在全球能源短缺和环境受到严重破坏的当下, 发展绿色建筑已成为全球的共识。但是在绿色建筑的具体实践中, 规则和标准体系变得越来越统一, 而很少关注地域差异, 没有真正达到绿色节能的目的。作为建筑师, 我们在创作过程中会积累和总结出一套适宜当地地域特点的解决办法, 来回应气候环境、经济文化、生活习惯等诉求。

广西南宁生态环境科普教育馆项目位于广西壮族自治区南宁市, 这里自然条件优越, 雨水充沛, 但是夏天气温较高, 潮湿的空气导致气候十分闷热, 舒适感较低。项目设计依据我们对绿色建筑的理解, 认为建筑首先应该关注地域的适宜性, 因此在设计之初就充分考虑了当地的气候环境、生活习惯以及当地欠发达的经济条件, 提出了适合本地绿色建筑实践的低成本建设、低成本维护和低成本运营的“三低”原则。但是, 低成本决不能以牺牲生活品质为代价, 在“三低”原则指导下完成的建筑必须同样是高品质且满足人们对高品质生活要求的。以下结合项目实践, 探讨在“三低”原则下实现绿色建筑的可行性。

项目位于南宁市郊区的一个乡村, 建筑面积约1 750m², 结构形式为钢筋混凝土框架结构, 共两层, 总高度为15.1m, 主要用于为政府有关部门普及推广环保科学知识提供展览空间。建筑紧临村庄而建, 为了与周边的民房相呼应, 建筑布局采用了三个坡屋顶的体块错位拼合的方式。场地中保留了水塔等原有建筑物, 尊重场地环境。作为广西中小学生环保教育的教学基地, 起初业主对于项目的定位仅仅是建造一个环保教育展览的建筑空间, 但是建筑师认为展览建筑应与自身的功能特性相符合, 在作为展览空间的同时自身也可以成为展示绿色建筑理念的展品。

我们希望作为绿色建筑, 其可持续的目标首先应该是自身的能耗达到极低的水平。而建筑在使用中的最大耗能来自于空调系统, 因此, 我们首先确定了设计一座“没有空调的房子”的目标, 而且是舒适的、满足现代人们高品质使用需要的房子, 同时也应该满足低成本建设、低成本使用和低成本维护的“三低”绿色原则。设计通过综合组织和运用各种适宜地域的技术和策略, 探讨实现绿色建筑可持续设计目标的途径。

绿色建筑要减少对环境的破坏, 减轻环境的负担, 同时要能够达到最低能耗的要求, 才能实现可持续。根据能量守恒定律, 如果一个绿色建筑能形成一个小的生态系统, 它与外部的交换就会最小, 消耗外部的能量和传播出去的能量也会最小, 其自身的能量就可以在自身的系统内达到最大的平衡, 这样它的维护成本才能降到最低。

为此, 设计提出了“低碳循环生态系统”的构想, 通过小型微生态系统、渗透地面、太阳能光伏发电场、微生物污水处理、小型家庭农场等常见的节能环保技术措施, 将场地内中水系统的组织净化, 供生态示范农业生产和展览参观活动使用;设置了沼气收集系统, 利用废物生产能源, 实现循环利用;同时采用了太阳能光伏发电等绿色发电技术满足展示馆的日常能源需求, 最大限度地实现自我循环。以此形成一个可以自我循环, 并且对周围环境产生最小影响的生态系统。

针对当地潮湿闷热的气候环境特点, 为设计一个没有空调的建筑, 我们以解决建筑通风降温问题为主要出发点, 尝试通过低成本的技术措施进行系统的整合运用, 营造一个完全不用空调的、舒适的、符合“三低”要求的建筑, 以实现建筑的可持续性。

为了降低室内的“热”, 首先要考虑减少室外的“热”进入室内。针对南方夏季烈日暴晒的环境特点, 展示馆的设计采用了特别的种植绿化系统, 在建筑立面和屋面上分别设置有垂直绿墙和屋顶绿化, 进行隔热降温。传统的覆土屋面和种植幕墙系统显然不太符合低成本建设和低成本维护的要求, 因此设计提出了以普通加气混凝土砖作为种植箱的低成本装配式绿化体系。加气混凝土种植箱材质疏松、工艺简单、耐久性好、透水性强、成本低廉。

以模块化的混凝土种植箱代替传统的覆土屋面绿化, 节省了繁复的屋顶构造层次, 装配式的单元模块可以采取错位的布置方式, 减少模块用量, 减小屋面荷载。通过错位空间的缝隙排除积水, 在有利于雨水排放的同时也可以形成富有韵律感的肌理效果, 体现出“透”气的空间视觉效果。错位排布的方式既实现了绿植的全覆盖又减轻了屋面荷载, 加上布置于倾斜的坡屋面上, 有效避免了积水泡根, 增加了浅根系植物的通风透气, 而且灵活组合搭配便于后期的更换和维护。

屋顶绿化和垂直绿墙采用较廉价的滴灌系统, 保证了植物的良好生长, 同时也免除了人工维护。通过实测发现, 由于植物的水分蒸发, 这种种植屋面的隔热效果比常用保温材料的隔热效果更好。

