“雙碳”目標下夏熱冬冷地區(qū)綠色產(chǎn)業(yè)園建筑設(shè)計策略
——以江蘇省南京市江北新區(qū)軟件園超高層產(chǎn)業(yè)園區(qū)項目為例

文／肖魯江 南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計咨詢有限公司 董事長

張金水 南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計咨詢有限公司 副總建筑師

引言

2030 年實現(xiàn)碳達峰、2060 年實現(xiàn)碳中和是中國向世界作出的莊重承諾，“雙碳”目標勢必對未來社會及城市的經(jīng)濟生活產(chǎn)生深遠影響。通過相關(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。因此如何通過建筑設(shè)計，采用綠色建造技術(shù)減少建筑物運行階段、建造及拆除階段、建材生產(chǎn)及運輸階段三個重要環(huán)節(jié)的碳排放，對實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要的現(xiàn)實意義。

1 項目概況

項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)管理委員會規(guī)劃和自然資源局工程建設(shè)項目規(guī)劃條件《寧江北規(guī)劃資源條件（2020）00093 號》 文件，項目用地性質(zhì)為B29a 科研設(shè)計用地，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、常六級二等人員掩蔽部及固定電站。

項目地上共有八個子項，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光，而北側(cè)塔樓可以越過周邊底矮的建筑享有西南側(cè)的老山景觀。同時北側(cè)高層塔樓可以阻擋寒冷的東北季風進入地塊，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更容易進入中心花園，形成宜人的微氣候環(huán)境。

本項目在規(guī)劃布局上吸取傳統(tǒng)建筑的綠色空間營造智慧，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)價值，通過被動式節(jié)能設(shè)計，使城市的綠色建筑具有現(xiàn)代空間形態(tài)和場所精神，兼有傳統(tǒng)建筑的靈魂，實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計、打造綠色創(chuàng)意空間。

2 項目所在地域氣候特征

圖1 總體規(guī)劃鳥瞰圖（圖片來源：設(shè)計團隊繪制）

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。在中國氣候分區(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)A 區(qū)，一年當中有相當長一段時間處于濕熱的氣候狀態(tài)。從建筑熱工設(shè)計區(qū)劃一級指標來看，最冷月平均氣溫在0℃～10℃，且日平均溫度≤5℃的天數(shù)在90 天以內(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 天以內(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)計區(qū)劃二級指標來看，以18℃為基準的采暖度日數(shù)在1200 ～2000 小時之間，根據(jù)規(guī)范要求應(yīng)滿足保溫、隔熱設(shè)計要求，重視自然通風、遮陽設(shè)計。綜合以上分析，夏熱冬冷地區(qū)的建筑為回應(yīng)地域氣候，需要重點處理隔熱、降溫、通風、防潮、遮陽等問題。

3 南方傳統(tǒng)建筑氣候適應(yīng)性特征

江南地區(qū)的建筑聚落通過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、太陽輻射得熱、空氣溫度、空氣濕度等。

（1）熱舒適與自然通風

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地與建筑物室內(nèi)外的風環(huán)境，通過風環(huán)境模擬發(fā)現(xiàn)，對于1.0m/s 的風速，相對濕度50%時，室內(nèi)氣溫達到29℃，人們?nèi)匀粫杏X舒適；對于2.0m/s 的風速，相對濕度50%時，室內(nèi)氣溫達到30℃，人們?nèi)匀粫杏X舒適；當空氣流動速度達到6.0m/s 的風速，相對濕度50%時，人體舒適度可以提高到34℃。

（2）熱舒適與輻射得熱

太陽輻射是建筑物的主要熱源，自然地利用太陽能加熱建筑被稱為“被動式太陽能采暖”，是一種自然利用太陽能加熱建筑的過程。南方傳統(tǒng)建筑通過建筑組群、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

維護結(jié)構(gòu)（材料）的蓄熱系數(shù)是指材料儲存熱量的能力，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)外溫差對建筑內(nèi)部空間的影響，實現(xiàn)被動式節(jié)能設(shè)計。夏季，白天溫度升高的時候，維護結(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)負荷，提高建筑內(nèi)部熱舒適性能；冬季，白天太陽照射建筑，可以通過維護結(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）熱舒適與維護結(jié)構(gòu)保溫隔熱

維護結(jié)構(gòu)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響主要是通過建筑內(nèi)表面溫度體現(xiàn)，內(nèi)表面溫度太低會影響人體的舒適度，也會造成室內(nèi)結(jié)露、影響結(jié)構(gòu)安全性等問題。根據(jù)氣候特點和建筑使用功能，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。

維護結(jié)構(gòu)采用新材料、新技術(shù)、新構(gòu)造，對降低建筑能耗來說有重大的意義，成為建筑節(jié)能的新思路，使維護結(jié)構(gòu)從單純的被動適應(yīng)氣候到主動利用氣候中的有利資源，既是維護結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向，也是被動式節(jié)能技術(shù)的新動向。

