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        綠色學(xué)校設(shè)計實例——深圳南山外國語學(xué)校

        2021-08-29 01:58:28牛潤卓陸軼辰陳誠張會福
        關(guān)鍵詞:高密度餐廳雨水

        牛潤卓 陸軼辰 陳誠 張會福

        1 深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司

        2 華潤智慧能源有限公司

        3 紐約Link-Arc 建筑事務(wù)所

        如何在高密度的城市環(huán)境中營造怡人的學(xué)習(xí)環(huán)境,是建筑設(shè)計所努力追求的命題。本文以深圳南山外國語學(xué)??迫A學(xué)校設(shè)計為例,探索在城市縫隙中營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。項目地處深圳市南山區(qū)華潤城片區(qū),學(xué)校規(guī)模為九年一貫制學(xué)校,用地總面積35654.9 m2,總建筑面積54215.12 m2,容積率1.50。

        1 綠色學(xué)校設(shè)計目標

        在城市縫隙中生長是本項目的一大特點,伴隨著大沖村的改造,本項目被周圍高密度的超高層住宅所圍繞(圖1),項目周邊地塊容積率已達到7.0 以上。本項目為九年一貫制學(xué)校,需要在3.5 萬m2的用地范圍布置中小學(xué)教室、各類專業(yè)教室、圖書館、體育館、游泳館、演藝報告廳、教師宿舍樓、中小學(xué)學(xué)生餐廳、教師餐廳以及專業(yè)運動操場等一系列建筑物,用地非常緊張。

        圖1 項目所在區(qū)位示意(中心部分為項目位置)

        故在高密度下營造良好的綠色環(huán)境就是本項目需解決的首要問題。其次還要實現(xiàn)綠色建筑三星級的高目標。為解決此問題,利用模擬分析工具精細化布置每一個功能房間,既要保證日照需求,又要留出適當?shù)拈g距,布置策略如下(圖2):

        圖2 項目建筑布局推演(由紐約Link-Arc 建筑事務(wù)所提供)

        本項目已獲得國家三星級標識、2019 亞洲建筑師協(xié)會建筑獎金獎[1](B-3 類:公共設(shè)施/社區(qū)和公用事業(yè)建筑),2019 年度世界建筑節(jié)大獎[2]建成項目:教育建筑入圍獎)及2020 年度德國設(shè)計獎(卓越建筑類別最佳獎)[3]。

        2 綠色技術(shù)策略

        2.1 營造良好的微環(huán)境

        項目位于城市高密度區(qū)域,為減少周邊城市環(huán)境對基地的影響,創(chuàng)造適宜的校園環(huán)境,項目采用水平和垂直相結(jié)合的設(shè)計策略,充分利用建筑模擬分析工具優(yōu)化建筑空間布局,為校園留出綠色的空間。

        2.1.1 場地風(fēng)環(huán)境設(shè)計

        自然通風(fēng)對于學(xué)校而言有著重要意義,因此在整體布局中首要考慮自然通風(fēng)的實現(xiàn),項目所在地夏季和過渡季節(jié)盛行東南偏東風(fēng),風(fēng)速1.3 m/s。

        為實現(xiàn)良好的自然通風(fēng),項目在寶貴的場地和建筑內(nèi)留出了適應(yīng)微觀風(fēng)環(huán)境的廊道,并利用CFD 分析軟件Phoenics 進行驗證,保證自然風(fēng)的順利導(dǎo)入,如圖3、4 所示。

        圖3 項目典型樓層通風(fēng)廊道組織

        從上述分析可以看出,本項目所設(shè)置的通風(fēng)廊道與室外主導(dǎo)風(fēng)向能夠較好的結(jié)合,可以起到明顯的改善建筑微環(huán)境的效果。具體表現(xiàn)在:夏季及過渡季東南偏東風(fēng)作用下,各人員活動高度的地面人員活動區(qū)域通風(fēng)順暢。滿足綠色建筑[4]相關(guān)要求。

        圖4 教學(xué)樓通風(fēng)廊道效果分析

        2.1.2 場地聲環(huán)境設(shè)計

        本項目位于南山大沖街道,周邊均為高密度住宅,且北側(cè)靠近城市快速路沙河西路。為了教學(xué)能有良好的學(xué)習(xí)氛圍,本項目將主要的功能房間放置在建筑內(nèi)部,如教室等。將教師辦公室、行政辦公放置在建筑外部,從而保證學(xué)生有較好的聲環(huán)境。

