袁鑌／Yuan Bin

北立面外觀

山東交通學(xué)院圖書館總建筑面積為1.5萬m2（圖1～4），地下一層地上5層。2000年下半年開始方案創(chuàng)作，2002年建成，2003年投入使用，至今已使用六年多時間。在2000年設(shè)計時我們深入研究了國際上許多優(yōu)秀的綠色建筑工程案例。盡管在節(jié)約能源、減少污染保護環(huán)境等方面，各國有著共同的認識和目標，但由于世界各國的氣候、資源條件不同，經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展水平不同，文化傳統(tǒng)和生活習(xí)俗不同，各國綠色建筑在選用的技術(shù)上、材料上，又存在很多差異。在綠色建筑的建設(shè)上不存在統(tǒng)一的技術(shù)模式，也不存在通用的發(fā)展道路。我國地域遼闊，跨越了多種氣候帶，各地的資源條件也有很大不同。特別是我國的經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展水平與發(fā)達國家相比還有很大差距，歐美發(fā)達國家所建成的綠色建筑案例中，有些綠色建筑造價昂貴，成本很高。對這種綠色建筑我們不能盲目學(xué)習(xí)也不能照搬其采用的技術(shù)。我們希望結(jié)合中國國情，因地制宜地結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況選用普通適用技術(shù)降低成本和造價來設(shè)計和建設(shè)綠色建筑。通過山東交通學(xué)院圖書館的設(shè)計和建造，我們體會到所謂因地制宜是指綠色建筑在設(shè)計和建設(shè)中能與工程項目所在地區(qū)的氣候條件有較好的結(jié)合；與所在地區(qū)的資源條件有較好的結(jié)合；與工程項目的資金條件有較好的結(jié)合；與施工單位的技術(shù)條件和能力有較好的結(jié)合；與建設(shè)單位的管理條件有較好的結(jié)合。

1 建設(shè)地段氣候、資源條件及設(shè)計策略思考

山東交通學(xué)院圖書館位于濟南市區(qū)南部。在2000年建筑創(chuàng)作之初我們深入研究了濟南市的氣候條件及工程建設(shè)地段的各種資源條件。

按我國氣候帶劃分，山東省濟南市地處寒冷地帶，其冬季氣溫＜5℃的天數(shù)約為90～100天，而夏季氣溫＞28℃的天數(shù)約為70天。冬季要采暖夏季要空調(diào)，采暖空調(diào)是耗能最大的兩項內(nèi)容。圖書館擬建地段南敞北收，夏季主導(dǎo)風(fēng)向為西南風(fēng)，有一定的風(fēng)力資源可資利用，且濟南地區(qū)是我國太陽能資源比較豐富的地區(qū)，也是設(shè)計中可以考慮利用的重要資源。

擬建地段的地勢北高南低，東高西低，在地段北部由于人為大量挖砂取巖形成了一個低洼的污水塘，但有一定的蓄水量，有改造利用的條件。

擬建場地為濟南輝長巖分布區(qū)，巖體暴露，地下水位層深達數(shù)百米，不具備利用地下水或土壤熱的條件。巖石風(fēng)化后，巖砂混雜，在人工大量挖取后，由于形成地坑成為城市居民的垃圾填埋場，植被狀況很差，建設(shè)地段生態(tài)條件惡劣。在深入調(diào)查了工程基址上述自然條件和現(xiàn)狀實況后，我們確定了設(shè)計中的幾個主要設(shè)計策略：

（1）盡量采用被動式構(gòu)造技術(shù)充分利用濟南地區(qū)太陽能資源。

（2）充分利用場地有利地形條件和良好的風(fēng)環(huán)境，加強室內(nèi)自然通風(fēng)。

（3）清理現(xiàn)場垃圾，改善建設(shè)場地條件。重視室外場地和建筑周邊的綠化，并通過立體綠化，室內(nèi)外綠化結(jié)合的辦法，改善場地生態(tài)環(huán)境。

