汪 濤

華東建筑設(shè)計(jì)研究總院 上海 200002

1 室內(nèi)滑雪場館節(jié)能設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

隨著北京冬奧腳步的日趨臨近，以及響應(yīng)“帶動(dòng)三億人參與冰雪運(yùn)動(dòng)”的號(hào)召，我國各地民眾參與冰雪運(yùn)動(dòng)的熱情日益高漲，室內(nèi)滑雪場館的建設(shè)也呈現(xiàn)遍地開花的趨勢，并以每年近20%[1]的速度遞增。

室內(nèi)滑雪場館作為新興的建筑類型，不同于一般的民用建筑，不僅要滿足室內(nèi)雪上運(yùn)動(dòng)及活動(dòng)的空間需求，更要滿足制冷工藝帶來的室內(nèi)外溫度應(yīng)力、水蒸汽滲透和熱量傳遞的制約，其常年 “返季節(jié)性”的低溫控制需求令室內(nèi)滑雪場館運(yùn)營能耗成本居高不下。根據(jù)筆者實(shí)際調(diào)研的多家室內(nèi)滑雪場館案例，雖各滑雪場館地域、空間構(gòu)成及營運(yùn)狀態(tài)各不相同，但其用電成本經(jīng)推算平均約0.5-0.6元/天·平米，約為普通商業(yè)建筑耗電量的1.2-1.5倍[2]。室內(nèi)滑雪場館作為新興的高耗能體育性娛樂建筑，將進(jìn)一步加重公共建筑的節(jié)能負(fù)擔(dān)，若不采取相應(yīng)的節(jié)能措施，其高昂的能耗不僅有悖于我國建筑節(jié)能總體規(guī)劃目標(biāo)，更會(huì)影響此類建筑的可持續(xù)發(fā)展。

2 被動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)策略

在室內(nèi)滑雪場館前期設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)分析并權(quán)衡此類建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)策略，是極易被忽視的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在建筑總體和單體策劃之初，綜合考慮項(xiàng)目環(huán)境條件，分析建筑特性，高效利用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)策略，可以守住該類建筑節(jié)能的第一道閘門，帶來事半功倍的節(jié)能效果。

2.1 總體布局策略

在總體布局上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注室內(nèi)滑雪場館所處區(qū)域氣候環(huán)境條件等因素，充分考慮太陽熱輻射、區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向?qū)﹫鲳^冷區(qū)建筑布局的影響；同時(shí)，通過綠化、水體等環(huán)境布局因素改善微氣候條件亦可在總體布局中發(fā)揮較為積極的作用。

2.1.1 避免太陽輻射

室內(nèi)滑雪場館，特別是冷區(qū)部分一般不宜設(shè)置自然采光，太陽輻射往往成為滑雪場館低溫建筑能量消耗的負(fù)擔(dān)，減少或控制太陽輻射更有利于縮減建筑運(yùn)維能量的消耗。因此，在總體布局上，根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域太陽輻射情況，室內(nèi)滑雪場館冷區(qū)建筑形體宜首選北向布局，其次選擇東北或西北朝向，盡量避免太陽輻射最強(qiáng)的西向布局；其次，利用環(huán)境要素或建筑間相互遮蔽，使滑雪場館冷區(qū)建筑長期處于環(huán)境陰影或建筑遮蔽范圍內(nèi)，亦可有效降低太陽輻射。

2.1.2 權(quán)衡主導(dǎo)風(fēng)向

室內(nèi)滑雪場館冷區(qū)常年溫度維持在-3°C至-5°C，這一溫度在夏季低于室外氣溫，冬季又因地域差異而有所不同。北方寒冷地區(qū)冬季室外氣溫一般低于室內(nèi)滑雪場館，而南方炎熱地區(qū)冬季室外溫度一般高于室內(nèi)滑雪場館。因此，考慮滑雪場館設(shè)計(jì)與主導(dǎo)風(fēng)向的關(guān)系，對(duì)于北方寒冷地區(qū)需減少冷區(qū)冬季熱損耗，宜避免建筑垂直于冬季主導(dǎo)風(fēng)向；對(duì)于夏熱冬冷或炎熱地區(qū)，通風(fēng)有利于降低建筑表面溫度，縮減室內(nèi)外溫差以降低能源損耗，滑雪場館宜垂直于全年主導(dǎo)風(fēng)向。

