文/肖魯江 南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 董事長(zhǎng)
張金水 南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 副總建筑師
2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和是中國(guó)向世界作出的莊重承諾,“雙碳”目標(biāo)勢(shì)必對(duì)未來(lái)社會(huì)及城市的經(jīng)濟(jì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。通過(guò)相關(guān)碳放研究可以發(fā)現(xiàn)建筑行業(yè)碳排放量約占總碳排放量的三分之一。因此如何通過(guò)建筑設(shè)計(jì),采用綠色建造技術(shù)減少建筑物運(yùn)行階段、建造及拆除階段、建材生產(chǎn)及運(yùn)輸階段三個(gè)重要環(huán)節(jié)的碳排放,對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
項(xiàng)目位于江蘇省南京市江北新區(qū)泰山街道,北臨浦泗路,西臨星火路,南臨匯文路、研新路,東鄰麗景路。距離新南京北站交通樞紐3 公里,交通便利。
根據(jù)南京市江北新區(qū)管理委員會(huì)規(guī)劃和自然資源局工程建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃條件《寧江北規(guī)劃資源條件(2020)00093 號(hào)》 文件,項(xiàng)目用地性質(zhì)為B29a 科研設(shè)計(jì)用地,用地面積:46316.25m2,容積率5.0,建筑高度≤150m,建筑密度≤35%,綠地率≥30%。項(xiàng)目總建筑面積:351568.68m2,地上總建筑面積約230591.64m2,地下三層總建筑面積約120977.04m2,其中人防建筑面積29426m2,功能為核六、常六級(jí)二等人員掩蔽部及固定電站。
項(xiàng)目地上共有八個(gè)子項(xiàng),一棟超高層辦公樓和七棟高層綜合樓;建筑規(guī)劃布局策略為北高南低,使中心花園擁有充足的南向陽(yáng)光,而北側(cè)塔樓可以越過(guò)周邊底矮的建筑享有西南側(cè)的老山景觀。同時(shí)北側(cè)高層塔樓可以阻擋寒冷的東北季風(fēng)進(jìn)入地塊,南側(cè)小體量的總部辦公和整體的架空底層使涼爽的東南季風(fēng)更容易進(jìn)入中心花園,形成宜人的微氣候環(huán)境。
本項(xiàng)目在規(guī)劃布局上吸取傳統(tǒng)建筑的綠色空間營(yíng)造智慧,充分考慮建筑與氣候、技術(shù)、文化三者之間的紐帶關(guān)系,打造一個(gè)適應(yīng)氣候、延續(xù)文化兼具生態(tài)性的綠色科技園區(qū);在技術(shù)策略方面充分挖掘傳統(tǒng)建筑的生態(tài)價(jià)值,通過(guò)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì),使城市的綠色建筑具有現(xiàn)代空間形態(tài)和場(chǎng)所精神,兼有傳統(tǒng)建筑的靈魂,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、打造綠色創(chuàng)意空間。
圖1 總體規(guī)劃鳥(niǎo)瞰圖(圖片來(lái)源:設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)繪制)
從氣候分區(qū)上看,南京屬北亞熱帶濕熱氣候,四季分明,雨水充沛。在中國(guó)氣候分區(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)A 區(qū),一年當(dāng)中有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間處于濕熱的氣候狀態(tài)。從建筑熱工設(shè)計(jì)區(qū)劃一級(jí)指標(biāo)來(lái)看,最冷月平均氣溫在0℃~10℃,且日平均溫度≤5℃的天數(shù)在90 天以?xún)?nèi);最熱月平均溫度在25℃~30℃,且日平均溫度≥25℃的天數(shù)在40 ~90 天以?xún)?nèi),根據(jù)規(guī)范必須滿足夏季防熱要求,兼顧冬季保溫;從建筑熱工設(shè)計(jì)區(qū)劃二級(jí)指標(biāo)來(lái)看,以18℃為基準(zhǔn)的采暖度日數(shù)在1200 ~2000 小時(shí)之間,根據(jù)規(guī)范要求應(yīng)滿足保溫、隔熱設(shè)計(jì)要求,重視自然通風(fēng)、遮陽(yáng)設(shè)計(jì)。綜合以上分析,夏熱冬冷地區(qū)的建筑為回應(yīng)地域氣候,需要重點(diǎn)處理隔熱、降溫、通風(fēng)、防潮、遮陽(yáng)等問(wèn)題。
