孫金坤，念紅芬，馮云平，程 敏，楊明翱

(1.攀枝花學院土木工程學院，四川攀枝花617000;2.攀枝花學院工程結構研究所，四川攀枝花617000;3.四川省八佾建筑設計研究院，四川攀枝花617000)

隨著國家對節(jié)能減排、低碳環(huán)保推行力度的不斷加大，也由于建筑耗能占全球總耗能的40%左右，“綠色建筑”在人們日常生活中出現(xiàn)的頻率不斷升高，越來越多的建筑在體現(xiàn)設計理念的同時也在行為上實現(xiàn)綠色、低碳。攀枝花學院游泳館建筑設計就是在這樣一個背景下孕育而生。

1 工程概況

攀枝花學院游泳館位于攀枝花學院校園西南角，占地面積2 426.68 m2，建筑面積2 708.22 m2。工程主體采用鋼結構，輔助用房采用框架結構，工程預算1 200萬元，建筑安裝費800萬元。該工程是我省第一個太陽能游泳館，擬建成一座多方面利用節(jié)能技術的綠色示范公共建筑，已申報省“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材及環(huán)保示范項目”，為攀西地區(qū)推行綠色建筑打造樣板工程。

項目所在攀枝花地區(qū)屬于南亞熱帶為基帶的立體氣候類型，年平均氣溫20.6℃，最低氣溫－5℃，最高氣溫40℃;年最冷月平均氣溫5℃，年最熱月平均氣溫37℃，年日照時數(shù)約為2 737 h小時，是全國開發(fā)利用太陽能等公建節(jié)能設計條件最好的地區(qū)之一。

2 設計理念和目標

在項目的全壽命周期內，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)，保護環(huán)境和減少污染，為使用者提供健康、舒適和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。要求建筑設計、建造和使用的行為對資源和環(huán)境的負面沖擊達到最小的解決方式。它不僅僅涉及建筑物本身材料的選擇和形式的設計，同時還包括建造的方式和維持建筑運轉的方式［1］。

根據(jù)這一理念，該項目制定了如下可持續(xù)目標，以實現(xiàn)低碳綠色建筑的設計理念。

(1)生態(tài)性:補償場地的生態(tài)環(huán)境，提升環(huán)境的生態(tài)潛力;

(2)舒適性:保證室內有良好的溫度、濕度和照度;

(3)健康性:提高室內外空氣質量，促進使用者身心健康;

(4)低運行能耗:通過利用可再生能源及對建筑進行相關的優(yōu)化設計，實現(xiàn)建筑運行過程中的化石能源低消耗，建筑節(jié)能目標為70%～75%;

(5)低運行排放:采用清潔能源及中水回用，實現(xiàn)建筑運行過程中二氧化碳和廢水的低排放［2］。

該項目主要在生態(tài)化規(guī)劃布局、結構體系優(yōu)化、保溫隔熱設計、太陽能源利用、綠色建筑材料應用、水資源循環(huán)利用等方面實現(xiàn)可持續(xù)低碳綠色建筑目標，為攀西地區(qū)推行綠色建筑提供技術參考。

3 設計策略及綠色技術整合

3.1 生態(tài)化規(guī)劃布局

建筑布局與小區(qū)結合自然，考慮了最小的生態(tài)沖突與最佳的資源利用(圖1)。室外環(huán)境通過科學的整體設計，集成綠色配置、自然通風、自然采光、低能耗圍護結構、新能源利用、中水回用、綠色建材等新技術，具有選址規(guī)劃合理、資源利用高效循環(huán)、節(jié)能措施綜合有效、建筑環(huán)境健康舒適、廢水排放減量無害等特點。

圖1 游泳館鳥瞰圖

3.2 結構體系優(yōu)化

結構體系包括建筑承重結構和圍護結構。根據(jù)建筑使用功能的要求及當?shù)亟ㄖY構選型和圍護結構選擇的一般原則，充分考慮地域的氣候特點和構造方式，實現(xiàn)建筑結構體系的最大優(yōu)化。

