綠色學(xué)校設(shè)計實(shí)例——深圳南山外國語學(xué)校

牛潤卓 陸軼辰 陳誠 張會福

1 深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司

2 華潤智慧能源有限公司

3 紐約Link-Arc 建筑事務(wù)所

如何在高密度的城市環(huán)境中營造怡人的學(xué)習(xí)環(huán)境，是建筑設(shè)計所努力追求的命題。本文以深圳南山外國語學(xué)?？迫A學(xué)校設(shè)計為例，探索在城市縫隙中營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。項目地處深圳市南山區(qū)華潤城片區(qū)，學(xué)校規(guī)模為九年一貫制學(xué)校，用地總面積35654.9 m2，總建筑面積54215.12 m2，容積率1.50。

1 綠色學(xué)校設(shè)計目標(biāo)

在城市縫隙中生長是本項目的一大特點(diǎn)，伴隨著大沖村的改造，本項目被周圍高密度的超高層住宅所圍繞（圖1），項目周邊地塊容積率已達(dá)到7.0 以上。本項目為九年一貫制學(xué)校，需要在3.5 萬m2的用地范圍布置中小學(xué)教室、各類專業(yè)教室、圖書館、體育館、游泳館、演藝報告廳、教師宿舍樓、中小學(xué)學(xué)生餐廳、教師餐廳以及專業(yè)運(yùn)動操場等一系列建筑物，用地非常緊張。

圖1 項目所在區(qū)位示意（中心部分為項目位置）

故在高密度下營造良好的綠色環(huán)境就是本項目需解決的首要問題。其次還要實(shí)現(xiàn)綠色建筑三星級的高目標(biāo)。為解決此問題，利用模擬分析工具精細(xì)化布置每一個功能房間，既要保證日照需求，又要留出適當(dāng)?shù)拈g距，布置策略如下（圖2）：

圖2 項目建筑布局推演（由紐約Link-Arc 建筑事務(wù)所提供）

本項目已獲得國家三星級標(biāo)識、2019 亞洲建筑師協(xié)會建筑獎金獎[1]（B-3 類：公共設(shè)施/社區(qū)和公用事業(yè)建筑），2019 年度世界建筑節(jié)大獎[2]建成項目：教育建筑入圍獎）及2020 年度德國設(shè)計獎（卓越建筑類別最佳獎）[3]。

2 綠色技術(shù)策略

2.1 營造良好的微環(huán)境

項目位于城市高密度區(qū)域，為減少周邊城市環(huán)境對基地的影響，創(chuàng)造適宜的校園環(huán)境，項目采用水平和垂直相結(jié)合的設(shè)計策略，充分利用建筑模擬分析工具優(yōu)化建筑空間布局，為校園留出綠色的空間。

2.1.1 場地風(fēng)環(huán)境設(shè)計

自然通風(fēng)對于學(xué)校而言有著重要意義，因此在整體布局中首要考慮自然通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)，項目所在地夏季和過渡季節(jié)盛行東南偏東風(fēng)，風(fēng)速1.3 m/s。

為實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)，項目在寶貴的場地和建筑內(nèi)留出了適應(yīng)微觀風(fēng)環(huán)境的廊道，并利用CFD 分析軟件Phoenics 進(jìn)行驗(yàn)證，保證自然風(fēng)的順利導(dǎo)入，如圖3、4 所示。

圖3 項目典型樓層通風(fēng)廊道組織

從上述分析可以看出，本項目所設(shè)置的通風(fēng)廊道與室外主導(dǎo)風(fēng)向能夠較好的結(jié)合，可以起到明顯的改善建筑微環(huán)境的效果。具體表現(xiàn)在：夏季及過渡季東南偏東風(fēng)作用下，各人員活動高度的地面人員活動區(qū)域通風(fēng)順暢。滿足綠色建筑[4]相關(guān)要求。

圖4 教學(xué)樓通風(fēng)廊道效果分析

2.1.2 場地聲環(huán)境設(shè)計

本項目位于南山大沖街道，周邊均為高密度住宅，且北側(cè)靠近城市快速路沙河西路。為了教學(xué)能有良好的學(xué)習(xí)氛圍，本項目將主要的功能房間放置在建筑內(nèi)部，如教室等。將教師辦公室、行政辦公放置在建筑外部，從而保證學(xué)生有較好的聲環(huán)境。

通過CADNA 軟件分析結(jié)果（圖5）可見，場地內(nèi)部聲環(huán)境質(zhì)量良好，場地內(nèi)人員主要活動區(qū)域的環(huán)境噪聲滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096-2008的2 類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲要求，即晝間不大于60 dB(A)，夜間不大于50 dB(A)。

圖5 項目周邊場地1.5 m 高度處聲壓級分布圖

2.1.3 內(nèi)部光環(huán)境設(shè)計

受用地影響，本項目建筑布局緊湊。為保證教室及功能房間的采光，本項目在多處開有采光天井，利用房間兩側(cè)及天井等多種措施改善自然采光，如圖6、7 所示：

圖6 天井采光示意

圖7 天井自然采光分析

利用ECOTECT 軟件對項目各功能房間，如普通教室、?？平淌?、歷史教室、美術(shù)師法室、音樂暢游室、舞蹈室、行政辦公樓、預(yù)留空間、體育館、導(dǎo)師辦公室、德育展示廳、小學(xué)生餐廳、中學(xué)生餐廳、教師餐廳、宿舍、圖書館及閱覽室等區(qū)域進(jìn)行自然采光分析，93.11%的區(qū)域自然采光滿足綠建要求。