（4）改造北部水塘，使它成為有利于調(diào)節(jié)微氣候的可用于收集雨水的室外水景觀。

（5）針對濟南夏熱冬冷氣候，建筑外圍護結(jié)構(gòu)要采取保溫隔熱構(gòu)造，對東、南、西三面的外窗要采取遮陽措施。

建筑外觀

西立面

圖1 總平面

圖2 首層平面

圖3 三層平面

圖4 屋頂平面

（6）研究地道風(fēng)技術(shù)用于預(yù)冷預(yù)熱空氣的可能。

2 因地制宜地選擇普通適用有效的技術(shù)

山東交通學(xué)院圖書館的建設(shè)資金有限，如何在設(shè)計和建設(shè)中降低技術(shù)成本，降低建設(shè)造價同時保證技術(shù)的使用效果，是我們設(shè)計中考慮的重要問題。在方案創(chuàng)作時首先考慮圖書館的規(guī)劃布局要爭取最有利的朝向，以便充分利用日照和自然通風(fēng)。圖書館外形盡量規(guī)整，減少外墻面積爭取有良好的體型系數(shù)，以減少冬季外墻的熱損耗。

在建筑方案創(chuàng)作設(shè)計中，結(jié)合功能要求設(shè)計了玻璃南邊庭，構(gòu)成玻璃溫室，形成溫度緩沖的調(diào)節(jié)空間，冬季被動式利用太陽能形成“暖房”可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少室內(nèi)供熱，節(jié)約能源。夏季通過玻璃邊庭的熱壓作用，加強自然通風(fēng)，提高室內(nèi)熱舒適性。為增加閱覽區(qū)域的自然通風(fēng)和自然采光效果，方案創(chuàng)作中增設(shè)了中庭，并將珍本閱覽室屋面設(shè)計成玻璃屋面，充分利用頂部自然光(圖5)。

經(jīng)過反復(fù)討論，結(jié)合建設(shè)項目所在地區(qū)的氣候、資源條件和建設(shè)資金狀況，我們在圖書館設(shè)計中最后選定的主要適用技術(shù)和技術(shù)措施有以下幾點：

圖5 中庭自然采光

圖6 不同遮陽方式

圖7 過渡季及夏季外溫適宜情況下的通風(fēng)降溫示意圖

圖8 地道風(fēng)（左：地道位置及剖面圖）

圖9 池水冷卻代替冷卻塔

（1）外圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)。根據(jù)當?shù)刭Y源條件，外墻采用240mm多孔磚墻體加60mm膨脹珍珠巖；屋頂采用350mm厚加氣砼，外窗采用中空塑鋼窗。

（2）外窗遮陽技術(shù)（圖6）。在東、南、西三個不同朝向，分別采用了退臺式植物綠化遮陽，水平式遮陽，砼花格遮陽墻三種不同的遮陽方式。在玻璃南邊庭內(nèi)采用了內(nèi)遮陽方式。屋頂采用綠化遮陽。

（3）自然通風(fēng)技術(shù)。為加強自然通風(fēng)效果，采取了使圖書館中庭體積由下往上越來越小的剖面形式，并在中庭天窗上增加拔風(fēng)煙囪，加強拔風(fēng)能力。通過風(fēng)壓、熱壓的耦合強化自然通風(fēng)（圖7）。

（4）自然采光技術(shù)、圖書館設(shè)計中除了適當加大外窗面積外，在中庭，南向玻璃大廳，教師閱覽室都充分利用頂部天窗增加室內(nèi)照明，減少照明能耗。

（5）地下風(fēng)道對新鮮空氣進行預(yù)冷預(yù)熱處理技術(shù)。圖書館設(shè)計中結(jié)合地下人防通道設(shè)置了兩條長45m和一條長80m的地道，埋深2m以下，抽取地面新風(fēng)后，通過地道進行預(yù)冷預(yù)熱處理，降低冬季采暖和夏季空調(diào)能耗（圖8）。