3.2.1 采用鋼結構承重體系

在滿足多功能建筑使用要求的前提下，在我國鋼材產量、質量雙向趨好的同時，建筑主體采用鋼結構，從而最好的實現(xiàn)綠色低碳，也最大限度地降低對環(huán)境的影響和對能源的消耗。

3.2.3 控制形體系數(shù)

在滿足總體規(guī)劃和建筑使用功能及建筑面積確定的前提下，體形系數(shù)的大小受不同的建筑平面形式影響［3］，應選擇形狀因子小的建筑底平面形狀。同時滿足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》(表1)。

表1 形體參數(shù)

3.2.3 控制窗墻比

在滿足自然采光和通風要求的前提下，控制窗墻面積比，減少因開窗面積過大帶來的輻射傳熱。南北向窗墻面積比分別為0.22和0.12，東西向窗墻面積比分別為0.17和0.05，滿足窗墻比要求(表2)。

表2 窗墻面積比

3.3 保溫隔熱設計

3.3.1 屋面保溫隔熱設計

(1)游泳館的主體結構部分用鋼結構，其屋面為金屬屋面，夏熱冬暖地區(qū)主要考慮屋面隔熱技術，屋面構造中借鑒《廣州大學城建筑節(jié)能設計標準》要求，構造主要為:屋架上設置檁條，檁條與壓型彩鋼屋面板之間采用硬質聚氨酯泡沫塑料填充材料做保溫隔熱層。

(2)輔助用房的屋面采用平屋面，其構造做法為:500 mm×500 mm×500 mm鋼筋混凝土板——150 mm架空層——防水層——15 mm水泥沙漿找平層——30 mm輕骨料混凝土找坡層——100 mm加氣混凝土砌塊保溫層——擠塑聚笨板——鋼筋混凝土屋面板，形成保溫隔熱效果優(yōu)越的屋面構造。

3.3.2 門窗保溫隔熱設計

該建筑外窗、玻璃幕墻采用了各種固定或活動式遮陽裝置。外部遮陽系數(shù)按《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189規(guī)定執(zhí)行。建筑外窗、幕墻采用中等透光熱反射玻璃，以提高其隔熱性能，降低遮陽系數(shù);門窗采用塑鋼型材，以提高其保溫性能。門窗、幕墻的面板縫隙采取注密封膠密封。

3.3.3 樓地面保溫隔熱設計

(1)游泳館內除水池以外的底層地面采用低溫(水媒)輻射采暖地板，其構造做法見圖2。

圖2 低溫(水媒)輻射采暖地板構造做法

(2)輔助房間的樓地面的構造方法為:20 mm水泥沙漿找平層——保溫層(擠塑聚苯板、高強度珍珠巖板、乳化瀝青珍珠巖板、復合硅酸鹽板)——20 mm水泥沙漿找平及粘結層——120 mm現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板。

3.3.4 外墻保溫隔熱新材料應用

本工程項目采用新豪威包裝材料公司的鋁鈦合金氣墊膜，貼于游泳館的墻體。它能阻止80%以上的可見光，可以阻斷或減少熱損失，是一種較好的建筑絕熱材料。絕熱反射膜厚度為2～6 mm，具有隔熱、防水、不收縮和不吸潮等特點。耐用、無毒、無致癌物、不含防腐劑，不導電、不吸引閃電，容易處理、安裝(圖3)。

3.3.5 通風散熱系統(tǒng)

因該類建筑中庭空間較大，夏季利用通風散熱不僅環(huán)保而且低能耗。該項目采取了中庭利用通風排氣降溫(圖4)。結構上，側面墻體大面積開通氣百葉，利于自然風吹入，同時在建筑頂棚設置機械排風裝置，主動排除熱空氣，提高冷熱空氣循環(huán)效率。

圖3 鋁鈦合金氣墊膜效果展示

3.4 太陽能源利用

項目所在地攀枝花，氣候干燥、炎熱，冬暖夏熱，年平均氣溫20.3℃，無霜期達350 d，全年日照時間長達2 737 h，年太陽輻照總量為6 300 MJ/m2，是四川省年平均氣溫最高、年總熱量最豐富的地區(qū)。地熱能量也非常大，配合太陽能發(fā)展?jié)崈艨稍偕茉矗哂蟹浅?yōu)越的氣候和環(huán)境條件。