（5）熱舒適與建筑遮陽

建筑得熱形式通常分為太陽直射得熱、熱傳導得熱等形式，透明維護結(jié)構(gòu)（幕墻）有很大一部分熱量是太陽的直射得熱，因此隨著每天的太陽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)的日照強度通常于午間至下午兩點最大，室內(nèi)外溫差也最大，為了減少直射進入室內(nèi)的太陽得熱，建筑通常需要遮陽，通過建筑遮陽可以有效地阻止這部分熱量進入室內(nèi)，從而減少太陽得熱量，同時避免室內(nèi)眩光。

圖2 場地風向研究（圖片來源：項目設(shè)計團隊繪制）

南方傳統(tǒng)建筑為了實現(xiàn)遮陽，衍生出了多種形式，騎樓是南方傳統(tǒng)民居實現(xiàn)遮陽的一種常見模式。它臨河沿街，在河沿的廊柱間設(shè)有長條凳，形成一條給住戶及路人遮風避雨、歇腳蔭涼、人際溝通的水式街廊。過街樓是另一種形式，實現(xiàn)了借空間不礙交通，既將街兩邊的樓房連成一體，又實現(xiàn)了遮陽效果。

（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（圖片來源：項目團隊繪制）

3.1 夏熱冬冷地區(qū)建筑自然環(huán)境因素設(shè)計策略

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，充滿著詩情畫意。現(xiàn)代園林和各類科技園區(qū)的建筑規(guī)劃與設(shè)計也多借助傳統(tǒng)建筑的布局手法，通過水系來營造微氣候環(huán)境，臨水建亭和休閑平臺等。

3.2 夏熱冬冷地區(qū)建筑人文環(huán)境因素設(shè)計策略

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恩寺以及利用傳統(tǒng)木材打造的類似園林亭榭空間的茅洲河碧道工程驛站。

3.3 夏熱冬冷地區(qū)建筑技術(shù)因素設(shè)計策略

建筑材料上，江南地區(qū)由于多雨潮濕，建筑設(shè)計注重保溫隔熱、遮陽、通風、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。

4 本項目綠色建筑設(shè)計

4.1 氣候適應(yīng)性規(guī)劃設(shè)計

南京屬于北亞熱帶濕熱氣候，夏熱冬冷。夏季主導風向是東風和東南風，冬季主導風向是西北風，最大風速不超過7m/s，平均風速是4m/s。為了適應(yīng)氣候特征，本項目建筑布局充分考慮風向和風速的影響，力求各棟建筑夏季可以實現(xiàn)穿堂風，冬季又可以抵御寒風，并避免形成風漩渦。因此通過將超高層和高層建筑布局在場地北側(cè)，將小高層建筑布局在場地南側(cè)，實現(xiàn)對冬季寒風的阻擋，同時打開東南側(cè)建筑界面，形成開口，使夏季風可以通過。

根據(jù)《綠色建筑評價標準》對于夏季工況的要求，建筑周邊有人活動的區(qū)域不應(yīng)出現(xiàn)風渦旋或無風區(qū)。本項目通過合理的建筑布局，夏季可以形成有效的巷道風，通過風環(huán)境模擬，項目人行區(qū)域無風漩渦且不會出現(xiàn)無風區(qū)。

夏熱冬冷地區(qū)的建筑在夏季需要充分利用自然通風獲得良好的室內(nèi)外風環(huán)境，形成合理的窗內(nèi)外表面風壓差，從而確保開窗時良好的通風效果，形成較好的室內(nèi)風環(huán)境。

4.2 建筑空間被動式節(jié)能策略

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、采光、隔熱、通風等被動式節(jié)能設(shè)計措施。

本項目通過底層架空、有蓋開敞連廊、屋頂花園、建筑連廊、遮陽花架、空中花園等設(shè)計，創(chuàng)造多重層次的建筑過渡空間，起到很好的遮陽作用；設(shè)計中也充分利用了植被遮陽：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。

同時將建筑朝向偏東方向，避免南向陽光直射。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)計又可以增強室內(nèi)的通風效果。

圖4 項目建筑BIM 圖（圖片來源：項目團隊繪制）

圖5 裙樓設(shè)計理念（圖片來源：項目團隊繪制）

4.2.2 高熱工性能的建筑材料

通過采用新技術(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)的直接太陽得熱和輻射得熱，營造舒適的熱環(huán)境。

本項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，改善大進深、大空間辦公建筑的室內(nèi)光環(huán)境，實現(xiàn)綠色辦公的良好光照。

4.3 高效的機電系統(tǒng)

4.3.1 空調(diào)系統(tǒng)