江南地區(qū)的建筑聚落通過(guò)歷史的演變逐漸反映出了一系列樸素的建筑思想,并形成了從建筑規(guī)劃到房屋建造的地域性生態(tài)策略。歸納起來(lái)影響傳統(tǒng)建筑熱舒適性的自然氣候因素主要有自然通風(fēng)、太陽(yáng)輻射得熱、空氣溫度、空氣濕度等。
(1)熱舒適與自然通風(fēng)
南方傳統(tǒng)民居利用群體圍合,形成合院或者天井,從而可以有效地組織場(chǎng)地與建筑物室內(nèi)外的風(fēng)環(huán)境,通過(guò)風(fēng)環(huán)境模擬發(fā)現(xiàn),對(duì)于1.0m/s 的風(fēng)速,相對(duì)濕度50%時(shí),室內(nèi)氣溫達(dá)到29℃,人們?nèi)匀粫?huì)感覺(jué)舒適;對(duì)于2.0m/s 的風(fēng)速,相對(duì)濕度50%時(shí),室內(nèi)氣溫達(dá)到30℃,人們?nèi)匀粫?huì)感覺(jué)舒適;當(dāng)空氣流動(dòng)速度達(dá)到6.0m/s 的風(fēng)速,相對(duì)濕度50%時(shí),人體舒適度可以提高到34℃。
(2)熱舒適與輻射得熱
太陽(yáng)輻射是建筑物的主要熱源,自然地利用太陽(yáng)能加熱建筑被稱(chēng)為“被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖”,是一種自然利用太陽(yáng)能加熱建筑的過(guò)程。南方傳統(tǒng)建筑通過(guò)建筑組群、景觀水系、建筑材料很好地處理了室外微氣候和室內(nèi)微環(huán)境的太陽(yáng)輻射得熱:如厚重的磚石材料有很好的隔熱作用;玻璃及膜結(jié)構(gòu)等材料視線通透,有較好的散熱作用。
(3)熱舒適與結(jié)構(gòu)蓄熱
維護(hù)結(jié)構(gòu)(材料)的蓄熱系數(shù)是指材料儲(chǔ)存熱量的能力,在夏熱冬冷地區(qū)可以選擇蓄熱系數(shù)大的建筑材料,減少室內(nèi)外溫差對(duì)建筑內(nèi)部空間的影響,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)。夏季,白天溫度升高的時(shí)候,維護(hù)結(jié)構(gòu)可以存貯熱量,減少輻射到建筑室內(nèi)的熱量,減少空調(diào)負(fù)荷,提高建筑內(nèi)部熱舒適性能;冬季,白天太陽(yáng)照射建筑,可以通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)的材料吸熱,在夜間釋放到室內(nèi),提高室內(nèi)空間的熱舒適性。
(4)熱舒適與維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱
維護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響主要是通過(guò)建筑內(nèi)表面溫度體現(xiàn),內(nèi)表面溫度太低會(huì)影響人體的舒適度,也會(huì)造成室內(nèi)結(jié)露、影響結(jié)構(gòu)安全性等問(wèn)題。根據(jù)氣候特點(diǎn)和建筑使用功能,選擇合適的輕質(zhì)材料和重質(zhì)材料,充分發(fā)揮材料的熱工性能,可以起到很好的保溫隔熱效果。
維護(hù)結(jié)構(gòu)采用新材料、新技術(shù)、新構(gòu)造,對(duì)降低建筑能耗來(lái)說(shuō)有重大的意義,成為建筑節(jié)能的新思路,使維護(hù)結(jié)構(gòu)從單純的被動(dòng)適應(yīng)氣候到主動(dòng)利用氣候中的有利資源,既是維護(hù)結(jié)構(gòu)未來(lái)的發(fā)展方向,也是被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的新動(dòng)向。
(5)熱舒適與建筑遮陽(yáng)
建筑得熱形式通常分為太陽(yáng)直射得熱、熱傳導(dǎo)得熱等形式,透明維護(hù)結(jié)構(gòu)(幕墻)有很大一部分熱量是太陽(yáng)的直射得熱,因此隨著每天的太陽(yáng)高度角和方位角的變化,建筑室內(nèi)外溫差也隨著變化,夏熱冬冷地區(qū)的日照強(qiáng)度通常于午間至下午兩點(diǎn)最大,室內(nèi)外溫差也最大,為了減少直射進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)得熱,建筑通常需要遮陽(yáng),通過(guò)建筑遮陽(yáng)可以有效地阻止這部分熱量進(jìn)入室內(nèi),從而減少太陽(yáng)得熱量,同時(shí)避免室內(nèi)眩光。
圖2 場(chǎng)地風(fēng)向研究(圖片來(lái)源:項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)繪制)