圖4 供暖散熱系統(tǒng)示意

該項目結合環(huán)境和氣候條件，擬采用平板太陽能集熱器與熱能相互配合的采熱方案，為溫水游泳池提供熱能，控制游泳館池內水溫保持在一定溫度范圍內。并且利用太陽能供暖系統(tǒng)，調節(jié)室內溫度。平板太陽能集熱器構造簡單，技術成熟，成本低，便于安裝和維護，集熱效率高于其它集熱器，是目前大面積采熱的首選產品。考慮到陰雨天氣對供熱影響，利用地熱作為輔助熱源可達到項目的供熱要求。

該項目還利用附近的大型學生澡堂鍋爐房，形成熱水鍋爐熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)，對游泳池內水溫進行調節(jié)。夏季擬建工程太陽能集熱器的熱水可供給鍋爐房，冬季鍋爐房熱水亦可提供給游泳池，保證水溫在一定范圍內。

3.5 環(huán)保節(jié)地型綠色建筑材料應用

本工程外墻采用攀鋼冶煉棄渣—高鈦重礦渣制作的混凝土多孔磚［4］。砌筑砂漿采用摻加粉煤灰的高鈦重礦渣混合砂漿。所采用摻加高鈦重礦渣的混凝土多孔磚，其熱工性能和隔聲性能、規(guī)格、強度等級、干燥收縮率與相對含水率、抗?jié)B、抗凍性與放射性等設計指標符合夏熱冬暖地區(qū)節(jié)能設計要求。所采用摻加粉煤灰的高鈦重礦渣混合砂漿，經研究表明:同等級、同水泥用量、同體積礦渣砂配制的砂漿，相對天然砂配制的砂漿強度要高，在渣砂中摻加粉煤灰或調整渣砂中渣粉含量(12% ～15%)，還可提高砂漿強度。

該工程圍護墻體材料的選用，符合“技術經濟性統(tǒng)一、因地制宜、就地取材、綜合考慮節(jié)能效果”的要求。攀鋼廢棄高鈦重礦渣在墻體材料中的應用，對于礦渣資源的綜合利用，節(jié)約攀枝花的天然資源，降低工程成本，節(jié)約用地，保護長江上游生態(tài)環(huán)境等具有重要的經濟和社會效益，已成為攀鋼環(huán)業(yè)冶金渣開發(fā)利用示范工程。

4 水資源處理利用

水資源循環(huán)利用的目標是實現(xiàn)凈水(污水處理)、節(jié)水(水資源利用)及保水(生態(tài))［5］。

(1)污水處理。在游泳館內設置地下室中水收集池，泳池污水和其它污水統(tǒng)一收集后，經地下室流離生化中水處理設備處理后，回用于泳池清洗和其它衛(wèi)生設備的清洗，中水回用率達48%。

(2)雨水回收利用系統(tǒng)。建筑屋頂及建筑周邊的雨水通過管道收集后，采用靜置、澄清處理后進入地下室的中水收集池，過濾后用于景觀與綠化用水。

5 結束語

攀枝花學院游泳館是攀枝花市規(guī)劃和建設局重點建設項目，是“政府率先垂范，實施建筑節(jié)能、推行綠色建筑”樣板工程。該工程在節(jié)能、減排設計，可再生資源利用等方面堅持走可持續(xù)發(fā)展道路，做到建筑與環(huán)境和諧相處，為周邊地區(qū)綠色節(jié)能建筑的發(fā)展起到了示范與推動作用。

［1］GB/T 50378－2006綠色建筑評價標準［S］

［2］JGJ 75－2003夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準(條文說明)［S］

［3］劉仙萍，丁力行.建筑體形系數(shù)對節(jié)能效果的影響分析［J］.湖南科技大學學報(自然科學版)，2006，2(21):25－28

［4］高海利.利用水淬鈦礦渣制備高性能燒結磚的研究［J］.攀枝花科技與信息2005，30(增刊):50－54

［5］胡望社，姜利勇，薛明，等.校園可持續(xù)建筑實踐—后勤工程學院綠色建筑示范樓設計［J］.后勤工程學院學報，2010，26(1):1－5