冰雪主題下在地綠色建筑設(shè)計策略研究

呂嘉睿 王金奎 (河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000)

研究冰雪主題下的綠色建筑設(shè)計策略,減少建筑的碳排放量及能源消耗,符合北京冬奧會“綠色、共享、開放、廉潔”的辦奧理念。冰雪主題競賽通過進(jìn)一步宣傳和推廣綠色理念,調(diào)整周邊地區(qū)的能源結(jié)構(gòu),對減輕建筑對環(huán)境的影響,改善本地區(qū)生態(tài)環(huán)境有著積極作用,切合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1 圍爐夜話酒吧方案設(shè)計

1.1 與氣候相適應(yīng)的設(shè)計理念

與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑,是綠色建筑的核心理念。崇禮冬季寒冷漫長,夏季低溫少雨,滑雪場地處高山,遠(yuǎn)離縣城,能源供給較困難,且海拔高,風(fēng)速比較大,太陽輻射強(qiáng)?！皣鸂t夜話”項目針對滑雪愛好者運(yùn)動量大、人體產(chǎn)熱高的特點(diǎn),盡可能地平衡室內(nèi)外溫差,避免人們在出入過程中因熱環(huán)境的過度差異帶來不適和健康隱患。同時,項目應(yīng)盡可能地利用有利氣候條件,避免不利因素,冬季集熱蓄熱,夏季遮陽通風(fēng),保護(hù)環(huán)境節(jié)約資源。

酒是一種全球通用的特殊形態(tài)的文化語言,以酒吧作為冬奧會的文化交匯口,營造一個富有包容性的休閑場所。圍爐夜話原為清代文學(xué)作品,概括了寒夜圍爐,家人相聚依偎暢談之景,以此為本次方案命名,借景傳達(dá)酒吧的溫馨氛圍,也體現(xiàn)了冬奧會團(tuán)結(jié)友誼的精神和我國的文化底蘊(yùn)。

1.2 融入周邊環(huán)境的建筑選址

崇禮地區(qū)冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng),夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),冬季溫度低,日均最低氣溫達(dá)-10℃,最冷月日均氣溫可達(dá)-20℃,夏季日均最低氣溫為15℃,太陽輻射較強(qiáng),屬于太陽輻射較富集地區(qū)。建筑選址如圖1所示,充分考慮了當(dāng)?shù)丨h(huán)境與氣候特點(diǎn)?；乇晨课鞅毕蛏狡?起到冬季避風(fēng)的作用,同時利用冬季太陽輻射納陽取暖。東南向?yàn)檩^開闊平地,可以充分地利用夏季主導(dǎo)風(fēng)向,進(jìn)行自然通風(fēng)。

圖1 基地選址(圖片來源:谷歌地圖)

1.3 彰顯奧運(yùn)主題的方案解析

歷史最悠久的冰雪建筑是因紐特人建造的冰屋,其采用的是冰磚砌筑、為近似半圓形的拱頂結(jié)構(gòu),作為寒冷地區(qū)代表性建筑之一,具有突出的氣候適應(yīng)性,因此項目以冰屋作為建筑外部造型的原型。在相同平面面積下合理控制體形系數(shù),是寒冷地區(qū)綠色節(jié)能的重要設(shè)計策略。半圓形能避免體量的凹凸,減少建筑表皮面積,降低建筑熱輻射獲得與流失的速率,有效控制能量的流失,因而減少了通過機(jī)械途徑維護(hù)室內(nèi)熱環(huán)境平衡的能耗。

北京冬奧會是我國重要?dú)v史節(jié)點(diǎn)的重大標(biāo)志性活動,建筑有著傳承中國文化的責(zé)任,要展現(xiàn)我國的豐富的文化底蘊(yùn)和社會內(nèi)涵。“綠蟻新焙酒,紅泥小火爐”,詩句中圍爐的意象蘊(yùn)含的閑適意境與酒吧所追求的場所感十分契合。同時在中國傳統(tǒng)文化中,圓形往往象征著凝聚和包容,方案以圓為建筑的概念要素,強(qiáng)化建筑的向心性,與奧林匹克團(tuán)結(jié)、友誼、和平的宗旨和理念相呼應(yīng)。

1.4 以人為本的建筑空間布局

首先要確立平面空間的圓點(diǎn),以圓點(diǎn)為核心向外拓展功能空間,半圓形穹頂向圓心聚攏,借助空間形態(tài)凸顯體育運(yùn)動團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神,彰顯冬奧會的主題。

建筑內(nèi)部功能分區(qū)依據(jù)人的動線進(jìn)行劃分,將入口設(shè)置在建筑的南側(cè)。主要交通流線呈螺旋狀,經(jīng)過散客區(qū)、觀景區(qū)、吧臺區(qū)、卡座區(qū)層層遞進(jìn)后到達(dá)核心區(qū)域,空間性質(zhì)由外向內(nèi)逐漸私密化,進(jìn)一步強(qiáng)化建筑向心性和聚攏性,且建筑防止冷風(fēng)滲透的效果達(dá)到最佳(圖2)。相鄰區(qū)域之間采用透明的隔墻和綠植劃分,使客人的視線能夠暢通無阻,內(nèi)部的空間體驗(yàn)更豐富。觀景區(qū)的弧墻也選用玻璃材質(zhì),將外部開闊廣袤的景觀引入室內(nèi),使酒吧與崇禮的自然環(huán)境充分融合互動。員工動線則圍繞酒窖和吧臺展開,酒窖采用半地下的形式,設(shè)置在建筑西北側(cè),緊靠吧臺,使員工存取酒品的路程最短。酒吧主體功能與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間是環(huán)繞式狹窄帶形長廊,客人可以在環(huán)廊里停留休息,向外看到的是建筑周圍潔白遼闊的雪景。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部在夜間會變成穹頂投影,更好地烘托建筑的整體氛圍。

