高速公路服務區(qū)低碳設計指標體系及應用研究

□ 彭亞濤 池雪雷 2 閻西康 徐 良 王世超

“碳中和”和“碳達峰”是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略部署。為了推動高碳排放量產(chǎn)業(yè)之一的交通運輸業(yè)加快建設以低碳為特征的交通運輸體系，高速公路服務區(qū)需要以更高標準進行低碳理念設計和建設。目前有關高速公路服務區(qū)環(huán)保建設的研究很多，但是大多數(shù)都將焦點集中在節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材等傳統(tǒng)的綠色理念上，而從碳減排的理念上研究高速公路服務區(qū)設計的研究很少。筆者在目前已有文獻和規(guī)范的基礎上，構建了以低碳理念引導的高速公路服務區(qū)設計指標體系，筆者選取以京雄高速公路河北路段的白溝服務區(qū)為例，進行低碳設計效果驗證，并提出高速公路服務區(qū)的低碳設計策略。

一、高速公路服務區(qū)低碳設計指標體系構建

構建高速公路服務區(qū)低碳設計指標體系，一方面要考慮碳源的產(chǎn)生，根據(jù)含碳氣體產(chǎn)生的來源，從源頭采取措施減少碳排放；另一面是從人類本身的生產(chǎn)活動入手，引入新技術或新能源，主動進行碳減排。

1.碳源分析

新的服務區(qū)建設絕大多數(shù)都會對原有的生態(tài)環(huán)境造成破壞，尤其現(xiàn)代建設在施工中投入大量施工器械。一方面，對當?shù)氐耐寥澜Y構和原有綠植造成破壞；另一方面，機械在運行過程中也會消耗大量能源，排放污染性尾氣。

建設過程中需要考慮施工材料、施工機械的運輸；運營過程中需要考慮水和電的接入位置以及服務區(qū)正常經(jīng)營過程中的能源消耗。主要是由于服務區(qū)的生產(chǎn)活動所消耗的一些能源，如照明、空調制冷、供暖通風中所消耗的電能及化石能源。這些能源在生產(chǎn)和消耗過程中會產(chǎn)生大量的含碳氣體，是主要的碳源。

2.碳減排途徑

在能源利用方面，盡可能因地制宜，根據(jù)當?shù)氐牡乩項l件應用太陽能、風能、地熱能等清潔能源；優(yōu)化照明布局和通電線路設計，燈具使用節(jié)能燈；優(yōu)化供暖、通風和空調工程設計線路，避免設備工作面交叉造成的能源浪費，并優(yōu)化設備選型。

在建筑設計上，根據(jù)當?shù)氐娜照諚l件和風向條件，合理選擇建筑朝向，增強采光通風的效果。在建筑體形系數(shù)上進行優(yōu)化。有研究結果表明建筑的體形系數(shù)對建筑能耗的影響很大，一般情況下，體形系數(shù)每增加0.1，住宅的采暖能耗增加10%～20%。

在服務區(qū)整體規(guī)劃上，應充分考慮汽車進入服務區(qū)的流暢度問題。對一些服務設施（如加油站、汽修廠、停車場、廠區(qū)道路等）的位置進行合理規(guī)劃，減少汽車等待期間的碳排放。

3.指標體系構建

綜合考慮碳源和碳減排兩個角度，并結合現(xiàn)有的一些文獻和規(guī)范標準，選取因地制宜、能源低碳利用、建筑設計、規(guī)劃設計等4 個方面的14 個指標構建高速公路服務區(qū)低碳設計指標體系，如圖1 所示。

圖1 高速公路服務區(qū)低碳設計指標體系

二、實證分析

通過建立服務區(qū)低碳設計指標體系，結合《河北省公共建筑節(jié)能設計標準》DB13（J81-2016）、《建筑照明設計標準》（GB50034）等國標和地標，對京雄高速河北路段的白溝服務區(qū)進行評估，研究白溝服務區(qū)在各項指標上是否滿足低碳要求。