南方傳統(tǒng)建筑為了實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng),衍生出了多種形式,騎樓是南方傳統(tǒng)民居實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)的一種常見(jiàn)模式。它臨河沿街,在河沿的廊柱間設(shè)有長(zhǎng)條凳,形成一條給住戶(hù)及路人遮風(fēng)避雨、歇腳蔭涼、人際溝通的水式街廊。過(guò)街樓是另一種形式,實(shí)現(xiàn)了借空間不礙交通,既將街兩邊的樓房連成一體,又實(shí)現(xiàn)了遮陽(yáng)效果。
(6)建筑形式與文化傳承
傳統(tǒng)江南建筑氣候適應(yīng)性生態(tài)文化歸結(jié)為“組群”“廊橋”“屋頂”“材料”四大要素。
圖3 屋頂花園、垂直綠化、建筑間連廊組合的空間效果圖(圖片來(lái)源:項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繪制)
建筑布局上,江南地區(qū)傳統(tǒng)建筑以組群和院落的形式為主,建筑族群通常臨水而建,跨河建橋,濱水建榭,亭榭之間有廊相連,充滿著詩(shī)情畫(huà)意?,F(xiàn)代園林和各類(lèi)科技園區(qū)的建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)也多借助傳統(tǒng)建筑的布局手法,通過(guò)水系來(lái)營(yíng)造微氣候環(huán)境,臨水建亭和休閑平臺(tái)等。
建筑形式上,江南地區(qū)傳統(tǒng)建筑有徽派四水歸堂式建筑、合院式建筑、干欄式建筑等。通過(guò)各地區(qū)的多元文化的交流、碰撞,產(chǎn)生了豐富的聚落組織模式和建筑形態(tài),但隨著現(xiàn)代人們生活方式的轉(zhuǎn)變和生活質(zhì)量的提高,江南傳統(tǒng)建筑的型制和空間也逐漸有了較大的轉(zhuǎn)變,如利用現(xiàn)代鋼和玻璃材料打造傳統(tǒng)建筑禮制空間的南京大報(bào)恩寺以及利用傳統(tǒng)木材打造的類(lèi)似園林亭榭空間的茅洲河碧道工程驛站。
建筑材料上,江南地區(qū)由于多雨潮濕,建筑設(shè)計(jì)注重保溫隔熱、遮陽(yáng)、通風(fēng)、防潮與防水,這些性能決定了建筑內(nèi)部空間的舒適性和建筑的節(jié)能率。傳統(tǒng)建筑以磚石為主,屋頂通常采用鋼木結(jié)構(gòu),輕盈又環(huán)保,通過(guò)騎樓、回廊和廊橋形成各式各樣的灰空間,創(chuàng)造宜人的微環(huán)境。
南京屬于北亞熱帶濕熱氣候,夏熱冬冷。夏季主導(dǎo)風(fēng)向是東風(fēng)和東南風(fēng),冬季主導(dǎo)風(fēng)向是西北風(fēng),最大風(fēng)速不超過(guò)7m/s,平均風(fēng)速是4m/s。為了適應(yīng)氣候特征,本項(xiàng)目建筑布局充分考慮風(fēng)向和風(fēng)速的影響,力求各棟建筑夏季可以實(shí)現(xiàn)穿堂風(fēng),冬季又可以抵御寒風(fēng),并避免形成風(fēng)漩渦。因此通過(guò)將超高層和高層建筑布局在場(chǎng)地北側(cè),將小高層建筑布局在場(chǎng)地南側(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)冬季寒風(fēng)的阻擋,同時(shí)打開(kāi)東南側(cè)建筑界面,形成開(kāi)口,使夏季風(fēng)可以通過(guò)。
根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于夏季工況的要求,建筑周邊有人活動(dòng)的區(qū)域不應(yīng)出現(xiàn)風(fēng)渦旋或無(wú)風(fēng)區(qū)。本項(xiàng)目通過(guò)合理的建筑布局,夏季可以形成有效的巷道風(fēng),通過(guò)風(fēng)環(huán)境模擬,項(xiàng)目人行區(qū)域無(wú)風(fēng)漩渦且不會(huì)出現(xiàn)無(wú)風(fēng)區(qū)。
夏熱冬冷地區(qū)的建筑在夏季需要充分利用自然通風(fēng)獲得良好的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境,形成合理的窗內(nèi)外表面風(fēng)壓差,從而確保開(kāi)窗時(shí)良好的通風(fēng)效果,形成較好的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。
4.2.1 建筑空間調(diào)節(jié)策略
夏熱冬冷建筑應(yīng)優(yōu)先綜合采用遮陽(yáng)、采光、隔熱、通風(fēng)等被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)措施。
本項(xiàng)目通過(guò)底層架空、有蓋開(kāi)敞連廊、屋頂花園、建筑連廊、遮陽(yáng)花架、空中花園等設(shè)計(jì),創(chuàng)造多重層次的建筑過(guò)渡空間,起到很好的遮陽(yáng)作用;設(shè)計(jì)中也充分利用了植被遮陽(yáng):在建筑地面、建筑立面、建筑屋面分別形成了綠園、綠瀑和屋頂綠色農(nóng)場(chǎng)。
