親水建筑的近零碳設(shè)計(jì)研究：以嘉善示范區(qū)展示館為例

陸佳韋，陳海平，王 龍，歐亞洲，李建濤

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

當(dāng)前業(yè)內(nèi)對親水建筑的研究已有頗多成果，并形成了較為系統(tǒng)的理論，但對于親水建筑的研究多停留在設(shè)計(jì)方法的研究和效果（如圖1 所示）的營造上[1]，同時兼顧低碳節(jié)能研究的極少。本文從親水建筑的近零碳設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對示范區(qū)展示館進(jìn)行整體分析，著重體現(xiàn)出親水建筑在近零碳領(lǐng)域的應(yīng)用[2]，為今后類似親水建筑對低碳的應(yīng)用和推廣起到了良好的示范引領(lǐng)作用。

圖1 展示館效果圖

1 工程概況

位于祥符蕩畔的展示館用地面積為20 005 m2，總建筑面積為12 821.79 m2。建筑室內(nèi)面積為8 131.45 m2，建筑室外面積為740.81 m2，地上2 層，基礎(chǔ)采用預(yù)制方樁+承臺筏板，主體采用混合木結(jié)構(gòu)體系，屋面為金屬屋面，一層外圍為全玻幕墻。

項(xiàng)目總投資3.95 億元，集展陳、會議、數(shù)字化演繹等功能為一體。造型猶如“一葉扁舟”，結(jié)合層層跌落的水景，仿佛下一刻即駛?cè)胨袉⒑?。整體抽象出的紅船造型，象征著對示范區(qū)3 周年成果的歸納、總結(jié)，具有承上啟下的作用，同時也預(yù)示著劃時代征程的開啟。

2 親水建筑的設(shè)計(jì)理念

整個親水建筑形象以“百年煙雨，一葉扁舟”為設(shè)計(jì)理念，契合江南古鎮(zhèn)的水鄉(xiāng)文化。建筑造型猶如一葉扁舟，通過地形改造形成多首層概念，同時將十里港的水引入場地，結(jié)合層層跌落的水景，仿佛下一刻駛?cè)胧锔燮鸷健，F(xiàn)場航拍圖如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場航拍

建筑的天際線形態(tài)由北向南漸變降低，至南側(cè)由8 m 高的幕墻玻璃圍合而成，同時于南側(cè)通透的觀景天橋可以俯瞰十里港全貌。展示館內(nèi)同時還集成數(shù)字沙盤、ⅤR 演繹等高新科技配置，將傳統(tǒng)文化與科技相結(jié)合，多維度、多元化地塑造建筑的空間感官與使用感受。

3 近零碳設(shè)計(jì)應(yīng)用

項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期即確立了全生命周期近零碳排放的目標(biāo)，并從建筑材料、建筑建造、建筑運(yùn)行3 個路徑出發(fā)，通過采取相應(yīng)減碳措施[3]，預(yù)計(jì)減少53.5%的碳排放量，具體如表1 所示。

表1 嘉善展示館低碳實(shí)施路徑

3.1 預(yù)制化、裝配化、低碳化的木結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目采用木結(jié)構(gòu)的形式如圖3 所示。木材的使用可以降低鋼筋、混凝土的使用量，與僅使用鋼筋和混凝土的基準(zhǔn)建筑相比，建筑材料生產(chǎn)階段可以降低60%的碳排放量。木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件均為工廠預(yù)制、批量生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝，施工機(jī)械化程度高，減少現(xiàn)場作業(yè)、人為失誤，可最大限度控制質(zhì)量，提高施工效率。與其他建筑形式相比，木結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工周期能縮短2/3 左右，可降低40%的碳排放量。運(yùn)營階段的碳排放在建筑全壽命期的占比最大，木結(jié)構(gòu)建筑結(jié)合自身的節(jié)能保溫性能再加上一些低碳技術(shù)的應(yīng)用，在建筑的運(yùn)行期間可降低50%的碳排放量。

圖3 現(xiàn)場木結(jié)構(gòu)