1.因地制宜

白溝服務區(qū)地處保定市東北方向，距離白溝鎮(zhèn)約6 公里，日常物資采購比較方便，且緊鄰榮烏高速和京雄高速的交匯處，并與地方公路相交，車流量很大。

在服務區(qū)原址生態(tài)保護上，不但對適宜植物生長的原址表層土進行了回收利用，而且對原有的一些高大樹木進行了移植保護，其他一些植被和水域也采取了措施進行保護，以維持場地內外生態(tài)系統(tǒng)的整體性和連續(xù)性。

白溝服務區(qū)設計綠化率為35%，高于規(guī)范要求的30%。在綠植建設方面，考慮到植物適應性的問題，故選擇了適應保定地區(qū)天氣條件和土壤條件的本土綠植種類，并且為植物生存設置了合理的覆土深度和灌溉水量。

2.能源低碳利用

（1）照明系統(tǒng)。服務區(qū)照明系統(tǒng)主要研究室內照明。因為室內照明比較隱蔽，相對于室外照明系統(tǒng)更不易觀察。按照不同設施分別統(tǒng)計白溝服務區(qū)室內照明參數(shù)，見表1 所列。

表1 服務區(qū)室內照明參數(shù)統(tǒng)計

從表中數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，白溝服務區(qū)照明密度最大值在綜合樓的超市和特色商業(yè)區(qū)，照明密度值都為8.03，低于國家規(guī)定的照明密度目標值10，其中，照明節(jié)能效果最好的是在超市區(qū)的休息室，照明密度計算值僅僅為國家規(guī)定標準值的50%，其他設施照明密度也滿足國家規(guī)定，而且白溝服務區(qū)中所有照明光源及配型電子鎮(zhèn)流器均采用節(jié)能型，燈具的功率因數(shù)不小于0.9，所以白溝服務區(qū)在室內燈光低碳設計上效果表現(xiàn)良好。

（2）通風及空調設計。通風系統(tǒng)設計上，通風系統(tǒng)的單位風量耗功率均符合《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189）的規(guī)定。服務區(qū)新風換氣組為全熱回收，設備單位風量耗功率不大于0.24 瓦/（立方米·小時），其中，顯熱回收效率不低于75%。

在空調設備選型上，服務區(qū)多聯(lián)機空調室外機的壓縮機選用變頻渦旋噴氣增焓壓縮機。有研究表明，這種變頻技術與噴氣增焓技術組合使用后的壓縮機，制熱和制冷能力比不帶噴氣增焓的變頻壓縮機時有較大的提高。

（3）太陽能。白溝服務區(qū)所用到的可再生能源主要是太陽能，集中設置在兩處：一處在白溝服務區(qū)東區(qū)超市、廁所的屋頂，設置有4 臺太陽能熱水器，每臺凈容量208 升，集熱器面積2.77平方米，專門用來為公共洗手間提供用水；另一處太陽能熱水器布置在綜合樓二層的樓頂，采用的是太陽能集熱器，朝向南方設置，安裝平面集熱面積達到了156 平方米，若按人均用水量70 升/（人·天），可供24 人正常使用。

（4）綠色材料。白溝服務區(qū)建設中綠色建材的應用比例超過了70%，裝飾裝修工程中工業(yè)化內裝部品達到3 種以上。建筑中鋼材、門窗、電氣電纜均可再利用，而且此類可循環(huán)建筑材料用量達到15%。500 公里以內的建筑材料的重量占總建筑材料的比例達到60%以上，運輸過程中消耗化石能源大大降低。

3.建筑設計

（1）體形系數(shù)。體形系數(shù)是指建筑外圍暴露在空氣中的表面積和建筑實際體積的比值。有研究表明，體形系數(shù)和建筑物的能耗有很大的關系，同地區(qū)的建筑，體形系數(shù)越小，單位體積對應的表面積就小，建筑能耗越低。據(jù)計算，白溝服務區(qū)的綜合樓的外表面積為11 954.79 平方米，建筑體積為46 101.71立方米，體形系數(shù)為0.26，超市的體形系數(shù)為0.3，《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189）中綜合樓類型的建筑的體形系數(shù)限制不超過0.5，所以從體形系數(shù)的角度來說，服務區(qū)整體的保溫效果表現(xiàn)良好。

