綠色學校設計實例——深圳南山外國語學校

牛潤卓 陸軼辰 陳誠 張會福

1 深圳市建筑科學研究院股份有限公司

2 華潤智慧能源有限公司

3 紐約Link-Arc 建筑事務所

如何在高密度的城市環境中營造怡人的學習環境，是建筑設計所努力追求的命題。本文以深圳南山外國語學校科華學校設計為例，探索在城市縫隙中營造良好的學習氛圍。項目地處深圳市南山區華潤城片區，學校規模為九年一貫制學校，用地總面積35654.9 m2，總建筑面積54215.12 m2，容積率1.50。

1 綠色學校設計目標

在城市縫隙中生長是本項目的一大特點，伴隨著大沖村的改造，本項目被周圍高密度的超高層住宅所圍繞（圖1），項目周邊地塊容積率已達到7.0 以上。本項目為九年一貫制學校，需要在3.5 萬m2的用地范圍布置中小學教室、各類專業教室、圖書館、體育館、游泳館、演藝報告廳、教師宿舍樓、中小學學生餐廳、教師餐廳以及專業運動操場等一系列建筑物，用地非常緊張。

圖1 項目所在區位示意（中心部分為項目位置）

故在高密度下營造良好的綠色環境就是本項目需解決的首要問題。其次還要實現綠色建筑三星級的高目標。為解決此問題，利用模擬分析工具精細化布置每一個功能房間，既要保證日照需求，又要留出適當的間距，布置策略如下（圖2）：

圖2 項目建筑布局推演（由紐約Link-Arc 建筑事務所提供）

本項目已獲得國家三星級標識、2019 亞洲建筑師協會建筑獎金獎[1]（B-3 類：公共設施/社區和公用事業建筑），2019 年度世界建筑節大獎[2]建成項目：教育建筑入圍獎）及2020 年度德國設計獎（卓越建筑類別最佳獎）[3]。

2 綠色技術策略

2.1 營造良好的微環境

項目位于城市高密度區域，為減少周邊城市環境對基地的影響，創造適宜的校園環境，項目采用水平和垂直相結合的設計策略，充分利用建筑模擬分析工具優化建筑空間布局，為校園留出綠色的空間。

2.1.1 場地風環境設計

自然通風對于學校而言有著重要意義，因此在整體布局中首要考慮自然通風的實現，項目所在地夏季和過渡季節盛行東南偏東風，風速1.3 m/s。

為實現良好的自然通風，項目在寶貴的場地和建筑內留出了適應微觀風環境的廊道，并利用CFD 分析軟件Phoenics 進行驗證，保證自然風的順利導入，如圖3、4 所示。

圖3 項目典型樓層通風廊道組織

從上述分析可以看出，本項目所設置的通風廊道與室外主導風向能夠較好的結合，可以起到明顯的改善建筑微環境的效果。具體表現在：夏季及過渡季東南偏東風作用下，各人員活動高度的地面人員活動區域通風順暢。滿足綠色建筑[4]相關要求。

圖4 教學樓通風廊道效果分析

2.1.2 場地聲環境設計

本項目位于南山大沖街道，周邊均為高密度住宅，且北側靠近城市快速路沙河西路。為了教學能有良好的學習氛圍，本項目將主要的功能房間放置在建筑內部，如教室等。將教師辦公室、行政辦公放置在建筑外部，從而保證學生有較好的聲環境。

通過CADNA 軟件分析結果（圖5）可見，場地內部聲環境質量良好，場地內人員主要活動區域的環境噪聲滿足國家標準《聲環境質量標準》GB 3096-2008的2 類聲環境功能區噪聲要求，即晝間不大于60 dB(A)，夜間不大于50 dB(A)。

圖5 項目周邊場地1.5 m 高度處聲壓級分布圖

2.1.3 內部光環境設計

受用地影響，本項目建筑布局緊湊。為保證教室及功能房間的采光，本項目在多處開有采光天井，利用房間兩側及天井等多種措施改善自然采光，如圖6、7 所示：

圖6 天井采光示意

圖7 天井自然采光分析

利用ECOTECT 軟件對項目各功能房間，如普通教室、專科教室、歷史教室、美術師法室、音樂暢游室、舞蹈室、行政辦公樓、預留空間、體育館、導師辦公室、德育展示廳、小學生餐廳、中學生餐廳、教師餐廳、宿舍、圖書館及閱覽室等區域進行自然采光分析，93.11%的區域自然采光滿足綠建要求。