項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合系統(tǒng)。

超高層T1 號樓在第二個避難層以下4 ～23層、高層T2 號樓在4 ～12 層采用地埋管加冷卻塔復合水冷多聯(lián)機系統(tǒng)，總部辦公采用風冷多聯(lián)機系統(tǒng)，由總部辦公業(yè)主根據(jù)工作需要自行控制運行模式。建筑公共部分空調(diào)形式為水冷媒空調(diào)系統(tǒng)，分各個不同的版塊區(qū)域采用能量表單獨計量。辦公室內(nèi)設(shè)置單獨新風系統(tǒng)，設(shè)置獨立的新風室外機，配合單獨區(qū)域的高靜壓新風內(nèi)機來滿足室內(nèi)新風的需要。在人群密集場所設(shè)置CO2濃度實時監(jiān)測和控制。

采用水冷媒帶熱回收功能的高溫地源熱泵機組（制冷、制熱、蓄冰）和一臺磁懸浮冷水機組（調(diào)峰）組成。冬季運行開啟1 臺熱泵機組制熱模式滿足采暖要求，夏季運行開啟2 臺熱泵機組、2 臺磁懸浮冷水機組（調(diào)峰）模式來滿足空調(diào)制冷的要求，同時預(yù)留生活熱水接口。地源熱泵主機及水冷多聯(lián)機采用閉式冷卻塔輔助散熱，磁懸浮冷水機組采用開式冷卻塔輔助散熱空調(diào)主機系統(tǒng)在標準工況下的供回水溫度：生活熱水在冬、夏季空調(diào)季節(jié)由機組部分熱回收制取，非空調(diào)季節(jié)直接開啟一臺熱泵機組制取生活熱水。

4.3.2 給排水系統(tǒng)

項目采用轉(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應(yīng)；地下一層熱水機房地源熱泵夏天熱回收1533kW。

項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。充分利用場地內(nèi)綠地、土壤的凈化能力，使園區(qū)雨水徑流經(jīng)土壤滲透后進入地層，涵養(yǎng)地下水，達到有效削減城市地表徑流污染負荷。采用的低影響開發(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。通過以上措施可以使本工程實際年徑流控制率達75%，面源污染削減率達78.2%。

4.3.3 電氣系統(tǒng)

項目設(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、自動化、可視化、可量化的采集與存儲，并提出能耗管理獎懲方案，從而降低能源使用費用，為建立節(jié)約型社會發(fā)揮作用。項目設(shè)計的能源管理云平臺系統(tǒng)，監(jiān)測現(xiàn)場各設(shè)備數(shù)據(jù)；可以實時反饋能耗折標及碳排放等數(shù)據(jù)。

4.4 全生命周期BIM 技術(shù)

本項目由業(yè)主推動實施項目建設(shè)全周期全專業(yè)的BIM 技術(shù)應(yīng)用，在設(shè)計、施工、運維各個階段通過三維BIM 技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計方案的多方案比選和優(yōu)化，指導施工和運維。

4.5 建筑文脈傳承

本項目設(shè)計希望實現(xiàn)將辦公空間與共享平臺空間、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，促進交流與互動，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)域競爭力。

在當今大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)信息是最重要的資源，流動網(wǎng)絡(luò)給予數(shù)據(jù)信息支持的同時，促成了數(shù)據(jù)信息的交換流通、迭代升級，以產(chǎn)生價值。設(shè)計從數(shù)據(jù)信息和流動網(wǎng)絡(luò)的這種關(guān)系中獲得靈感。辦公塔樓和企業(yè)總部就如獨立的數(shù)據(jù)信息處理中心，共享平臺和服務(wù)配套設(shè)施（有如流動網(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，才能促進互動與交流，充分激發(fā)效率和創(chuàng)意，將競爭力最大化。

共享配套服務(wù)設(shè)施對于辦公空間的支持，如同傳遞與承載數(shù)據(jù)信息的流動網(wǎng)絡(luò)。本案以此為靈感，以曲線和退臺的裙樓建筑形態(tài)，表達流動網(wǎng)絡(luò)載體，以其串聯(lián)各個辦公塔樓及總部，打造共享空間，促進互動和交流，激發(fā)效率與創(chuàng)意。

結(jié)語

傳統(tǒng)建筑的設(shè)計策略及營建智慧建構(gòu)了一套完整的綠色建筑體系，為現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計提供了方法支撐。本項目以氣候適應(yīng)性建筑特點為源頭，通過對自然條件、傳統(tǒng)文化等分析，從設(shè)計階段就采用被動式建筑設(shè)計策略，選用地域性材料及傳統(tǒng)建造手法，關(guān)注后期運營維護，注重資源節(jié)約，實現(xiàn)低能耗、低碳排，并同時達到國家標準的綠色建筑三星標準，為“雙碳”目標下的江南地區(qū)高密度產(chǎn)業(yè)園區(qū)的綠色建筑設(shè)計提供良好的示范。