同時(shí)將建筑朝向偏東方向,避免南向陽(yáng)光直射。中心花園的水景可以改善地面的微氣候,室內(nèi)中庭的設(shè)計(jì)又可以增強(qiáng)室內(nèi)的通風(fēng)效果。
圖4 項(xiàng)目建筑BIM 圖(圖片來(lái)源:項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繪制)
圖5 裙樓設(shè)計(jì)理念(圖片來(lái)源:項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)繪制)
4.2.2 高熱工性能的建筑材料
通過(guò)采用新技術(shù)和新材料,降低熱工性能薄弱的透光幕墻的太陽(yáng)得熱系數(shù)和傳熱系數(shù)等,減少炎熱夏季建筑室內(nèi)的直接太陽(yáng)得熱和輻射得熱,營(yíng)造舒適的熱環(huán)境。
本項(xiàng)目采用的高性能三銀系列玻璃幕墻系統(tǒng)比傳統(tǒng)玻璃幕墻系統(tǒng)的熱工性能可以提高30%以上,在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外建筑空間觀感的基礎(chǔ)上,充分利用天然光源,改善大進(jìn)深、大空間辦公建筑的室內(nèi)光環(huán)境,實(shí)現(xiàn)綠色辦公的良好光照。
4.3.1 空調(diào)系統(tǒng)
項(xiàng)目公共部分大空間區(qū)域采用地埋管加冷卻塔的地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)。
超高層T1 號(hào)樓在第二個(gè)避難層以下4 ~23層、高層T2 號(hào)樓在4 ~12 層采用地埋管加冷卻塔復(fù)合水冷多聯(lián)機(jī)系統(tǒng),總部辦公采用風(fēng)冷多聯(lián)機(jī)系統(tǒng),由總部辦公業(yè)主根據(jù)工作需要自行控制運(yùn)行模式。建筑公共部分空調(diào)形式為水冷媒空調(diào)系統(tǒng),分各個(gè)不同的版塊區(qū)域采用能量表單獨(dú)計(jì)量。辦公室內(nèi)設(shè)置單獨(dú)新風(fēng)系統(tǒng),設(shè)置獨(dú)立的新風(fēng)室外機(jī),配合單獨(dú)區(qū)域的高靜壓新風(fēng)內(nèi)機(jī)來(lái)滿足室內(nèi)新風(fēng)的需要。在人群密集場(chǎng)所設(shè)置CO2濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。
采用水冷媒帶熱回收功能的高溫地源熱泵機(jī)組(制冷、制熱、蓄冰)和一臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組(調(diào)峰)組成。冬季運(yùn)行開(kāi)啟1 臺(tái)熱泵機(jī)組制熱模式滿足采暖要求,夏季運(yùn)行開(kāi)啟2 臺(tái)熱泵機(jī)組、2 臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組(調(diào)峰)模式來(lái)滿足空調(diào)制冷的要求,同時(shí)預(yù)留生活熱水接口。地源熱泵主機(jī)及水冷多聯(lián)機(jī)采用閉式冷卻塔輔助散熱,磁懸浮冷水機(jī)組采用開(kāi)式冷卻塔輔助散熱空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)工況下的供回水溫度:生活熱水在冬、夏季空調(diào)季節(jié)由機(jī)組部分熱回收制取,非空調(diào)季節(jié)直接開(kāi)啟一臺(tái)熱泵機(jī)組制取生活熱水。
4.3.2 給排水系統(tǒng)
項(xiàng)目采用轉(zhuǎn)輸水箱+變頻加壓供水系統(tǒng),變頻加壓供水設(shè)備中,變頻器配置與加壓供水泵一一對(duì)應(yīng);地下一層熱水機(jī)房地源熱泵夏天熱回收1533kW。
項(xiàng)目采用一套雨水收集處理回用設(shè)備,雨水處理后統(tǒng)一供給回用。雨水收集、處理后用于綠化澆灌及道路澆灑。雨水處理工藝:初期雨水棄流-回收池沉淀-過(guò)濾-消毒-清水池。雨水回收池660m3,雨水清水池10m3,雨水處理量為15m3/h,雨水回用量為1809m3/a,年徑流總量控制率80%。雨水收集面積約為22369m2,約占整個(gè)地塊面積的54%。雨水回收處理后排入清水箱,用于綠化澆灌、道路澆灑以及地庫(kù)地面沖洗。
利用地塊內(nèi)部土壤滲透性能較好,地下水埋深也適合雨水下滲的特點(diǎn)。充分利用場(chǎng)地內(nèi)綠地、土壤的凈化能力,使園區(qū)雨水徑流經(jīng)土壤滲透后進(jìn)入地層,涵養(yǎng)地下水,達(dá)到有效削減城市地表徑流污染負(fù)荷。采用的低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)有:(1)植生滯留槽。(2)下凹式綠地。(3)植草溝。(4)透水路面。(5)雨水調(diào)蓄池660m3。通過(guò)以上措施可以使本工程實(shí)際年徑流控制率達(dá)75%,面源污染削減率達(dá)78.2%。
