親水建筑的近零碳設計研究：以嘉善示范區展示館為例

陸佳韋，陳海平，王 龍，歐亞洲，李建濤

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

當前業內對親水建筑的研究已有頗多成果，并形成了較為系統的理論，但對于親水建筑的研究多停留在設計方法的研究和效果（如圖1 所示）的營造上[1]，同時兼顧低碳節能研究的極少。本文從親水建筑的近零碳設計角度出發，對示范區展示館進行整體分析，著重體現出親水建筑在近零碳領域的應用[2]，為今后類似親水建筑對低碳的應用和推廣起到了良好的示范引領作用。

圖1 展示館效果圖

1 工程概況

位于祥符蕩畔的展示館用地面積為20 005 m2，總建筑面積為12 821.79 m2。建筑室內面積為8 131.45 m2，建筑室外面積為740.81 m2，地上2 層，基礎采用預制方樁+承臺筏板，主體采用混合木結構體系，屋面為金屬屋面，一層外圍為全玻幕墻。

項目總投資3.95 億元，集展陳、會議、數字化演繹等功能為一體。造型猶如“一葉扁舟”，結合層層跌落的水景，仿佛下一刻即駛入水中啟航。整體抽象出的紅船造型，象征著對示范區3 周年成果的歸納、總結，具有承上啟下的作用，同時也預示著劃時代征程的開啟。

2 親水建筑的設計理念

整個親水建筑形象以“百年煙雨，一葉扁舟”為設計理念，契合江南古鎮的水鄉文化。建筑造型猶如一葉扁舟，通過地形改造形成多首層概念，同時將十里港的水引入場地，結合層層跌落的水景，仿佛下一刻駛入十里港起航。現場航拍圖如圖2 所示。

圖2 現場航拍

建筑的天際線形態由北向南漸變降低，至南側由8 m 高的幕墻玻璃圍合而成，同時于南側通透的觀景天橋可以俯瞰十里港全貌。展示館內同時還集成數字沙盤、ⅤR 演繹等高新科技配置，將傳統文化與科技相結合，多維度、多元化地塑造建筑的空間感官與使用感受。

3 近零碳設計應用

項目設計初期即確立了全生命周期近零碳排放的目標，并從建筑材料、建筑建造、建筑運行3 個路徑出發，通過采取相應減碳措施[3]，預計減少53.5%的碳排放量，具體如表1 所示。

表1 嘉善展示館低碳實施路徑

3.1 預制化、裝配化、低碳化的木結構

本項目采用木結構的形式如圖3 所示。木材的使用可以降低鋼筋、混凝土的使用量，與僅使用鋼筋和混凝土的基準建筑相比，建筑材料生產階段可以降低60%的碳排放量。木結構建筑構件均為工廠預制、批量生產、現場安裝，施工機械化程度高，減少現場作業、人為失誤，可最大限度控制質量，提高施工效率。與其他建筑形式相比，木結構的現場施工周期能縮短2/3 左右，可降低40%的碳排放量。運營階段的碳排放在建筑全壽命期的占比最大，木結構建筑結合自身的節能保溫性能再加上一些低碳技術的應用，在建筑的運行期間可降低50%的碳排放量。

圖3 現場木結構

3.2 親水建筑的因地制宜

因地制宜利用可再生能源是有效的綠色建筑措施之一。地源熱泵（GSHP）是以大地土壤為冷熱源的一種熱泵形式。利用土壤的蓄熱性能，通過埋入地下的換熱器，夏季把室內的熱量取出來，釋放到土壤中；冬季把土壤中的熱量取出來，供給室內采暖，一機兩用。地源熱泵技術是一項高效節能、有利于環境保護和可持續發展的空調冷熱源技術。項目因地制宜利用十里港豐富的水資源及地源替代常規空調的冷卻塔、鍋爐，如圖4 所示。作為空調系統的冷熱源既符合可再生能源利用又節省建筑空間，美化周邊環境，且機組效率高（一般夏季制冷可提高效率約18%），可有效減少碳排放量。

圖4 地源熱泵機房

3.3 光儲充一體化的應用

利用展示館屋頂可利用區域（中心屋頂區域+東南側小屋頂，合計約600 m2，如圖5 所示）以及停車棚棚頂，共計約800 m2區域，鋪設約120 kWp 光伏，日均發電量約360 kW·h，預計全年可以提供整個展示館15%的清潔電力。配置120 kW·h 的儲能電池，以集裝箱形式布置于停車棚區域，占地面積約18 m2。光伏發電系統和儲能系統組成直流微電網，與建筑交流配電系統通過交直流轉換器連接。通過光伏儲能的調峰調頻，如果儲能系統用盡，可以通過建筑電網補足，保證供電安全。光儲充一體化系統的應用，可以使整個展示館減少20%以上的用電，節約30%以上的電費（利用峰谷電差價），并減少約40%的碳排放。

圖5 太陽能光伏板照片

同時，安裝14 個20 kW 快充充電樁（如圖6 所示），應用柔性充電管理策略，實現高峰期平抑充電功率完成削峰，低谷期全功率充電完成填谷。搭配能源管理系統，將在光儲充一體化系統的基礎上，節約4%以上的電費，并節約8%以上的碳排放。

圖6 充電樁照片

3.4 智慧運維的搭建

以物聯網、傳感器等技術為基礎，基于能源管理數據庫，搭建碳監測平臺（如圖7 所示），分析碳排放數據，設定碳管控目標，開發智能運維算法，自動制定用能策略，能夠減少5%的年均能耗，并減少10%的碳排放。搭配光儲充一體化系統，可以減少25%的用電，節約35%的電費，并減少45%的碳排放。

圖7 能源管理數據庫

4 結束語

建筑是人類意志的產物，同時也承載著文化和歷史的痕跡[4]。本項目將傳統文化與現代工藝相結合，營造出一幅“百年煙雨，一頁扁舟”的美景。建筑以綠建三星為目標進行統籌設計，通過木結構、幕墻系統等被動技術措施與地源熱泵、光儲充一體化、搭設碳監測平臺等主動技術措施相結合的方式，打造了一個“全生命周期，近零碳建筑”的綠色節能建筑。

長三角生態綠色一體化發展示范區嘉善展示館作為典型的親水建筑，立足于展示長三角一體化示范區在制度創新、生態修復、產業發展、跨域治理等方面取得的重要成果，并成功將傳統文化、建筑功能、現代美感及低碳科技進行了完美融合，力求將其打造成嘉善新名片。作為在選材、建造、運營過程中積極貫徹響應“低碳建造”的成功范本，展示館也將對在建筑及相關衍生行業內低碳的應用與推廣起到良好的示范引領作用[5]。