綠色建筑設計在延安南溝門管理站中的應用

潘江玲

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

南溝門水利樞紐工程管理站為水利樞紐管理站，主要用于水利工程的在運營期的管理、服務、員工工作、生活等的需要，與民用建筑的功能要求一致。在建筑行業(yè)，綠色建筑正在大力推廣和研究，水利工程項目中附屬建筑物的綠色設計也被提到了重要層面。本文以南溝門水利樞紐管理站的綠色建筑設計為例，為當前水利工程中的建筑建設尋求適宜當?shù)貧夂蛱卣?、綠色環(huán)保、節(jié)能舒適、可持續(xù)發(fā)展的設計策略與方法。

1 綠色建筑的發(fā)展現(xiàn)狀及項目背景

所謂綠色建筑，即是在建筑的全壽命周期內(nèi)（建設周期以及使用周期），最大限度地節(jié)約資源（包括節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護自然環(huán)境和減少環(huán)境污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間。綠色建筑突出了在“全壽命周期”內(nèi)統(tǒng)籌考慮的原則，強調(diào)了健康、適用、高效的使用功能特點，體現(xiàn)了“建筑與自然和諧共生”的理念。

我國引入綠色建筑的概念始于20世紀90年代，2001年開始進行探索性了解、研究和推廣應用，截止2016年底，全國累計竣工強制執(zhí)行綠色建筑標準項目超過2萬個，面積超過5億m2。我國綠色建筑發(fā)展總體還處于自愿發(fā)展的起步階段，總體數(shù)量較少，呈點狀、分散態(tài)勢，且地域發(fā)展不平衡，綠色建筑的發(fā)展存在南方快、北方慢，東部沿?？臁⑽鞑康貐^(qū)慢等問題。

陜西省發(fā)展綠色建筑，是新型城鎮(zhèn)化建設的重要內(nèi)容，是陜西省建設“富裕陜西，和諧陜西，美麗陜西”的重要工作，是建設領域落實“集約、節(jié)約、綠色、低碳”要求、轉變發(fā)展方式的具體措施。至2017年我省綠色建筑占新建建筑的比例達到29.8%，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和節(jié)能環(huán)保意識的不斷加強，綠色建筑需要以更加良性的方式快速健康的發(fā)展。

在綠色建筑物覆蓋面不廣、發(fā)展不平衡的情況下，其主要集中于城市中的民用建筑，城鎮(zhèn)及縣城數(shù)量薄弱，工業(yè)建筑涉及面較小。陜西省水利行業(yè)在綠色建筑還未開展綠色建筑設計和推廣。

2 南溝門管理站綜合樓綠色建筑設計措施

2.1 項目背景

延安南溝門水利樞紐工程是一項以城鎮(zhèn)供水為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的水利工程，是經(jīng)發(fā)改委批復投建的大型項目。延安南溝門水庫管理站綜合樓項目是延安南溝門水庫樞紐工程的附屬、配套建筑物。具有管理、辦公、宿舍為一體的綜合性建筑物，是陜西省規(guī)模較大，功能齊全，具有一定代表性的水利樞紐管理站。

作為水利的配套功能設施，延安南溝門水庫樞紐管理站位置重要且功能齊全，且監(jiān)管著水庫的安全。以往的為主，在設計中往往只是重視單一的水利功能要求，忽視了建筑的節(jié)能需要和建筑室內(nèi)熱環(huán)境的舒適，駐扎管理站的工作人員都是遠離家庭，半個月一個月才能回家一次，工作生產(chǎn)環(huán)境都比較比較艱苦。所以為管理站工作人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境是我們一項非常重要且迫切的工作。

2.2 設計概述

延安南溝門水利樞紐管理站綜合辦公樓主要用途為綜合辦公樓，見圖1。包括辦公樓和宿舍樓兩部分。占地約45畝，地上四層，總建筑面積約8641 m2。項目基底面積2669 m2，抗震設防烈度為7度；建筑結構為鋼筋混凝土框架結構，設計使用年限50年。

圖1 建筑外立面

項目地處寒冷地區(qū)，寒冷地區(qū)冬季漫長寒冷，采暖能耗高。平面形式采用單走廊單向房間，大面積中庭共享空間所占比例較少；建筑形態(tài)完整且為緊湊型建筑，形體變化較少，組合形態(tài)不多，建筑立面整潔無深凹凸設計。

整個建筑平面形狀為長方形形態(tài)，中間圍合成庭院，見圖2。辦公部分與宿舍部分能夠做到既保持適當?shù)姆蛛x又能夠方便彼此之間相互聯(lián)系，避免彼此之間的相互干擾。

圖2 圍合的中庭

綜合樓朝向明確，北方寒冷地區(qū)冬季風常為西北風，坐北朝南的布局可以有效阻擋西北風對室內(nèi)熱環(huán)境的不利影響。另外，南向大面積的窗戶，可以增加采光、集熱面積，獲取盡較多的太陽能輻射，北向采用玻璃來封閉走廊，同樣也起到阻擋寒冷北風的侵襲，同時又不失通透性。夏季北側走廊窗戶開啟后，可與宿舍開啟的門形成自然通風。這種坐北朝南的平面布局形式，有效地起到了調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境的作用，適宜北方寒冷地區(qū)自然環(huán)境特點。

2.3 綠色建筑設計策略

2.3.1 被動式策略

（1）坡屋頂架空層

采用坡屋頂架空層的形成，一方面可以避免頂層的的層高過大，降低夏季空調(diào)，冬季采暖的負荷；另一方面也可做為溫度緩沖、過渡空間，無論在冬季還是夏季都可以對室內(nèi)溫度的控制起到調(diào)節(jié)作用。

