造北部水塘，使它成為有利于調(diào)節(jié)微氣候的可用于收集雨水的室外水景觀。

（5）針對(duì)濟(jì)南夏熱冬冷氣候，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)要采取保溫隔熱構(gòu)造，對(duì)東、南、西三面的外窗要采取遮陽(yáng)措施。

建筑外觀

西立面

圖1 總平面

圖2 首層平面

圖3 三層平面

圖4 屋頂平面

（6）研究地道風(fēng)技術(shù)用于預(yù)冷預(yù)熱空氣的可能。

2 因地制宜地選擇普通適用有效的技術(shù)

山東交通學(xué)院圖書(shū)館的建設(shè)資金有限，如何在設(shè)計(jì)和建設(shè)中降低技術(shù)成本，降低建設(shè)造價(jià)同時(shí)保證技術(shù)的使用效果，是我們?cè)O(shè)計(jì)中考慮的重要問(wèn)題。在方案創(chuàng)作時(shí)首先考慮圖書(shū)館的規(guī)劃布局要爭(zhēng)取最有利的朝向，以便充分利用日照和自然通風(fēng)。圖書(shū)館外形盡量規(guī)整，減少外墻面積爭(zhēng)取有良好的體型系數(shù)，以減少冬季外墻的熱損耗。

在建筑方案創(chuàng)作設(shè)計(jì)中，結(jié)合功能要求設(shè)計(jì)了玻璃南邊庭，構(gòu)成玻璃溫室，形成溫度緩沖的調(diào)節(jié)空間，冬季被動(dòng)式利用太陽(yáng)能形成“暖房”可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少室內(nèi)供熱，節(jié)約能源。夏季通過(guò)玻璃邊庭的熱壓作用，加強(qiáng)自然通風(fēng)，提高室內(nèi)熱舒適性。為增加閱覽區(qū)域的自然通風(fēng)和自然采光效果，方案創(chuàng)作中增設(shè)了中庭，并將珍本閱覽室屋面設(shè)計(jì)成玻璃屋面，充分利用頂部自然光(圖5)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目所在地區(qū)的氣候、資源條件和建設(shè)資金狀況，我們?cè)趫D書(shū)館設(shè)計(jì)中最后選定的主要適用技術(shù)和技術(shù)措施有以下幾點(diǎn)：

圖5 中庭自然采光

圖6 不同遮陽(yáng)方式

圖7 過(guò)渡季及夏季外溫適宜情況下的通風(fēng)降溫示意圖

圖8 地道風(fēng)（左：地道位置及剖面圖）

圖9 池水冷卻代替冷卻塔

（1）外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)。根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源條件，外墻采用240mm多孔磚墻體加60mm膨脹珍珠巖；屋頂采用350mm厚加氣砼，外窗采用中空塑鋼窗。

（2）外窗遮陽(yáng)技術(shù)（圖6）。在東、南、西三個(gè)不同朝向，分別采用了退臺(tái)式植物綠化遮陽(yáng)，水平式遮陽(yáng)，砼花格遮陽(yáng)墻三種不同的遮陽(yáng)方式。在玻璃南邊庭內(nèi)采用了內(nèi)遮陽(yáng)方式。屋頂采用綠化遮陽(yáng)。

（3）自然通風(fēng)技術(shù)。為加強(qiáng)自然通風(fēng)效果，采取了使圖書(shū)館中庭體積由下往上越來(lái)越小的剖面形式，并在中庭天窗上增加拔風(fēng)煙囪，加強(qiáng)拔風(fēng)能力。通過(guò)風(fēng)壓、熱壓的耦合強(qiáng)化自然通風(fēng)（圖7）。

（4）自然采光技術(shù)、圖書(shū)館設(shè)計(jì)中除了適當(dāng)加大外窗面積外，在中庭，南向玻璃大廳，教師閱覽室都充分利用頂部天窗增加室內(nèi)照明，減少照明能耗。

（5）地下風(fēng)道對(duì)新鮮空氣進(jìn)行預(yù)冷預(yù)熱處理技術(shù)。圖書(shū)館設(shè)計(jì)中結(jié)合地下人防通道設(shè)置了兩條長(zhǎng)45m和一條長(zhǎng)80m的地道，埋深2m以下，抽取地面新風(fēng)后，通過(guò)地道進(jìn)行預(yù)冷預(yù)熱處理，降低冬季采暖和夏季空調(diào)能耗（圖8）。

（6）節(jié)水技術(shù)。利用北部池塘水作為冷卻水（圖9、10）。收集雨水，作水景水和綠化水并循環(huán)使用。

（7）立體綠化，圖書(shū)館屋頂全部做成綠化屋頂，栽種小喬木、灌木和花草。室內(nèi)中庭、玻璃南庭內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)綠化用來(lái)調(diào)節(jié)并改善室內(nèi)微氣候（圖11、12）。室外建筑場(chǎng)地實(shí)行喬灌木和花草復(fù)層綠化改善場(chǎng)地的生態(tài)環(huán)境。