4.3.3 電氣系統(tǒng)
項(xiàng)目設(shè)置有綜合能源管理系統(tǒng),解決基礎(chǔ)能耗數(shù)據(jù)的智能化、自動(dòng)化、可視化、可量化的采集與存儲(chǔ),并提出能耗管理獎(jiǎng)懲方案,從而降低能源使用費(fèi)用,為建立節(jié)約型社會(huì)發(fā)揮作用。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的能源管理云平臺(tái)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備數(shù)據(jù);可以實(shí)時(shí)反饋能耗折標(biāo)及碳排放等數(shù)據(jù)。
本項(xiàng)目由業(yè)主推動(dòng)實(shí)施項(xiàng)目建設(shè)全周期全專(zhuān)業(yè)的BIM 技術(shù)應(yīng)用,在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各個(gè)階段通過(guò)三維BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的多方案比選和優(yōu)化,指導(dǎo)施工和運(yùn)維。
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)希望實(shí)現(xiàn)將辦公空間與共享平臺(tái)空間、服務(wù)配套空間緊密融合串聯(lián),提供便利高效的工作生活體驗(yàn),促進(jìn)交流與互動(dòng),激發(fā)靈感與創(chuàng)意,打造品牌文化形象,吸引高端企業(yè)和人才,提升區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力。
在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代,數(shù)據(jù)信息是最重要的資源,流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)給予數(shù)據(jù)信息支持的同時(shí),促成了數(shù)據(jù)信息的交換流通、迭代升級(jí),以產(chǎn)生價(jià)值。設(shè)計(jì)從數(shù)據(jù)信息和流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的這種關(guān)系中獲得靈感。辦公塔樓和企業(yè)總部就如獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息處理中心,共享平臺(tái)和服務(wù)配套設(shè)施(有如流動(dòng)網(wǎng)絡(luò))必須給予他們充分的支持,串聯(lián)各建筑并與其緊密融合,才能促進(jìn)互動(dòng)與交流,充分激發(fā)效率和創(chuàng)意,將競(jìng)爭(zhēng)力最大化。
共享配套服務(wù)設(shè)施對(duì)于辦公空間的支持,如同傳遞與承載數(shù)據(jù)信息的流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。本案以此為靈感,以曲線和退臺(tái)的裙樓建筑形態(tài),表達(dá)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)載體,以其串聯(lián)各個(gè)辦公塔樓及總部,打造共享空間,促進(jìn)互動(dòng)和交流,激發(fā)效率與創(chuàng)意。
傳統(tǒng)建筑的設(shè)計(jì)策略及營(yíng)建智慧建構(gòu)了一套完整的綠色建筑體系,為現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計(jì)提供了方法支撐。本項(xiàng)目以氣候適應(yīng)性建筑特點(diǎn)為源頭,通過(guò)對(duì)自然條件、傳統(tǒng)文化等分析,從設(shè)計(jì)階段就采用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)策略,選用地域性材料及傳統(tǒng)建造手法,關(guān)注后期運(yùn)營(yíng)維護(hù),注重資源節(jié)約,實(shí)現(xiàn)低能耗、低碳排,并同時(shí)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的綠色建筑三星標(biāo)準(zhǔn),為“雙碳”目標(biāo)下的江南地區(qū)高密度產(chǎn)業(yè)園區(qū)的綠色建筑設(shè)計(jì)提供良好的示范。