（6）節(jié)水技術(shù)。利用北部池塘水作為冷卻水（圖9、10）。收集雨水，作水景水和綠化水并循環(huán)使用。

（7）立體綠化，圖書館屋頂全部做成綠化屋頂，栽種小喬木、灌木和花草。室內(nèi)中庭、玻璃南庭內(nèi)進行室內(nèi)綠化用來調(diào)節(jié)并改善室內(nèi)微氣候（圖11、12）。室外建筑場地實行喬灌木和花草復(fù)層綠化改善場地的生態(tài)環(huán)境。

（8）選用高性能水冷空調(diào)機組，用湖水代替冷卻塔(圖9)。優(yōu)化常規(guī)能源系統(tǒng)。

（9）充分使用地方材料，實現(xiàn)土建裝修一體化設(shè)計，避免裝修時材料浪費，室內(nèi)裝修中采用素砼柱，節(jié)約裝修材料（圖13）。利用現(xiàn)場遺留巖石砌墻鋪路，節(jié)約建筑用材。

在上述所選用的技術(shù)中，盡量使用普通的材料和技術(shù)方法來解決問題。如南玻璃邊廳原設(shè)計采用織物內(nèi)遮陽。由于投資較高改用買廢日光燈管組成遮陽屏，既保證南玻璃邊廳有充足柔和的光線，又節(jié)省了投資（圖14）。為使在極端高溫天氣下南玻璃邊庭能夠降溫，在玻璃邊庭外頂部設(shè)計了水幕。水幕的設(shè)計用器材極為簡單，僅在玻璃邊庭頂部自東到西設(shè)了一條鉆了孔洞的水管，沒有采用噴淋裝置，使用時水從水管孔洞中流出沿玻璃流下，形成水幕，對南玻璃邊庭起到很好的降溫作用，但投資很少。

3 建成后的實效和經(jīng)濟性

山東交通學(xué)院圖書館在2003年交付使用，至今已有六年時間，圖書館建設(shè)場地上原來的污水塘經(jīng)過整治，場地環(huán)境得到了徹底改善。水塘水質(zhì)經(jīng)化驗達標可養(yǎng)魚養(yǎng)鴨，不僅成為校園水景，而且成為圖書館周邊收集調(diào)蓄雨水的重要工具。水塘水還用作空調(diào)冷卻水和綠化用水。場地中的大量垃圾經(jīng)過徹底清理，原來因垃圾腐爛而造成的污臭氣味已徹底消除，經(jīng)測試場地空氣質(zhì)量良好，圖書館室內(nèi)空氣質(zhì)量也完全達標。圖書館周邊按照設(shè)計規(guī)劃栽種了大量的樹木和花草，使場地及周邊生態(tài)環(huán)境得到極大改善。經(jīng)過這些普通技術(shù)措施把原來的垃圾場改造為學(xué)校教學(xué)用地，不僅節(jié)約了城市建設(shè)土地，而且改善了自然生態(tài)環(huán)境。有效的實現(xiàn)了節(jié)地、節(jié)水、保護了環(huán)境。

圖10 作為制冷機冷卻水源的池水溫度變化模擬曲線

圖12 立體綠化技術(shù)

圖11 綠化屋頂

圖13 室內(nèi)素砼柱裝修效果

場地中遺留下的大量石塊，施工中通過粗加工成為鋪路和砌筑擋土墻的材料，不僅使這些石材得到有效利用也降低了建設(shè)成本。在室內(nèi)裝修時，中庭的砼柱子不作外裝修，保持原有素砼面，不僅節(jié)約了材料而且使中庭非常樸素清新（圖13），得到了學(xué)校的支持和認可。在節(jié)能和自然通風(fēng)創(chuàng)造良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)方面，經(jīng)過多次實測和六年來實際耗能狀況的檢測，效果良好。如：夏季地道風(fēng)降溫效果顯著，測試證明其平均降溫可達8℃左右，可節(jié)約60%～90%新風(fēng)負荷（圖15）。夏季夜間自然通風(fēng)可實現(xiàn)熱壓換氣2.5～3.5次/h，蓄冷能力約為90kW。湖水冷卻效果明顯，實測單臺冷機制冷量為額定制冷量的130%，cop＞5.5①?？照{(diào)制冷設(shè)備，年均耗電量僅13.6kWh/m2。冬季采暖節(jié)能標準為7.8kg標煤/m2·年，優(yōu)于濟南市節(jié)能標準（9.8kg標煤 /m2·年）。