（8）選用高性能水冷空調(diào)機(jī)組，用湖水代替冷卻塔(圖9)。優(yōu)化常規(guī)能源系統(tǒng)。

（9）充分使用地方材料，實(shí)現(xiàn)土建裝修一體化設(shè)計(jì)，避免裝修時(shí)材料浪費(fèi)，室內(nèi)裝修中采用素砼柱，節(jié)約裝修材料（圖13）。利用現(xiàn)場(chǎng)遺留巖石砌墻鋪路，節(jié)約建筑用材。

在上述所選用的技術(shù)中，盡量使用普通的材料和技術(shù)方法來(lái)解決問(wèn)題。如南玻璃邊廳原設(shè)計(jì)采用織物內(nèi)遮陽(yáng)。由于投資較高改用買(mǎi)廢日光燈管組成遮陽(yáng)屏，既保證南玻璃邊廳有充足柔和的光線，又節(jié)省了投資（圖14）。為使在極端高溫天氣下南玻璃邊庭能夠降溫，在玻璃邊庭外頂部設(shè)計(jì)了水幕。水幕的設(shè)計(jì)用器材極為簡(jiǎn)單，僅在玻璃邊庭頂部自東到西設(shè)了一條鉆了孔洞的水管，沒(méi)有采用噴淋裝置，使用時(shí)水從水管孔洞中流出沿玻璃流下，形成水幕，對(duì)南玻璃邊庭起到很好的降溫作用，但投資很少。

3 建成后的實(shí)效和經(jīng)濟(jì)性

山東交通學(xué)院圖書(shū)館在2003年交付使用，至今已有六年時(shí)間，圖書(shū)館建設(shè)場(chǎng)地上原來(lái)的污水塘經(jīng)過(guò)整治，場(chǎng)地環(huán)境得到了徹底改善。水塘水質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)達(dá)標(biāo)可養(yǎng)魚(yú)養(yǎng)鴨，不僅成為校園水景，而且成為圖書(shū)館周邊收集調(diào)蓄雨水的重要工具。水塘水還用作空調(diào)冷卻水和綠化用水。場(chǎng)地中的大量垃圾經(jīng)過(guò)徹底清理，原來(lái)因垃圾腐爛而造成的污臭氣味已徹底消除，經(jīng)測(cè)試場(chǎng)地空氣質(zhì)量良好，圖書(shū)館室內(nèi)空氣質(zhì)量也完全達(dá)標(biāo)。圖書(shū)館周邊按照設(shè)計(jì)規(guī)劃栽種了大量的樹(shù)木和花草，使場(chǎng)地及周邊生態(tài)環(huán)境得到極大改善。經(jīng)過(guò)這些普通技術(shù)措施把原來(lái)的垃圾場(chǎng)改造為學(xué)校教學(xué)用地，不僅節(jié)約了城市建設(shè)土地，而且改善了自然生態(tài)環(huán)境。有效的實(shí)現(xiàn)了節(jié)地、節(jié)水、保護(hù)了環(huán)境。

圖10 作為制冷機(jī)冷卻水源的池水溫度變化模擬曲線

圖12 立體綠化技術(shù)

圖11 綠化屋頂

圖13 室內(nèi)素砼柱裝修效果

場(chǎng)地中遺留下的大量石塊，施工中通過(guò)粗加工成為鋪路和砌筑擋土墻的材料，不僅使這些石材得到有效利用也降低了建設(shè)成本。在室內(nèi)裝修時(shí)，中庭的砼柱子不作外裝修，保持原有素砼面，不僅節(jié)約了材料而且使中庭非常樸素清新（圖13），得到了學(xué)校的支持和認(rèn)可。在節(jié)能和自然通風(fēng)創(chuàng)造良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)方面，經(jīng)過(guò)多次實(shí)測(cè)和六年來(lái)實(shí)際耗能狀況的檢測(cè)，效果良好。如：夏季地道風(fēng)降溫效果顯著，測(cè)試證明其平均降溫可達(dá)8℃左右，可節(jié)約60%～90%新風(fēng)負(fù)荷（圖15）。夏季夜間自然通風(fēng)可實(shí)現(xiàn)熱壓換氣2.5～3.5次/h，蓄冷能力約為90kW。湖水冷卻效果明顯，實(shí)測(cè)單臺(tái)冷機(jī)制冷量為額定制冷量的130%，cop＞5.5①?？照{(diào)制冷設(shè)備，年均耗電量?jī)H13.6kWh/m2。冬季采暖節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為7.8kg標(biāo)煤/m2·年，優(yōu)于濟(jì)南市節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（9.8kg標(biāo)煤 /m2·年）。

