淺析工業(yè)建筑的綠色節(jié)能設計
——以深圳東部環(huán)保電廠為例

趙蓉 ZHAO Rong

中國城市建設研究院有限公司

1 鳥瞰效果圖

綠色工業(yè)建筑設計與綠色民用建筑設計有異曲同工之處。簡言之，無論對于工業(yè)建筑還是民用建筑，綠色建筑設計都是指在建筑的全生命周期內(nèi)最大限度地節(jié)約資源，達到建筑與環(huán)境和諧共生的目標。不同的是，工業(yè)建筑是人、機器、環(huán)境三者之間的和諧共存，而民用建筑是人與環(huán)境之間的和諧共存。下面以深圳東部環(huán)保電廠項目為例，深入介紹工業(yè)建筑的綠建方案設計。

深圳東部環(huán)保電廠項目在最初的策劃階段就把目標定位為：綠建一星、美國LEED-NC金級認證，重點關注綠色建筑技術(shù)的應用和推廣。因此，在前期策劃、場地布置、建筑立面設計、建筑材料等方面都嚴格按照綠建標準，從材料、規(guī)劃、雨水利用等方面都非常注重節(jié)能環(huán)保，最大限度地利用自然資源及建筑自身能源，達到相應綠建設計的標準。本文主要闡述總體規(guī)劃及建筑外立面的設計。

1 總體規(guī)劃

該項目位于深圳市龍崗區(qū)，廠區(qū)用地約218ha，有灰渣處理區(qū)域、郊野公園等功能的環(huán)境谷和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)園，周邊還有農(nóng)田、山林、河流等（圖1）。設計試圖在滿足生產(chǎn)功能的同時，將低碳、環(huán)保、科普教育、工業(yè)旅游、公共藝術(shù)等納入整個廠區(qū)，在調(diào)節(jié)室外空間微氣候作用的同時，提高實際室外熱舒適度，從而減少熱島效應。這種做法也符合《綠色工業(yè)建筑評價標準》中節(jié)地及可持續(xù)發(fā)展的要求，場地微氣候在一定程度上既滿足生產(chǎn)運營的安全需求，又從空間組織、景觀設計、交通組織等方面實現(xiàn)與周邊地區(qū)的開放融合，并達到與社區(qū)共建共享的效果。

不同于常規(guī)的工業(yè)園區(qū)規(guī)劃，該廠區(qū)的整體規(guī)劃秉承建筑結(jié)合自然、“去工業(yè)化”的總體原則，在滿足生產(chǎn)和工藝要求的基礎上，注重建筑形體和布局與周邊環(huán)境的有機結(jié)合，同時要處理好廠區(qū)內(nèi)不同建筑單體之間的空間關系。

2 總平面功能分區(qū)

在規(guī)劃布局上，充分分析現(xiàn)有地形，力求將對現(xiàn)狀地形的影響和改變最小化，通過合理的景觀規(guī)劃和創(chuàng)新的建筑造型達到低影響開發(fā)的目標。同時合理組織生產(chǎn)生活車流及人流，避免交叉干擾，使各流線簡捷、暢通?？紤]到場地現(xiàn)狀高低落差較大，規(guī)劃時利用現(xiàn)狀山體，將生活區(qū)建筑布置在比主廠區(qū)平面高4m的山坡上，污水處理設施布置在比主廠區(qū)平面高8m的山坡上，形成錯落的立體布局效果（圖2）。

2 建筑單體（主廠房）綠建方案設計

主廠房綠建設計的目標是達到綠建一星及美國LEED-NC金級，所以在平面布置、建筑造型及材料等方面都力求達到節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的要求。主廠房內(nèi)部采用高效的壓縮型布置方式，辦公、研發(fā)、培訓、商業(yè)配套等功能都圍合在幕墻中（圖3）。

2.1 透空圍護立面

主廠房區(qū)域的建筑結(jié)合工藝流程，有序地布置在綜合主廠房區(qū)域的透空圍護范圍內(nèi)。對于生產(chǎn)設備在運作時產(chǎn)生的熱能以及燈光照明和人體在勞動時所轉(zhuǎn)換的熱能，控制室內(nèi)熱環(huán)境最好的辦法是利用建筑室內(nèi)空氣對流將熱量傳導到室外（圖4）。

透空圍護的造型是基于主廠房區(qū)域內(nèi)各個建筑物的幾何形狀，以一定角度截斷的錐形形體。立面的動態(tài)和標志性的開敞式圍擋能為內(nèi)部設備提供一個開放的氣候模式，同時限定出穩(wěn)固、簡單的建筑形體。

