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雙碳，即碳達峰與碳中和的簡稱。雙碳，即碳達峰與碳中和的簡稱。2020年9月中國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。7月16日，全國碳市場正式開市。2021年12月13日，入選“2021年度中國媒體十大流行語”。2021年12月20日，入選2021年度十大流行語、2021年度十大新詞語。2022年1月4日消息，入選《中國名牌》評出的2021年度品牌十大熱詞。
建筑業的碳減排和碳中和發展程度對我國實現“雙碳”目標有重大影響，因此推廣綠色低碳建筑刻不容緩。建筑業是我國實現碳達峰、碳中和目標的主戰場。未來，建筑業如何實現“雙碳”目標，是擺在建筑從業者面前的重要課題。
在繁榮時代背景下，建筑早已不僅僅是“實用功能的靜態呈現”，而是創作者結合各方條件表達出的“城市雕塑”或“個性名片”。建筑師往往會賦予建筑多重的含義。建筑的本質是空間，空間設計合理是建筑應具備的初級條件，設計師深入地思考并平衡多方條件選取出最優的空間方案。
建筑早已不再局限于建筑本身，而是更加側重處理人與空間的關系。建筑的魅力與生命力在于建筑師的創作追求，綠色低碳的理念應當融入建筑師的血液中。這樣的創作思維可避免建筑創作與建筑綠色技術出現“兩層皮”的情況，有助于設計更綠色、低碳。
根植于我國西北地區的建筑師，根據地域性的氣候特點，應考慮建筑耗能等問題：考量建筑布局的合理性;在不同季節平衡對陽光的利用與規避;充分挖掘清潔能源及其循環使用;對外圍護結構體形系數與氣密性進行精細化設計等。
本文將以兩個實際工程為例，回顧設計團隊在西北地區氣候特征條件下，在低碳技術指導下進行的建筑創作思考，尋找低碳技術在不同氣候條件下，不同類型項目中，不同空間需求中，追求建筑高性能化的路徑，從而探尋建筑豐富多彩的生命力。
1 主動式建筑設計策略——陜西省灃西新城游泳館
游泳館項目業主在提出游泳館設計任務書時，除了提出相關技術指標的要求外，還希望游泳館在西安市冬冷夏熱的氣候特點下保持恒溫并陽光充足，保證使用者在室內暢游時不被季節與溫度限制。同時，為迎合西北地區的氣候特點，西北體育建筑通常為空間較為封閉、形體厚重、開窗較小的造型傳統。因此，打破西北地區原有體育建筑呆板造型和室內空間封閉的特點，營造出動感的線條，開放的視野，使建筑與自然充分交互，成為本次設計的著眼點。
灃西游泳館外景
灃西游泳館室內
作為常年參加游泳鍛煉的游泳愛好者，筆者立刻領會了業主的意圖：在北方寒冷的冬天，游泳者能在有陽光的泳道上游泳，其體驗感更佳。所以，在設計之初筆者團隊便設立了目標：追求室內場館空間的仿自然屬性;追求運動中人的身心愉悅感，追求光隨影動的自然水域體驗感。筆者團隊希望這是一個冬季可以陽光覆蓋全泳道的游泳館，徹底擺脫運動場館封閉的傳統模式，但游泳館是一個相對不易處理的建筑空間，防冷恒溫、通風除濕等往往是其能耗痛點，傳統的被動式措施也并不適合這樣的建筑空間。
經過反復論證，筆者團隊最終選擇了主動式建筑路徑，即追求建筑的“呼吸”性能——建筑可以自我感知，自動調節，具備能動性，讓項目成為一座可“呼吸”的場館。項目建成后的實際能耗尚待跟蹤監測，但毫無疑問這是一座超低能耗游泳館：池水在陽光下波光粼粼，水波蕩漾，微風拂面，有種自然水域中光隨影動的美好。該項目獲得了國內第一座近零能耗游泳館建筑認證和中國第一個體育場館類AH國際認證。