2.2 高效設(shè)備及設(shè)施應(yīng)用

將建筑與其使用功能的融合，是建筑機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù)，也是降低建筑能耗的主要保障。本項目全面采用各類高效機(jī)電設(shè)備，具體如下：

2.2.1 空調(diào)系統(tǒng)

項目設(shè)置兩種空調(diào)系統(tǒng)，其中：籃球場、階梯教室、中學(xué)餐廳采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，COP=3.36，冷凍水供回水溫度7/12 ℃。熱水供回水溫度45/40 ℃，末端采用全空氣系統(tǒng)。其余功能房間采用多聯(lián)機(jī)或風(fēng)空調(diào)，均達(dá)到一級能效要求。

因場地局促，籃球場兼做大禮堂功能，位于負(fù)一層，為避免梅雨季節(jié)的潮氣侵入，項目制定專門的防潮除濕控制策略：室內(nèi)溫度≤20 ℃時，開啟屋頂風(fēng)冷熱泵制熱，并開啟排風(fēng)機(jī)；室內(nèi)溫度＞20 ℃時，選擇性開啟空氣處理機(jī)組內(nèi)循環(huán)送風(fēng)，并開啟新風(fēng)除濕機(jī)除濕。當(dāng)籃球場不用時，特別是3-4 月份，根據(jù)室內(nèi)濕度參數(shù)自動開啟除濕機(jī)除濕。

節(jié)能運(yùn)行策略：過渡季節(jié)時，全空氣處理機(jī)組全新風(fēng)運(yùn)行。此外，籃球場還設(shè)置CO2監(jiān)控系統(tǒng)，并與新風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動，防止集會時濃度超標(biāo)。

2.2.2 電氣及光伏系統(tǒng)

項目全面采用LED 照明燈具，變壓器采用節(jié)能變壓器。項目設(shè)置高效單晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)，組件效率15.89%，裝機(jī)容量66.69 kW，設(shè)置于初中部屋頂，年發(fā)電量6.7 萬kWh。

綜上，經(jīng)e-QUEST 軟件全年8760 小時模擬分析，項目全年用電約40.82 萬kWh，光伏發(fā)電約6.7 萬kWh。按照深圳市強(qiáng)制節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)計算參照建筑年用電約50.09 萬kWh，本項目用電降幅約31.89%。

2.3 節(jié)水措施及海綿城市技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)深圳市海綿城市相關(guān)要求[5]，本項目的徑流總量控制率為70%。

為達(dá)到這一目標(biāo)，本項目采用多種方式消納場地雨水、徑流與污水，將下凹綠地、綠化屋面、透水鋪裝、調(diào)蓄池均勻的“塞入”校園各個角落，通過四個匯水分區(qū)實(shí)現(xiàn)消納雨水，如圖8 所示：

圖8 海綿城市設(shè)施布局示意

1）雨水及中水回用系統(tǒng)

項目場地有限，為有效調(diào)蓄雨水并實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)，根據(jù)高差及分區(qū)設(shè)置兩處雨水回用系統(tǒng)：一處位于場地東南側(cè)，主要用于雨水入滲及回用，容積180 m3；一處位于場地東北側(cè)，容積200 m3，均采用“過濾+消毒”工藝，采用地埋式一體化水處理設(shè)備，年累計雨水回用量為3186.2m3，占比81.05%。

另外，為消納建筑內(nèi)污水，項目自建中水回用系統(tǒng)，原水水源為小學(xué)生餐廳，中學(xué)生及教師餐廳的廚房排水，供初中部、綜合樓沖廁使用。最高日用水量為42 m3/d，中水處理采用MBR 膜工藝；全年中水用量為11625 m3，占比51.97%。

2）透水鋪裝及綠化屋頂

項目采用地面綠化（占地6050 m2）、屋頂綠化（4409 m2）、下凹式綠地（606 m2）及雨水調(diào)蓄池（調(diào)蓄容積）等措施降低雨水徑流，綜合徑流系數(shù)為0.578。

3）全部采用1 級節(jié)水器具

通過以上措施，最終設(shè)計調(diào)蓄容積為795.4 m3，高于《深圳市海綿城市規(guī)劃要點(diǎn)和審查細(xì)則》的644.8 m3的要求。

3 結(jié)論與建議

本項目共投入圍護(hù)機(jī)構(gòu)節(jié)能設(shè)計、高效空調(diào)設(shè)備、光伏發(fā)電、中水回用、雨水回用、物理環(huán)境分析、BIM技術(shù)、室內(nèi)污染物監(jiān)控、構(gòu)件外遮陽、節(jié)水器具等20 多項綠色技術(shù)，滿負(fù)荷運(yùn)行后預(yù)計年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約68萬元。

在高密度的城市建設(shè)下營造良好的微環(huán)境已成為越來越多的設(shè)計問題，本文通過項目實(shí)踐驗(yàn)證了高密度下營造綠色學(xué)校的可行性，并為高密度下綠色學(xué)校建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。