3 廠房內(nèi)部各建筑單體

4 外圍護結(jié)構(gòu)通風示意

5 外圍護結(jié)構(gòu)細部構(gòu)造

6 女兒墻構(gòu)造做法

7 屋頂光伏板、透氣帶及綠化帶示意圖

在不同位置和不同距離觀察建筑立面，都能感受到豐富的視覺變化。從正面看，紅赭色百葉片構(gòu)成的造型螺旋上升形成開敞式的立面圍擋。紅赭色涂層是一種特殊設計的防污染和自潔涂層，提供堅固和易于維護的表面；百葉片內(nèi)置的溝槽部分可起到排水的作用。百葉單元約1 100mm深，間隔約為2 500mm，全周共有360個單元。根據(jù)螺旋的幾何形體，百葉片在造型上被分割成相等的水平元件，利于制造和施工，同時也滿足在不同尺度上對于構(gòu)架細部的觀賞和解讀。百葉片后面的表面是具有70%穿孔率的拉伸金屬網(wǎng)，這層材料一方面有助于提高幕墻的功能開放性，另一方面在保障安全的同時，可進行自然通風，而且也有助于提升立面的視覺透明度。拉伸金屬網(wǎng)從內(nèi)外部的可視區(qū)域看起來幾乎是透明的，保證主廠區(qū)內(nèi)部的設備在任何時候都能夠被觀察到。此外，建筑立面圍擋還有一些功能性的細節(jié)設計，這些也有助于對整個建筑形式和細節(jié)的理解。例如立面圍擋底部有一圈低矮的混凝土基座，在立面百葉片的底部形成一道連續(xù)的雨水收集槽，滿足排水需求，同時使建筑具有結(jié)構(gòu)堅固的基部，保護入口和百葉片底部免受沖擊損傷。

根據(jù)廠房室內(nèi)自然采光模擬結(jié)果，主廠房內(nèi)部各建筑單體外窗在滿足節(jié)能要求的前提下選用高透型玻璃，玻璃可見光透射比應達到0.45以上，宜達到0.5以上。玻璃建議采用8mm+（6A～12A）+8mm的Low-E中空玻璃窗（圖5）。

2.2 透空圍護屋面

除了外圍護結(jié)構(gòu)的通風遮陽外，還需要考慮屋頂?shù)臒峁ば阅?。建筑物的頂部有一個高4m的金屬板環(huán)狀收邊，用來銜接立面百葉片的頂端和建筑的屋頂。這樣的屋頂處理在視覺上縮小了建筑的體量和高度，提供了一個簡潔明了的建筑頂部收頭（圖6）。

透空圍護屋面為鋼結(jié)構(gòu)，面積約67 030m2，自西向東傾斜，傾角為4°，屋面結(jié)構(gòu)桁架上弦東側(cè)最低標高為45.1m，西側(cè)最高標高為66.7m。屋面設有一條長約1km的環(huán)形走道，供舉辦特定活動時的參觀游覽或者騎行活動使用。北側(cè)和東側(cè)各有一組電梯和疏散樓梯通向屋面，并結(jié)合交通核布置了休息點等屋頂設施。

屋面主要由三個系統(tǒng)構(gòu)成：金屬屋面板+太陽能光伏板、屋頂玻璃采光帶、綠化屋面（圖7）。太陽能光伏板面積約35 500m2，平鋪安裝于金屬屋面板上；玻璃采光帶共約18 300m2，采用主次梁鋼結(jié)構(gòu)、夾膠安全玻璃構(gòu)造采光頂，均勻布置于主廠房的生產(chǎn)區(qū)域上方；屋頂綠化約12 455m2，主要集中在屋頂周邊和環(huán)形道路兩側(cè)，覆土厚度300～600mm，以草坪與灌木為主。

屋面在主要生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)均勻布置大型自然通風器，滿足日常通風散熱需求，也可以在火災時作為屋頂排煙口，和開敞式立面圍擋共同滿足自然排煙的要求。屋面雨水采用重力流內(nèi)排水，主要屋面徑流自西向東經(jīng)南北向天溝收集后，經(jīng)雨水斗沿內(nèi)部結(jié)構(gòu)柱設置的落水管向下匯入主廠房區(qū)域地下排水管網(wǎng)。而屋面周邊徑流經(jīng)自西向東的環(huán)狀天溝收集后，由屋面下方水平向的重力排水管就近匯入沿內(nèi)部結(jié)構(gòu)柱設置的落水管。

此外，建筑屋頂選擇太陽輻射吸收系數(shù)小于0.6的淺色材料。根據(jù)LEED對于屋面熱島效應的要求，廠房樓屋面表皮采用白色混凝土飾面、白色漆或高反射隔熱涂料，使太陽能反射指數(shù)（SRI）大于78。

3 結(jié)語

深圳環(huán)保電廠的綠建設計從地域特點出發(fā)，根據(jù)對當?shù)氐臏囟取穸?、降水、日照等各項氣候特點的分析，在建筑中采用適合地域特點的建筑技術(shù)，如：1）通過屋頂開天窗的方式提高采光通風能力；2）在屋頂敷設太陽能光伏板，利用太陽能光電系統(tǒng)滿足項目民用建筑部分的用電需求；3）屋頂綠化設計可增加屋頂隔熱性，提高室內(nèi)舒適度；4）采用斷熱型玻璃材質(zhì)及鏤空百葉遮陽構(gòu)件，起到外圍護結(jié)構(gòu)隔熱、遮陽作用；5）雨水回收利用。

總之，在建筑設計中采用各種節(jié)能方法都是為了降低能耗、建設環(huán)境友好型建筑。綠色節(jié)能設計是當下建筑設計中必須考慮的一項內(nèi)容，應該在立項階段就介入綠建設計，以省去后期調(diào)整的工序，使得綠建設計能更好地落地實施。