圖14 南玻璃邊庭遮陽(yáng)及采光

圖書(shū)館在六年多使用中所取得的實(shí)際效果，是所采用的各種適用技術(shù)和技術(shù)措施的綜合效果。這個(gè)工程項(xiàng)目在一定程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、減少污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)，提高了使用空間的舒適性，創(chuàng)造了優(yōu)美的校園環(huán)境和宜人的學(xué)習(xí)空間。圖書(shū)館建成后決算出的單方造價(jià)為2150元/m2。為了達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、保護(hù)環(huán)境的目的，與一般學(xué)校建筑相比，圖書(shū)館設(shè)計(jì)中增加了許多技術(shù)措施，這必然會(huì)增加一部分投資，但是由于選用普通材料和普通技術(shù)，再加上學(xué)校的精打細(xì)算，投資增加的并不多。對(duì)于圖書(shū)館建筑來(lái)說(shuō)，這個(gè)造價(jià)并不算高，但是它獲得了節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、保護(hù)和改善校園環(huán)境的效果，節(jié)約了可觀的采暖空調(diào)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和水費(fèi)，其經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)比是很顯著的。

4 回顧及反思

任何一個(gè)好的設(shè)計(jì)作品都不可能十全十美，通過(guò)6年多的使用和綠色建筑標(biāo)識(shí)的評(píng)審，也發(fā)現(xiàn)了該項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)中存在的許多不足之處：如：

（1）對(duì)中庭加煙囪后的通風(fēng)效能估計(jì)不足，因中庭特強(qiáng)的拔風(fēng)能力，廁所的臭味被抽進(jìn)中庭散發(fā)，成了很大的美中不足。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)為了節(jié)約南向水平遮陽(yáng)設(shè)置的稀疏，遮陽(yáng)效果有限，如能加密一倍，南向玻璃廳的遮陽(yáng)效率將會(huì)大大提高。東向退臺(tái)式遮陽(yáng)、由于對(duì)種植植物缺乏預(yù)設(shè)計(jì)，遮陽(yáng)實(shí)效很差。

（3）鋪設(shè)在水塘中的冷卻水管，在使用六年后管外壁上的灰泥越積越厚，冷卻效率大大降低，需要清理。

（4）由于采用簡(jiǎn)單適用技術(shù)需要及時(shí)的人工管理，管理是否到位對(duì)通風(fēng)節(jié)能效果影響較大，對(duì)如何簡(jiǎn)化管理，減少人工的勞動(dòng)是今后設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)一步仔細(xì)考慮的問(wèn)題。

（5）設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)建成后的運(yùn)行管理考慮較粗，如對(duì)動(dòng)力用能系統(tǒng)末安裝用能分項(xiàng)計(jì)量裝置（后補(bǔ)安裝）等。

（6）設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行全面的水資源規(guī)劃，對(duì)綠化灌溉方式設(shè)計(jì)的比較粗糙，僅用了噴灌式一種方式。

由于山東交通學(xué)院圖書(shū)館是在2000年設(shè)計(jì)的，用現(xiàn)行綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量存在很多缺點(diǎn)和不足。這些留待今后再有機(jī)會(huì)時(shí)進(jìn)一步改進(jìn)。但山東交通學(xué)院圖書(shū)館在節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境和運(yùn)營(yíng)管理等方面總的看是成功有效的，全面達(dá)到了綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為此連續(xù)榮獲教育部?jī)?yōu)秀建筑設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)（2005）以及建設(shè)部綠色建筑創(chuàng)新獎(jiǎng)綜合一等獎(jiǎng)（2007）。它為我們因地制宜地采用普通適用技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)建造綠色建筑積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，提供了一個(gè)比較成功的案例。

圖15 地道供冷與新風(fēng)負(fù)荷實(shí)測(cè)結(jié)果

建筑細(xì)部

注釋?zhuān)?/p>

①COP，即能量與熱量之間的轉(zhuǎn)換比率，簡(jiǎn)稱(chēng)能效比。

[1]Yuan Bin; Zhu Quancheng.Seeking for the Way to Develop Ecological Architecture Conformed to the Domestic Reality-The Design and Exploration for the Library in Jinan Senior Vocational Training School[J].Architectural Journal, 2001, No.5:

工程設(shè)計(jì)單位

清華大學(xué)建筑學(xué)院

北京清華安地建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限責(zé)任公司綠色所

主要設(shè)計(jì)人員

袁鑌，朱穎心，林波榮，陸穎潔，苗青，朱全成，鄒瑚瑩，張東華，袁凌等