圖2 一層平面圖(圖片來源:作者自繪)

2 圍爐夜話酒吧綠色技術(shù)設(shè)計

2.1 梯段分區(qū)控溫,合理分配能源

由于空間使用頻率的不同,人們對溫度的需求也不同,因此有必要進(jìn)行分區(qū)控溫。首先根據(jù)功能所需的熱舒適等級進(jìn)行劃分,形成具有相同或近似需求的功能分區(qū),呈級差化排布。其次對功能組織區(qū)塊分解,根據(jù)使用性質(zhì)由外向內(nèi)分等級控溫。酒吧采用功能熱舒適度的級差化區(qū)控,體現(xiàn)功能組織對熱環(huán)境的調(diào)試作用,可以對功能需求的變化及時進(jìn)行反饋,提升功能對熱舒適度的兼容、可變和調(diào)控能力,最大化地分配能源,避免浪費(fèi)。

傳統(tǒng)的上送風(fēng)方式遠(yuǎn)離人體感知范圍,因而排風(fēng)溫度接近或小于送風(fēng)溫度,且風(fēng)口朝向人的頭部易造成身體不適,效率較低而碳排放較多。下送上排的地板送風(fēng)系統(tǒng)更具靈活性,加熱或冷卻的空氣在架空的地板中輸送,氣流更接近所需要的區(qū)域,用戶易于接觸和控制,且因空氣流動引起的不適感較小。因此本項目選擇了地板送風(fēng),熱空氣自然由下向上抬升,頂部設(shè)置風(fēng)口回收,循環(huán)加熱送風(fēng),借助物聯(lián)網(wǎng)智能控制,能夠有效地節(jié)約資源。

2.2 夾層百葉遮陽,營造舒適的光環(huán)境。

屋面頂部會受到陽光直射,容易產(chǎn)生眩光造成人們視覺上的不適。因此采用木片質(zhì)做外圍護(hù)結(jié)構(gòu)雙層玻璃的夾層百葉,引導(dǎo)光線入射路徑,太陽光通過反射這種間接而不是直接的方式進(jìn)入室內(nèi),降低了太陽直射光的影響。

2.3 蓄熱墻和可移動玻璃,充分利用太陽能。

日出日落時太陽高度角都為零度,正午時太陽高度角最大。由于建筑利用太陽能供暖會受到太陽高度角的影響,選取外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與地面垂直距離五米處做移動抬升的雙層玻璃。在Ecotect軟件中對當(dāng)?shù)靥栞椛淝闆r進(jìn)行分析,太陽輻射強(qiáng)的上午10點(diǎn),底部雙層玻璃向上抬升變成透光率更強(qiáng)的單層玻璃,提高對太陽能的利用率。下午6點(diǎn)太陽高度角降低時,玻璃下降變回雙層玻璃,阻止熱量向外散失。底部玻璃的材質(zhì)選擇透光率最強(qiáng)的超白玻璃,玻璃內(nèi)側(cè)的蓄熱墻為蓄熱系數(shù)大的深色混凝土材質(zhì)。如圖3所示,蓄熱墻白天收集能源,晚上向建筑內(nèi)部釋放,建筑能獲得最大太陽熱輻射以減少冬季采暖所需消耗的大量熱能。

圖3 蓄熱墻工作原理(圖片來源:作者自繪)

2.4 入口外延,室內(nèi)外光環(huán)境平緩過渡。

酒吧的入口外延,作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)域可以減少熱量散失。同時圍繞人的感知進(jìn)行設(shè)計,當(dāng)人眼從明亮的室外進(jìn)入到昏暗的室內(nèi)的時候,至少需要五秒的時間完成暗適應(yīng)過程。入口空間縱深四米,給人們提供了一個逐步適應(yīng)室內(nèi)的光環(huán)境的緩沖空間,同時完成室內(nèi)外溫差的過渡。

結(jié)語

設(shè)計中,全面分析本土文化、地域氣候與場地環(huán)境特點(diǎn)、能源資源條件,在以人為本的原則下,對建筑使用人群進(jìn)行分類和引導(dǎo),并優(yōu)先采用適宜的氣候適應(yīng)性被動設(shè)計策略與設(shè)計技術(shù)。充分運(yùn)用綠色理念,改善建筑周邊的惡劣環(huán)境條件對建筑自身的影響,取得最有利的局部小氣候。同時考慮建筑的在地性,融入文化要素,提取冰屋和圍爐的概念,整個建筑與冰雪環(huán)境融為一體,聚攏的形體和開闊的視野充分展現(xiàn)了冰雪建筑獨(dú)特的魅力,傳達(dá)中國傳統(tǒng)文化中關(guān)于酒的意象與人文情懷,滿足人們在戶外運(yùn)動時對交流休憩場所的需求。

本文通過對崇禮當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境進(jìn)行分析,秉持綠色可持續(xù)的設(shè)計理念,運(yùn)用可移動抬升雙層玻璃、物聯(lián)網(wǎng)分區(qū)控溫、蓄熱墻等技術(shù)手段提高建筑自身性能,汲取外界資源,形成動態(tài)平衡,進(jìn)一步回應(yīng)了在地建筑的可持續(xù)性訴求,為我國寒冷地區(qū)環(huán)境響應(yīng)與氣候適應(yīng)性的綠色建筑創(chuàng)作進(jìn)行了可貴的探索。