2.1.3 提高景觀覆蓋率

良好的綠化和水體能夠改善區(qū)域范圍內(nèi)微氣候，有助于吸收太陽熱輻射，降低環(huán)境溫度，平衡環(huán)境濕度，有效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。室外綠化在夏季可降低建筑物室內(nèi)外熱傳導(dǎo)6%-30%。建筑設(shè)計(jì)不僅可以考慮在場地范圍內(nèi)適當(dāng)增設(shè)綠化、水體等景觀，以改善場地微環(huán)境溫度，也可以考慮通過設(shè)置墻體垂直綠化，屋頂綠化等方式提高綠化面積。

2.2 建筑設(shè)計(jì)策略

室內(nèi)滑雪場館特別是冷區(qū)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以低溫建筑特性為出發(fā)點(diǎn)，可參考借鑒寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)要素及數(shù)據(jù)指標(biāo)，在冷區(qū)建筑環(huán)境溫度場、建筑體形系數(shù)及建筑圍護(hù)系統(tǒng)隔熱等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)策略性分析將更有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能的控制目標(biāo)。

2.2.1 穩(wěn)定環(huán)境溫度

室內(nèi)滑雪場館冷區(qū)無日照、無自然通風(fēng)，常年維持在穩(wěn)定的低溫和濕度范圍內(nèi)，減少此類建筑室內(nèi)與室外環(huán)境的能量交換，更有利于節(jié)約建筑能耗。與地上建筑相比，地下建筑周圍環(huán)境密閉，不受自然氣候條件的影響，且地下建筑一般冬暖夏涼，更利于形成較為穩(wěn)定的環(huán)境溫度場。創(chuàng)造類地下建筑空間，兼具封閉性及恒溫特性的環(huán)境，對(duì)于室內(nèi)滑雪場館的被動(dòng)節(jié)能較為有利。

2.2.2 控制體形系數(shù)

室內(nèi)滑雪場館建筑形體設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮減少建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積，在體形設(shè)計(jì)上宜簡約，減小單位容積的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面積。建筑的體形系數(shù)是影響建筑耗能的重要因素之一，研究表明，體形系數(shù)每增加0.01，建筑能耗指標(biāo)約增加2.5%。在不影響建筑使用功能前提下，控制體形系數(shù)對(duì)室內(nèi)滑雪場館節(jié)能設(shè)計(jì)尤為重要，一般來說，室內(nèi)滑雪場館體形系數(shù)可參考嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)，控制在0.3以下。

2.2.3 加強(qiáng)圍護(hù)隔熱

受冷區(qū)低溫高濕的環(huán)境要求限制，室內(nèi)滑雪場館對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱防潮要求很高。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計(jì)上，應(yīng)保證隔熱層的連續(xù)性，避免或減少出現(xiàn)熱橋。隔熱應(yīng)首選導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，一般應(yīng)小于0.05 W/m·K。隔熱層的厚度應(yīng)通過計(jì)算決定:隔熱層厚度=隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)*（圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需熱阻-圍護(hù)結(jié)構(gòu)除隔熱層外所有熱阻之和）,所得計(jì)算結(jié)果應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來加以驗(yàn)證。為保持滑雪場隔熱材料性能良好，延長使用壽命，在滑雪場圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的設(shè)計(jì)溫差≥5℃時(shí)應(yīng)設(shè)置隔氣層。如在夏熱冬冷地區(qū)，隔氣層應(yīng)設(shè)置于保溫隔熱層高溫一側(cè)；若在北方寒冷地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的冷熱狀態(tài)或因季節(jié)變化反向逆轉(zhuǎn)，則應(yīng)考慮在隔熱層兩側(cè)均設(shè)置防潮隔氣層。

3 長沙歡樂雪域項(xiàng)目被動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景

項(xiàng)目基地舊址是距離長沙市區(qū)僅10公里的原湖南省新生水泥廠，經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的開采，基地內(nèi)形成一個(gè)直徑約300m～400m，深約100m的巨型采礦坑。項(xiàng)目用地內(nèi)擬建造一座冷區(qū)3萬m2，總面積約9萬m2的室內(nèi)滑雪場，以及一座建筑面積約1萬m2，占地面積約7萬m2的室外水上樂園。

3.2 節(jié)能設(shè)計(jì)策略

3.2.1 依勢打造穩(wěn)定溫度場

項(xiàng)目基地為一座百米深的廢棄礦坑，設(shè)計(jì)摒棄傳統(tǒng)“填埋”式處理方式，力求在保留工業(yè)文化遺址的前提下重新構(gòu)建建筑與環(huán)境的對(duì)話關(guān)系。以地下建筑的恒溫環(huán)境場為啟發(fā)，設(shè)計(jì)將室內(nèi)滑雪場冷區(qū)建筑設(shè)置于地面之下，懸浮于礦坑口部，建筑東、西、北三側(cè)約70%周長范圍為崖壁環(huán)抱，形成近半地下的空間狀態(tài)，建筑與崖壁間形成無對(duì)流且相對(duì)穩(wěn)定的溫度間隙夾層。這一構(gòu)想既在某種程度上利用了地下建筑恒溫環(huán)境特性，大幅度降低主體建筑太陽熱輻射，同時(shí)最大程度弱化建筑形體對(duì)區(qū)域自然環(huán)境的空間壓迫。