灃西新城游泳館是全民健身綜合游泳運動館，也是少有的懼冷、不懼熱建筑空間。灃西新城游泳館充分利用這一空間使用特性，巧妙利用陽光房效應、主動蓄熱、自然通風等手段解決游泳館面臨的制熱、除濕、除熱等能耗痛點，讓場館室內空間在春、夏、秋三季的大部分時段內自然且“呼吸”可控，從而徹底避免空調的高能耗。項目大量運用清潔可再生能源解決冬季采暖、淋浴水加熱、泳池水加熱等主要高能耗問題，不再需要對圍護結構加大建設投入的情況下，實現零能耗，甚至產能的設計訴求。
灃西游泳館通透的立面效果1.1 “以人為本”的核心設計理念本文從建筑的氣候適應性、舒適度設定及場館使用者體驗等方面出發，對項目進行分析。設計團隊通過日照模擬分析確定項目最優的朝向布局，采用“溫度分區法”進行平面空間布置，結合精心設計的透光斜屋面采光體系，利用陽光房的集熱效應，確保冬日陽光覆蓋泳池八條泳道，最大限度地讓冬季太陽輻射得熱被泳池空間存儲利用。
常規游泳場館空間獨立，相對封閉，自然通風不足。根據游泳館的使用屬性，項目盡量采用被動的自然通風方式，追求自我感知、主動調節、自然呼吸的自然水域體驗感，追求低能耗、高品質的空氣質量體系。
灃西游泳館中陽光下的泳道
灃西游泳館開窗
1.2 量體裁衣的主動式建筑能耗策略設計不追求極致節能，提倡能源效率與環境可持續保持平衡，即采用能效平衡策略，追求具有適宜性的外圍護措施，規避高性能外圍護結構指標下造價成本過高的情況，在追求健康、舒適基礎上，保持能源效率的平衡。
建筑形體簡潔，體型系數達0.15。設計提升南朝向的窗墻比，減少北朝向的窗墻比，以提高太陽得熱系數。圍護結構結合鋼結構，以及金屬面巖棉夾芯一體板外掛體系;外窗及玻璃幕墻采用高性能被動窗(斷橋鋁合金雙銀Low-E+12 Ar+6 mm+12 Ar+6 mm，傳熱系數1.550 W/㎡，K<1.60，太陽得熱系數為0.280);為防止夏季太陽直射輻射過強，在南向幕墻和屋頂天窗部分均設置了可調節的電動遮陽簾。
在氣密性方面的設計中，項目外墻采用全裝配式建造體系，整體密閉性強，金屬幕墻板內外側接縫處、金屬屋面板鄰水側接縫處，以及所有穿透金屬幕墻板的連接螺釘均進行專用的氣密性處理，保證關窗下的場館氣密性要求。
結合游泳館夏季不怕熱的特點，項目在南側幕墻、北側高窗及屋頂天窗均設置電動開啟窗，有利于形成穿堂風，與室外空間形成對流，自然通風換氣次數達19次/h以上。夏季閉館時，工作人員開啟電動窗系統通風除濕，清晨時工作人員關閉窗系統集熱蓄熱，以達到室內的溫度需求，有效消除室內余熱、余濕及有毒氯氣;春、秋兩季，游泳館利用空間的可呼吸性能，實現自然通風換氣場館自然呼吸系統除濕(極端天氣除外);冬季，游泳館利用陽光房的集熱效應，讓陽光轉變成熱量，在空間和池水中，提升游泳館的室內環境溫度和舒適度，并采用地敷采暖，根據天氣狀況有選擇地開啟熱泵空調系統，最大限度地降低系統制熱能耗。
1.3 多能互補的清潔能源策略項目采取干熱巖系統進行日常能源供給，中深層地熱不僅可以作為游泳池水的加熱系統熱源，亦作為沐浴生活熱水的預熱系統，有效降低輔熱熱泵機組功率，降低場館能源消耗。空氣源熱泵系統作為補充，設多功能除濕熱回收熱泵系統，通過轉移、回收和綜合利用能量，實現空調、除濕和池水加熱的功能，做到“一機三用”。此外，游泳館在南向斜坡屋面設置太陽能光伏系統，鋪設光伏板，面積為2 800 ㎡，年發電量約49萬度并采用多能互補的清潔能源策略，節約了傳統能源消耗量，大幅減少了建筑運行產生的碳排放。
1.4 可循環利用的水資源項目結合自身用水特點，在室外設置了體積為300 m3的收集水池——可收集雨水用于泳池反沖洗，放空排水，還設置了屋面天窗自清潔循環系統，循環利用非傳統水源。該系統通過變頻加壓供水設備，將非傳統水提升至天窗進行自動沖洗;利用優質雜排水打造中水回用系統，解決場館沖廁用水的問題;利用非傳統水進行室外綠化澆灌及道路沖洗，達到節約水資源目的。