圖14 南玻璃邊庭遮陽及采光

圖書館在六年多使用中所取得的實際效果，是所采用的各種適用技術(shù)和技術(shù)措施的綜合效果。這個工程項目在一定程度上實現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、減少污染、保護生態(tài)環(huán)境的目標，提高了使用空間的舒適性，創(chuàng)造了優(yōu)美的校園環(huán)境和宜人的學(xué)習(xí)空間。圖書館建成后決算出的單方造價為2150元/m2。為了達到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、保護環(huán)境的目的，與一般學(xué)校建筑相比，圖書館設(shè)計中增加了許多技術(shù)措施，這必然會增加一部分投資，但是由于選用普通材料和普通技術(shù)，再加上學(xué)校的精打細算，投資增加的并不多。對于圖書館建筑來說，這個造價并不算高，但是它獲得了節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、保護和改善校園環(huán)境的效果，節(jié)約了可觀的采暖空調(diào)的運營費用和水費，其經(jīng)濟性價比是很顯著的。

4 回顧及反思

任何一個好的設(shè)計作品都不可能十全十美，通過6年多的使用和綠色建筑標識的評審，也發(fā)現(xiàn)了該項目設(shè)計和建設(shè)中存在的許多不足之處：如：

（1）對中庭加煙囪后的通風(fēng)效能估計不足，因中庭特強的拔風(fēng)能力，廁所的臭味被抽進中庭散發(fā)，成了很大的美中不足。

（2）設(shè)計時為了節(jié)約南向水平遮陽設(shè)置的稀疏，遮陽效果有限，如能加密一倍，南向玻璃廳的遮陽效率將會大大提高。東向退臺式遮陽、由于對種植植物缺乏預(yù)設(shè)計，遮陽實效很差。

（3）鋪設(shè)在水塘中的冷卻水管，在使用六年后管外壁上的灰泥越積越厚，冷卻效率大大降低，需要清理。

（4）由于采用簡單適用技術(shù)需要及時的人工管理，管理是否到位對通風(fēng)節(jié)能效果影響較大，對如何簡化管理，減少人工的勞動是今后設(shè)計中應(yīng)進一步仔細考慮的問題。

（5）設(shè)計時對建成后的運行管理考慮較粗，如對動力用能系統(tǒng)末安裝用能分項計量裝置（后補安裝）等。

（6）設(shè)計時沒有進行全面的水資源規(guī)劃，對綠化灌溉方式設(shè)計的比較粗糙，僅用了噴灌式一種方式。

由于山東交通學(xué)院圖書館是在2000年設(shè)計的，用現(xiàn)行綠色建筑標準來衡量存在很多缺點和不足。這些留待今后再有機會時進一步改進。但山東交通學(xué)院圖書館在節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境和運營管理等方面總的看是成功有效的，全面達到了綠色建筑評價標準的要求，為此連續(xù)榮獲教育部優(yōu)秀建筑設(shè)計一等獎（2005）以及建設(shè)部綠色建筑創(chuàng)新獎綜合一等獎（2007）。它為我們因地制宜地采用普通適用技術(shù)來設(shè)計建造綠色建筑積累了寶貴經(jīng)驗，提供了一個比較成功的案例。

圖15 地道供冷與新風(fēng)負荷實測結(jié)果

建筑細部

注釋：

①COP，即能量與熱量之間的轉(zhuǎn)換比率，簡稱能效比。

[1]Yuan Bin; Zhu Quancheng.Seeking for the Way to Develop Ecological Architecture Conformed to the Domestic Reality-The Design and Exploration for the Library in Jinan Senior Vocational Training School[J].Architectural Journal, 2001, No.5:

工程設(shè)計單位

清華大學(xué)建筑學(xué)院

北京清華安地建筑設(shè)計顧問有限責任公司綠色所

主要設(shè)計人員

袁鑌，朱穎心，林波榮，陸穎潔，苗青，朱全成，鄒瑚瑩，張東華，袁凌等