在建筑的入口正面和背面幕墙较多的地方各设了一片垂直绿化湿墙, 通过植物的蒸发作用来实现局部降温隔热, 也减少了从室外传入室内的热量。通过加气混凝土砖的渗透作用从地面向上传递水分, 为植物生长提供条件, 也起到降低入口和周边环境温度的作用。

垂直绿化的构造做法延续了种植单元模块的错位布置方式, 搭建成装配式的垂直绿墙, 砌块错位产生的空隙为植物的生长提供了空间, 也促进蒸发散热, 在美化环境的同时形成一定的微气候, 吸尘降噪, 营造舒适宜人的室外环境。

在炎热的夏季, 南方地区因为温度高、湿度大, 如果空气不流通, 室内就会很“闷”热, 舒适度受到很大的影响。此时就要考虑如何增加通风将热空气快速排走。设计结合一些常用的地域做法, 通过合理的设计整合, 使室内具有良好的通风效果, 以改善室内的舒适度。

为了创造更好的通风条件, 除了通过建筑形体错位产生的一些凹凸变化外, 还在建筑内部适当设置了两个中庭, 减小建筑的进深, 增加了建筑形体表面积, 增大了建筑与室外空气交换的接触面。同时, 由于天井的设置, 其与建筑外部存在的温差会加快空气的流动, 以达到最佳的通风效果, 也让室内有更高的舒适度。

基于热空气上升、冷空气下降的原理, 设计根据室内空间情况对外围护的开窗位置进行合理的调整, 在外围护的最底部和贴近屋顶的位置开窗, 便于室内上部热空气的排出, 引导产生热压气流通风, 有助于形成良好的导风效果, 减少室内的“闷”热感受, 提升热舒适度。

为了室内有更好的通风, 设计还在建筑斜坡屋顶设置了无动力风帽系统, 利用自然风推动风机的涡轮旋转, 在顶部形成抽风效应, 迅速排出室内的热气和污浊气体, 加强室内通风换气的效果。无动力风帽不用电、无噪音, 可持续运转, 是一种效果显著的低成本节能措施。实践证明, 在风帽系统“关闭”和“开始”这两种状态下, 内部的“闷热”感受有着明显的差别。

以上很多技术策略多以改善室内通风为主, 但是在炎热的夏季, 单纯靠通风还是达不到人们生活和工作的品质要求。降低温度使室内外产生温差才是达到室内舒适度要求的关键, 因此需要想办法对空气进行降温处理。但由于设计的初衷是希望大幅度减少能耗, 因此不可能再采用高耗能的空调系统。根据降温需要通过冷媒进行交换的热力学原理, 设计利用土地冬暖夏凉的特性, 从地下取冷, 土壤作为无需耗能的冷媒同时也能提供无限的资源。最终, 我们设计了一套简单的混凝土地下管道系统, 结合夏季主要的风向在建筑架空的阴凉湿地处设置取风口, 并以小风机作为辅助, 将室外的空气导入地下管道系统, 经过地下土壤冷却后再通过地板的风口进入室内, 从而达到降低室内温度的目的。为了使空气的调节效果更好, 设计参考了热交换原理, 将地下管道系统设计为盘管型, 结合结构地梁的布置, 沿着建筑内周环状盘绕, 增加地道的长度, 其目的是使室外的空气能够和地下的冷媒有更多、更长时间的接触, 达到最佳的降温效果, 通过这种策略打造出一套能耗极低的“自然空调系统”。

在项目建成一年的时间里, 我们对建筑的使用适宜情况和舒适度体验进行了跟踪和回访, 经过四个季度的跟踪测量, 对最早提出的可持续绿色建筑的策略设想进行了初步验证。数据表明, 通过各种策略的综合应用, 建筑的使用效果良好, 特别是地埋管道系统的调温效果明显。

通过主动式降温措施的系统运用, 使建筑内部保持适宜温度。在整个系统的正常作用下, 室内外平均温差6℃, 最大温差9℃, 满足夏季室内常规的降温需求, 每小时耗电量较常规方式减少约108kW·h, 建筑能耗明显降低。

绿色建筑不是技术的无限堆叠, 而应该是建筑师对解决策略的系统考虑和统筹运用。根据不同地域的经济文化、气候环境、技术条件等的不同, 汲取当地的生活经验和常识, 寻找适宜的解决办法, 才能真正实现绿色可持续的目标, 让绿色建筑更具生命力。

业主:南宁市盛都城市开发有限公司

建设地点:广西壮族自治区南宁市西乡塘区

建筑设计:华蓝设计 (集团) 有限公司

项目负责人:庞波

设计团队:郑霁雯、庞少华、苏波、冯广力、谭慧玲、陈俊廷、英姿、容泽康、赖盼、赖玲利、付帅华、安忠林、张家明、周斌、黄伟鹏

总建筑面积:1 793.73m²

建筑高度:15.1m

设计时间:2015.08～2016.03

建成时间:2018.01

摄影:章鱼建筑摄影