宿舍區(qū)域圍合成的庭院和，可在夏季熱風進入室內(nèi)前對其進行調(diào)節(jié)，進一步起到了通風的降溫效果。

（2）景觀水體降低夏季溫度旱池收集雨水

本項目室外設置景觀水池（見圖3），用以調(diào)節(jié)室外小氣候，同時增加區(qū)域環(huán)境品質，提高辦公、生活條件。經(jīng)過計算水體年蒸發(fā)量為371.25 m3，蒸發(fā)量主要為夏季蒸發(fā)水量。因水的比熱容較大，相變而產(chǎn)生潛熱交換，可以有效的調(diào)節(jié)地表溫度和空氣溫度的轉換速度與效率。

圖3 室外水景

（3）夏季自然通風策略主要采用了穿堂風

自然通風以其節(jié)能、清新的特點為使用者和設計人員所喜愛。它不僅能為人們提供新鮮的空氣，還可以在夏季給建筑物降溫。自然通風一方面可提高室內(nèi)空氣品質，另一方面夏季可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少空調(diào)的使用率。南側玻璃在主要房間的進風位置設計可開啟窗扇，保證夏季形成流暢的穿堂風，為主要房間進行溫度調(diào)節(jié)，室內(nèi)穿堂風形式見圖4。

圖4 室內(nèi)穿堂風形式

通過軟件分析：

宿舍都有穿堂風，近進風窗口處風速在0.2 m/s左右，出風窗口處最大風速接近0.4 m/s，風速理想。辦公部分整體室內(nèi)風速分布較均勻，大部分房間均能形成穿堂風，近進風窗口處風速在0.2 m/s左右，出風窗口處最大風速接近0.6 m/s，此風速范圍能夠有效地提高室內(nèi)的舒適度，改善室內(nèi)的空氣品質。

（4）門斗設計

南溝門管理站綜合樓在主入口處設置門斗，見圖5。防止冬季寒風從主入口直接進入室內(nèi)，從而降低風壓作用，減少由于空氣流動幅度而帶走室內(nèi)較多的熱量。位于入口的門斗作為連接室內(nèi)外的過渡空間，降低建筑熱損耗，改善建筑入口處的熱環(huán)境。

圖5 主入口門斗

（5）遮陽設計

南溝門綜合樓在南立面窗戶采用水平遮陽板與豎向格柵結合的方式，豎向、橫向遮陽見圖6，不僅作為重要的建筑外立面元素之一，也可以有效避免太陽輻射過多的射入室內(nèi)，有利于營造良好的室內(nèi)光環(huán)境。同時坡屋頂屋檐口挑出部分，利用太陽高度角夏季高、冬季低的特點，可有效遮擋夏季強烈陽光進入室內(nèi)，又不遮擋冬季溫暖陽光的進入。項目位于寒冷地區(qū)，東向房間通常不會引起嚴重的得熱問題，但是太陽在西邊時的太陽高度角較小，西向房間會在夏季獲得較多太陽輻射，會通過建筑西立面窗口進入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度升高，故南溝門綜合樓將西墻做成三角形，西向房間立面圖、平面圖見圖7、圖8?？梢愿淖冴柟獾娜肷浞较颍刮飨虼白?yōu)槲髂舷虼?，同時又不影響房間的采光和自然通風。

圖6 豎向、橫向遮陽

圖7 西向房間立面圖

圖8 西向房間平面圖

2.3.2 主動式設計

（1）太陽能熱水系統(tǒng)

根據(jù)陜西省太陽能資源區(qū)劃分圖（圖9）可以看出，陜北地區(qū)具有豐富的太陽能資源，陜北北部為太陽能資源豐富區(qū)；陜北南部為太陽能資源較豐富區(qū)。

圖9 陜西省太陽能資源區(qū)劃分圖

太陽能作為一種可再生的新能源，具有清潔、環(huán)保、持續(xù)、長久的優(yōu)勢。南溝門管理站綜合樓采用太陽能熱水器、空氣源熱泵輔助加熱方式供應生活熱水，屋面設有156 m2的太陽能集熱板，太陽能熱水器系統(tǒng)采用太陽能直接系統(tǒng)，一天供熱水時間八小時,使用水溫55℃。宿舍部分的太陽能熱水覆蓋率達100%。

（2）雨水回用系統(tǒng)

本項目采用雨水回用系統(tǒng)，設置300 m2景觀蓄水池貯存雨水，通過設置雨水收集、貯存和處理設施，對雨水進行收集、處理、回用，用雨水替代景觀用水節(jié)約水資源，來實現(xiàn)景觀池用水、道路噴灑、綠化灌溉及車輛沖洗等用水，雨水回用總量達到1997.15 m3/a，利用率可達13.83%。

3 結論

陜西省延安南溝門水庫管理站綜合辦公樓，遵循綠色建筑設計原則,以“生態(tài)、綠色、節(jié)能”為設計理念,營造可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境，從自然中汲取設計元素。

該項目為陜西省水利行業(yè)第一個達到設計“一星級”的綠色建筑。前期設計通過對國內(nèi)已建成綠色建筑的調(diào)研，對綠色技術措施的分析，對建筑形式和周邊環(huán)境進行思考,選擇適宜的綠色建筑設計策略。設計中外立面形式美觀，功能布局合理，各專業(yè)設計配合良好，施工質量優(yōu)良，節(jié)約生產(chǎn)成本，保護生態(tài)環(huán)境，進一步提升水利工程的社會效益，為水利行業(yè)樹立了綠色建筑的標桿，也為陜西省水利行業(yè)綠色建筑理念的根植起到良好的示范作用。

通過一年的運行，管理站在節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質量方面幾方面都能收到較好的節(jié)能效果。