3.2 親水建筑的因地制宜

因地制宜利用可再生能源是有效的綠色建筑措施之一。地源熱泵（GSHP）是以大地土壤為冷熱源的一種熱泵形式。利用土壤的蓄熱性能，通過埋入地下的換熱器，夏季把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到土壤中；冬季把土壤中的熱量取出來，供給室內(nèi)采暖，一機(jī)兩用。地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)高效節(jié)能、有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的空調(diào)冷熱源技術(shù)。項(xiàng)目因地制宜利用十里港豐富的水資源及地源替代常規(guī)空調(diào)的冷卻塔、鍋爐，如圖4 所示。作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源既符合可再生能源利用又節(jié)省建筑空間，美化周邊環(huán)境，且機(jī)組效率高（一般夏季制冷可提高效率約18%），可有效減少碳排放量。

圖4 地源熱泵機(jī)房

3.3 光儲充一體化的應(yīng)用

利用展示館屋頂可利用區(qū)域（中心屋頂區(qū)域+東南側(cè)小屋頂，合計(jì)約600 m2，如圖5 所示）以及停車棚棚頂，共計(jì)約800 m2區(qū)域，鋪設(shè)約120 kWp 光伏，日均發(fā)電量約360 kW·h，預(yù)計(jì)全年可以提供整個展示館15%的清潔電力。配置120 kW·h 的儲能電池，以集裝箱形式布置于停車棚區(qū)域，占地面積約18 m2。光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)組成直流微電網(wǎng)，與建筑交流配電系統(tǒng)通過交直流轉(zhuǎn)換器連接。通過光伏儲能的調(diào)峰調(diào)頻，如果儲能系統(tǒng)用盡，可以通過建筑電網(wǎng)補(bǔ)足，保證供電安全。光儲充一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以使整個展示館減少20%以上的用電，節(jié)約30%以上的電費(fèi)（利用峰谷電差價），并減少約40%的碳排放。

圖5 太陽能光伏板照片

同時，安裝14 個20 kW 快充充電樁（如圖6 所示），應(yīng)用柔性充電管理策略，實(shí)現(xiàn)高峰期平抑充電功率完成削峰，低谷期全功率充電完成填谷。搭配能源管理系統(tǒng)，將在光儲充一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，節(jié)約4%以上的電費(fèi)，并節(jié)約8%以上的碳排放。

圖6 充電樁照片

3.4 智慧運(yùn)維的搭建

以物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)為基礎(chǔ)，基于能源管理數(shù)據(jù)庫，搭建碳監(jiān)測平臺（如圖7 所示），分析碳排放數(shù)據(jù)，設(shè)定碳管控目標(biāo)，開發(fā)智能運(yùn)維算法，自動制定用能策略，能夠減少5%的年均能耗，并減少10%的碳排放。搭配光儲充一體化系統(tǒng)，可以減少25%的用電，節(jié)約35%的電費(fèi)，并減少45%的碳排放。

圖7 能源管理數(shù)據(jù)庫

4 結(jié)束語

建筑是人類意志的產(chǎn)物，同時也承載著文化和歷史的痕跡[4]。本項(xiàng)目將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代工藝相結(jié)合，營造出一幅“百年煙雨，一頁扁舟”的美景。建筑以綠建三星為目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，通過木結(jié)構(gòu)、幕墻系統(tǒng)等被動技術(shù)措施與地源熱泵、光儲充一體化、搭設(shè)碳監(jiān)測平臺等主動技術(shù)措施相結(jié)合的方式，打造了一個“全生命周期，近零碳建筑”的綠色節(jié)能建筑。

長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)嘉善展示館作為典型的親水建筑，立足于展示長三角一體化示范區(qū)在制度創(chuàng)新、生態(tài)修復(fù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、跨域治理等方面取得的重要成果，并成功將傳統(tǒng)文化、建筑功能、現(xiàn)代美感及低碳科技進(jìn)行了完美融合，力求將其打造成嘉善新名片。作為在選材、建造、運(yùn)營過程中積極貫徹響應(yīng)“低碳建造”的成功范本，展示館也將對在建筑及相關(guān)衍生行業(yè)內(nèi)低碳的應(yīng)用與推廣起到良好的示范引領(lǐng)作用[5]。