1.5 追求全壽命周期的低碳訴求游泳館通過被動式設計，大幅度降低建筑供熱、供冷的用能需求;通過主動技術措施大幅度提高能源設備與系統的效率;充分利用可再生能源，用最少的能源消耗提供舒適的室內環境，最終達到近零能耗建筑的能效指標要求。此外，游泳館采用裝配率可達到91.77%的鋼結構技術建造，追求高集成化、一體化、免濕作業的建造訴求，追求全壽命周期建造及運行的低碳訴求，最終成為全國首個近零能耗游泳館。該項目獲得首個AH國際認證的體育場館類建筑、首個陜西省AAA級裝配式建筑。
灃西游泳館鳥瞰
灃西游泳館綠色技術示意圖
2 近零能耗建筑設計技術路徑——西安際華園滑雪場
西安際華園滑雪場項目開始于2017年，總建筑面積約為54 000 ㎡，場館由室內滑雪場、多功能綜合健身訓練館、服務區及配套設施組成 。當時，國內在公共建筑高性能的標準上尚不完備，僅有《被動式超低能耗綠色建筑技術導則(試行)》(居住建筑)標準。2020年，業主在工程主體已部分施工的情況下，對場館內部做出調整，將原滑雪場改為滑雪場和國際真冰館(短道速滑館)兩個主要場館。
隨著2022年北京冬季奧運會全民滑雪熱潮的興起， 以及鰲山滑雪場拉動西安市周邊地區旅游服務業態的蓬勃發展，滑雪場借勢擴容升級。2019年國家頒布了GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術標準》，西安際華園為項目打造高性能建筑帶來了契機。滑雪場和速滑館在造雪、制冰及維護方面能耗都很高，打造超低能耗，甚至零能耗建筑，可以徹底解決未來場館淡季運營的能耗痛點。
滑雪場的構造很特殊，原設計采用了內膽式高性能圍護結構體系，場館巨型屋面剛好是南向光伏的最佳角度，同時滑雪場和速滑館本身具有多能、互補的可行性，這些特性和機緣讓這座規模超大的體育建筑的零能耗設計成為可能。
遲到的改變成就了場館最終的高性能設計。該項目于2021年獲得了國家近零能耗建筑認證，也是目前國內獲得認證的、規模最大的體育場館。西安際華園滑雪場項目的清潔能源利用率非常高，達到了90%以上，所以設計團隊期待其建成后成為國內最大的零能耗體育建筑。
西安際華園滑雪場鳥瞰
西安際華園滑雪場近景
2.1 復雜空間下多性能的大型冰雪運動場館空間設計
西安際華園滑雪場是集室內滑雪、室內滑冰、運動休閑及生活配套于一體的多功能大型場館建筑，呈現出功能類型多、空間跨度大、結構超限復雜、性能需求差異大、運行能耗高等特點：項目結合場地設計，針對滑雪場雪道的特點，基于空間利用最大化原則，將多功能健身訓練館和設備用房布置在滑雪區底部，將真冰場布置在滑雪區南側，使其與滑雪區在功能上形成呼應，將配套酒店布置在項目朝向和日照最好的南側，最終形成了既相互關聯、又相互獨立的平面布局。
2.2 大跨度結構設計及體型系數與窗墻比控制
場館大尺度的空間特征對熱能耗影響最為明顯，過大的建筑外表面面積，極大增加了建筑供冷與供熱能耗。項目分為鋼結構及鋼筋混凝土體系(輔助用房為鋼筋混凝土框架結構，國際真冰館為鋼排架結構，多功能綜合健身訓練館為“鋼筋混凝土框架—抗震墻”結構，滑雪場屋蓋為鋼桁架結構)。建筑形體簡潔，設計體型系數僅為0.10，避免建筑呈現不必要的凹凸。較小的窗墻比(東、南、西、北向窗墻比分別為0.05、0.01、0.01、0.03)有利于降低能耗，也便于節點設計兼顧采光要求，從而實現建筑節能最優化設計。
西安際華園滑雪場立面開窗比控制
西安際華園滑雪場雪道