3.2.2 控制形體及熱損失

相同空間體積狀態(tài)下，表面積指標(biāo)：球體＜圓柱體＜立方體，但球形體量很難滿足滑雪場空間設(shè)置及功能使用需求，且原有礦坑口部自然形成的弧形邊界與圓柱形體更趨吻合。經(jīng)詳細(xì)分析與測算，以減小礦坑不必要破壞為前提，保證建筑形體與崖體適形的匹配關(guān)系，最終確定的滑雪場近圓柱形建筑形體，其體形系數(shù)低于0.1，遠(yuǎn)低于寒地建筑對(duì)體形系數(shù)的規(guī)范要求。

3.2.3 設(shè)置隔熱屏障與通風(fēng)間層

最大程度上降低滑雪場冷區(qū)建筑太陽熱輻射對(duì)節(jié)約建筑能耗，減小能源消耗負(fù)擔(dān)尤為重要。長沙冰雪樂園屋面面積近3萬m2，如此巨大的屋面若不進(jìn)行處理將持續(xù)吸收太陽輻射，造成運(yùn)維的巨大負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)首次嘗試將室外水樂園垂直疊加于冰雪樂園屋面之上，令室外樂園的水體、綠化形成一道天然的隔熱屏障，阻擋雪樂園建筑通過屋面吸收太陽輻射。同時(shí)，在水樂園與屋面之間設(shè)置可自然通風(fēng)的溫度緩沖間層，進(jìn)一步降低冷區(qū)外表面溫度，緩解能耗壓力。建筑南側(cè)設(shè)置的裝飾性建筑表皮，選用淺色、反射率較高的鋁板材質(zhì)，同樣為建筑節(jié)能起到積極作用。

3.2.4 高效圍護(hù)系統(tǒng)及構(gòu)造

理性選擇室內(nèi)滑雪場適用于低溫、高濕環(huán)境的圍護(hù)系統(tǒng)保溫材料對(duì)此類建筑節(jié)能設(shè)計(jì)至關(guān)重要。長沙歡樂雪域項(xiàng)目在選擇保溫材料時(shí)兼顧材料耐火性能以及導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)等特性，經(jīng)消防安全專項(xiàng)論證，選擇220厚預(yù)制金屬夾芯高性能保溫材料，同時(shí)在保溫材料與建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一道空氣腔體夾層，利用空氣導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于固體物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的特性，提升整體構(gòu)造保溫節(jié)能效果。

3.2.5 強(qiáng)化環(huán)境節(jié)能因素

基地內(nèi)的采礦坑經(jīng)多年廢棄，坑底自然形成一潭湖水，但坑壁巖石基層很難適應(yīng)植被生長。設(shè)計(jì)采用生態(tài)修復(fù)的整體設(shè)計(jì)策略，從保護(hù)坑底自然水體環(huán)境出發(fā)，保留崖壁多處自然滲水點(diǎn)，經(jīng)收集后輸送至水處理機(jī)房，處理達(dá)標(biāo)后作為坑底景觀補(bǔ)水、植被澆灌及工藝補(bǔ)水等使用；崖壁植被修復(fù)采取生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)、客土噴植工藝、環(huán)保草毯復(fù)綠等措施，分區(qū)域修復(fù)崖壁綠植景觀，達(dá)到提升環(huán)境品質(zhì)，調(diào)節(jié)微環(huán)境溫度的作用。

長沙歡樂雪域項(xiàng)目實(shí)景照片

4 結(jié)束語

被動(dòng)式節(jié)能策略研究在室內(nèi)滑雪場館建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍處于嘗試與探索階段，雖然導(dǎo)致室內(nèi)滑雪場館高能耗因素眾多，其能源節(jié)約也有賴于運(yùn)營管理模式的靈活性及先進(jìn)性，但在項(xiàng)目策劃和項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期有意將被動(dòng)式節(jié)能策略融入其中，使其成為總體規(guī)劃及建筑設(shè)計(jì)過程中整體權(quán)衡的因素之一，以較低的設(shè)計(jì)成本獲得更多的建筑、經(jīng)濟(jì)成效，必將為室內(nèi)滑雪場館這一新興建筑類型的可持續(xù)建設(shè)和發(fā)展賦予更多的積極意義。