2.2 高效設備及設施應用

將建筑與其使用功能的融合，是建筑機電系統設計的首要任務，也是降低建筑能耗的主要保障。本項目全面采用各類高效機電設備，具體如下：

2.2.1 空調系統

項目設置兩種空調系統，其中：籃球場、階梯教室、中學餐廳采用風冷熱泵系統，COP=3.36，冷凍水供回水溫度7/12 ℃。熱水供回水溫度45/40 ℃，末端采用全空氣系統。其余功能房間采用多聯機或風空調，均達到一級能效要求。

因場地局促，籃球場兼做大禮堂功能，位于負一層，為避免梅雨季節的潮氣侵入，項目制定專門的防潮除濕控制策略：室內溫度≤20 ℃時，開啟屋頂風冷熱泵制熱，并開啟排風機；室內溫度＞20 ℃時，選擇性開啟空氣處理機組內循環送風，并開啟新風除濕機除濕。當籃球場不用時，特別是3-4 月份，根據室內濕度參數自動開啟除濕機除濕。

節能運行策略：過渡季節時，全空氣處理機組全新風運行。此外，籃球場還設置CO2監控系統，并與新風系統聯動，防止集會時濃度超標。

2.2.2 電氣及光伏系統

項目全面采用LED 照明燈具，變壓器采用節能變壓器。項目設置高效單晶硅光伏發電系統，組件效率15.89%，裝機容量66.69 kW，設置于初中部屋頂，年發電量6.7 萬kWh。

綜上，經e-QUEST 軟件全年8760 小時模擬分析，項目全年用電約40.82 萬kWh，光伏發電約6.7 萬kWh。按照深圳市強制節能標準計算參照建筑年用電約50.09 萬kWh，本項目用電降幅約31.89%。

2.3 節水措施及海綿城市技術應用

根據深圳市海綿城市相關要求[5]，本項目的徑流總量控制率為70%。

為達到這一目標，本項目采用多種方式消納場地雨水、徑流與污水，將下凹綠地、綠化屋面、透水鋪裝、調蓄池均勻的“塞入”校園各個角落，通過四個匯水分區實現消納雨水，如圖8 所示：

圖8 海綿城市設施布局示意

1）雨水及中水回用系統

項目場地有限，為有效調蓄雨水并實現海綿城市建設，根據高差及分區設置兩處雨水回用系統：一處位于場地東南側，主要用于雨水入滲及回用，容積180 m3；一處位于場地東北側，容積200 m3，均采用“過濾+消毒”工藝，采用地埋式一體化水處理設備，年累計雨水回用量為3186.2m3，占比81.05%。

另外，為消納建筑內污水，項目自建中水回用系統，原水水源為小學生餐廳，中學生及教師餐廳的廚房排水，供初中部、綜合樓沖廁使用。最高日用水量為42 m3/d，中水處理采用MBR 膜工藝；全年中水用量為11625 m3，占比51.97%。

2）透水鋪裝及綠化屋頂

項目采用地面綠化（占地6050 m2）、屋頂綠化（4409 m2）、下凹式綠地（606 m2）及雨水調蓄池（調蓄容積）等措施降低雨水徑流，綜合徑流系數為0.578。

3）全部采用1 級節水器具

通過以上措施，最終設計調蓄容積為795.4 m3，高于《深圳市海綿城市規劃要點和審查細則》的644.8 m3的要求。

3 結論與建議

本項目共投入圍護機構節能設計、高效空調設備、光伏發電、中水回用、雨水回用、物理環境分析、BIM技術、室內污染物監控、構件外遮陽、節水器具等20 多項綠色技術，滿負荷運行后預計年節約運行費用約68萬元。

在高密度的城市建設下營造良好的微環境已成為越來越多的設計問題，本文通過項目實踐驗證了高密度下營造綠色學校的可行性，并為高密度下綠色學校建設提供經驗借鑒。