2.3 適宜的建筑保溫構造場館使用具有間歇性及短期內負荷急劇增長的特點，而設備的介入則無形中增加了建筑的能耗。項目著重提高了建筑保溫性能，減小建筑的制冷能耗，使建筑本體具有適應室外氣溫波動的能力，從而減少對設備輔助的依賴。
圍護結構依據各功能單元的構造“量體裁衣”：室內滑雪場保溫選擇高性能無冷熱橋內膽式保溫系統，保溫材料采用225 mm厚的保溫裝飾一體板(芯材50 mm巖棉+125 mm聚氨酯保溫板+50 mm硫氧鎂板);室內真冰場非承重外圍護結構采用280 mm厚的巖棉復合保溫板(AB型);配套設施區及多功能訓練館采用復合自保溫砌體(290 mm自保溫砌塊+150 mm巖棉)。該設計提升了建筑圍護結構的保溫隔熱性能和氣密性能，減少了建筑的熱損失。
外窗均采用三層高性能被動式鋁木復合窗(5+12 Ar+5Low-E+12 Ar+5Low-E)，傳熱系數為1.0 W/㎡·K，遮陽系數為0.32，熱工性能遠高于現行節能標準要求，在滿足采光要求情況下，可最大限度地降低夏季空調負荷。
2.4 不同功能單元的氣密性及無熱橋專項設計本文依據建筑不同功能單元、用能情況，將建筑分為四個氣密單元。外側防水鋁板、抹灰層、硬質的材料板、氣密性薄膜等相當于常規體系的防水透氣膜，內側設粘貼密實的防水隔汽膜，整體構成連續氣密層并包圍整個外圍護結構，形成閉環，確保整體氣密性良好。另外，項目對易產生熱橋的部位均設計了相應的處理方式及節點做法，最大限度地減少了熱橋對建筑節能及舒適度的影響。
2.5 特殊功能需求下的空調系統設計項目的功能需求特殊。室內滑雪場的室溫需要常年維持-3℃，其余區域需要兼顧采暖和空調需求，因此合理選擇暖通空調機組，是項目實現近零能耗的一個核心問題。項目根據建筑布局和功能特點，獨立設置服務區、雪場區及運動區的冷熱源系統：服務區站房位于對應屋面專用機房;運動區站房位于五層設備夾層專用機房內;雪場區滑道下方設有專用站房。
2.6 結合建筑屋面設置太陽能光伏發電系統利用滑雪場接近10?的傾角屋面及周邊無遮擋的太陽輻射優勢，項目采用了太陽能光伏建筑一體化設計，選用高效的單面單晶硅組件。光伏方陣采用沿屋面豎向平鋪的布置方式，平鋪面積達到11 300 ㎡;年平均發電量約為222.4萬度，既能節能減排，又能充分利用可再生清潔能源。
2.7 全壽命周期的近零能耗節能效果通過對項目能耗模擬的分析，本文得到結果：建筑本體節能率為31.33%，建筑綜合節能率為99.86%，可再生能源利用率達到93.53%，各項能效指標遠高于寒冷地區近零能耗公共建筑要求;經估算，項目采用近零能耗技術體系設計建造后，年節約能耗為3 241 000 kw·h，按照建筑全壽命周期運營50年計算，累計可節約1.62億度電，節能減碳示范效果顯著。
西安際華園滑雪場綠色技術示意圖
實現建筑零能耗成為全球建筑節能的發展趨勢。在“雙碳”目標下，無論建筑設計本身，還是不斷涌現的綠色建筑技術，都勢必影響未來建筑的發展。建造好的綠色建筑并不在于使用了多少綠色低碳技術，堆砌過多的綠色技術，反而使綠色建筑成為披著綠色皮膚的高能耗建筑。綠色建筑需要以人為本，關注使用者的感受，要量體裁衣，建設美觀、節能、功能完美結合的建筑。
在西北地區的氣候條件下，建筑項目因其功能和空間特點的差異，以及人們在使用需求上的不同，都需要采取不同的低碳技術策略。例如，游泳館空間需要保持溫暖，而滑雪場和真冰場則需要保持低溫。游泳館可以通過強化自然通風來降低除濕能耗，而滑雪場和真冰場則需要盡量減少通風量以降低能耗。因此，建筑師需要根據不同空間的使用特點，制定相應的技術策略。同時，他們還需要充分考慮當地的氣候條件特征，尋找最合適的綠色技術，將建筑藝術和綠色低碳技術完美融合，以應對當前面臨的機遇和挑戰。