（2）圍護結構。圍護結構的熱工性能好即保溫性能好，相應在供熱的能源消耗上就越小。白溝服務區(qū)外墻材質為300 毫米厚加氣混凝土墻和100 毫米巖棉的組合，屋面構造為120 毫米鋼筋混凝土板和100 毫米硬質聚氨酯，傳熱系數(shù)外墻為0.29，屋面為0.27。良好的傳熱系數(shù)會顯著減小建筑的能耗。白溝服務區(qū)所處的位置在我國的寒冷劃分等級為寒冷B 區(qū)，相關規(guī)定綜合樓外墻的傳熱系數(shù)不能超過0.5，屋面的傳熱系數(shù)不應超過0.45。服務區(qū)各設施的傳熱系數(shù)都符合國家規(guī)范。

（3）建筑窗戶。門窗對建筑物得熱或失熱影響很大，所以在門窗和墻體之間要選擇合理的窗墻比和門窗材料。白溝服務區(qū)綜合樓和超市外圍窗戶使用的材料和構造都相同，窗框上采用斷橋鋁合金中框，玻璃采用3 層鍍膜玻璃，保證了窗框的耐久性，隔熱性能上也比較有保障。服務區(qū)所有的外窗氣密性均為6 級，窗縫之間的熱量散失、抗風性能、水密性和隔聲效果性能良好。

4.規(guī)劃設計

白溝服務區(qū)東區(qū)受面積限制設施整體布置較密集。比較好的是東區(qū)停車場，大車位采用了斜嵌式布局，節(jié)省空間，而且不容易和前面行駛的車輛發(fā)刮蹭事故。加油站設置在西北方的角上，距停車場較遠，游客停車和加油不發(fā)生沖突。不足之處是大車和小型車輛停車位相對布置，游客想要如廁和購物要通過無障礙停車位和小型車輛停車位之間的一條甬道，盲區(qū)較大，有發(fā)生事故的風險。

西區(qū)的進口和出口設置在服務區(qū)的兩側，進出口的匝道由高速公路直接通到了服務區(qū)后方的停車場，所以其它服務設施的位置并不影響車輛的流動性，設施和車的分離設計良好。西區(qū)的停車場留設停車位的種類很齊全，帶充電樁的車位、無障礙停車位和大車停車位等一應俱全，而且數(shù)量充足。大型車輛車位依舊采用了良好的斜嵌式的布局，并且單獨占了一塊區(qū)域，小型車輛和大車停車位錯位布置，各種類型車輛的分離設計良好，極大程度上避免了各類車輛停車時堵塞和刮蹭事故的發(fā)生。

三、結論及建議

通過建立高速公路低碳服務區(qū)設計指標體系，結合國家相關規(guī)范對白溝服務區(qū)各項標準進行評估，并結合白溝服務區(qū)進行驗證，表明白溝服務區(qū)在低碳設計方面表現(xiàn)良好，但仍存在一些不足之處，據(jù)此提出相關建議。

（1）加強可再生能源利用。目前，高速公路服務區(qū)多注重電能和化石能源的節(jié)約利用，但可再生能源的利用無論是在種類還是在使用量上仍然有很大的提升空間。如何因地制宜，提高可再生能源的占比是一個需要考慮的問題。

（2）優(yōu)化規(guī)劃設計。規(guī)劃設計主要指建筑設施、停車場、綠化和場區(qū)道路之間要合理規(guī)劃布置。車輛等待的時間越短，排放的尾氣就越少。

（3）制定低碳規(guī)范標準。目前，綠色建筑和建筑節(jié)能都有相關的規(guī)范，但低碳方面此類標準很少，對于建筑是否達到了低碳的標準多以前兩者為參考，沒有統(tǒng)一的定論。所以，亟需制定切實可行的低碳建筑評定標準。