        通過CADNA 軟件分析結(jié)果(圖5)可見,場地內(nèi)部聲環(huán)境質(zhì)量良好,場地內(nèi)人員主要活動區(qū)域的環(huán)境噪聲滿足國家標準《聲環(huán)境質(zhì)量標準》GB 3096-2008的2 類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲要求,即晝間不大于60 dB(A),夜間不大于50 dB(A)。

        圖5 項目周邊場地1.5 m 高度處聲壓級分布圖

        2.1.3 內(nèi)部光環(huán)境設(shè)計

        受用地影響,本項目建筑布局緊湊。為保證教室及功能房間的采光,本項目在多處開有采光天井,利用房間兩側(cè)及天井等多種措施改善自然采光,如圖6、7 所示:

        圖6 天井采光示意

        圖7 天井自然采光分析

        利用ECOTECT 軟件對項目各功能房間,如普通教室、專科教室、歷史教室、美術(shù)師法室、音樂暢游室、舞蹈室、行政辦公樓、預(yù)留空間、體育館、導(dǎo)師辦公室、德育展示廳、小學(xué)生餐廳、中學(xué)生餐廳、教師餐廳、宿舍、圖書館及閱覽室等區(qū)域進行自然采光分析,93.11%的區(qū)域自然采光滿足綠建要求。

        2.2 高效設(shè)備及設(shè)施應(yīng)用

        將建筑與其使用功能的融合,是建筑機電系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù),也是降低建筑能耗的主要保障。本項目全面采用各類高效機電設(shè)備,具體如下:

        2.2.1 空調(diào)系統(tǒng)

        項目設(shè)置兩種空調(diào)系統(tǒng),其中:籃球場、階梯教室、中學(xué)餐廳采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng),COP=3.36,冷凍水供回水溫度7/12 ℃。熱水供回水溫度45/40 ℃,末端采用全空氣系統(tǒng)。其余功能房間采用多聯(lián)機或風(fēng)空調(diào),均達到一級能效要求。

        因場地局促,籃球場兼做大禮堂功能,位于負一層,為避免梅雨季節(jié)的潮氣侵入,項目制定專門的防潮除濕控制策略:室內(nèi)溫度≤20 ℃時,開啟屋頂風(fēng)冷熱泵制熱,并開啟排風(fēng)機;室內(nèi)溫度>20 ℃時,選擇性開啟空氣處理機組內(nèi)循環(huán)送風(fēng),并開啟新風(fēng)除濕機除濕。當籃球場不用時,特別是3-4 月份,根據(jù)室內(nèi)濕度參數(shù)自動開啟除濕機除濕。

        節(jié)能運行策略:過渡季節(jié)時,全空氣處理機組全新風(fēng)運行。此外,籃球場還設(shè)置CO2監(jiān)控系統(tǒng),并與新風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動,防止集會時濃度超標。

        2.2.2 電氣及光伏系統(tǒng)

        項目全面采用LED 照明燈具,變壓器采用節(jié)能變壓器。項目設(shè)置高效單晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng),組件效率15.89%,裝機容量66.69 kW,設(shè)置于初中部屋頂,年發(fā)電量6.7 萬kWh。

        綜上,經(jīng)e-QUEST 軟件全年8760 小時模擬分析,項目全年用電約40.82 萬kWh,光伏發(fā)電約6.7 萬kWh。按照深圳市強制節(jié)能標準計算參照建筑年用電約50.09 萬kWh,本項目用電降幅約31.89%。

        2.3 節(jié)水措施及海綿城市技術(shù)應(yīng)用

        根據(jù)深圳市海綿城市相關(guān)要求[5],本項目的徑流總量控制率為70%。

        為達到這一目標,本項目采用多種方式消納場地雨水、徑流與污水,將下凹綠地、綠化屋面、透水鋪裝、調(diào)蓄池均勻的“塞入”校園各個角落,通過四個匯水分區(qū)實現(xiàn)消納雨水,如圖8 所示:

        圖8 海綿城市設(shè)施布局示意

        1)雨水及中水回用系統(tǒng)

        項目場地有限,為有效調(diào)蓄雨水并實現(xiàn)海綿城市建設(shè),根據(jù)高差及分區(qū)設(shè)置兩處雨水回用系統(tǒng):一處位于場地東南側(cè),主要用于雨水入滲及回用,容積180 m3;一處位于場地東北側(cè),容積200 m3,均采用“過濾+消毒”工藝,采用地埋式一體化水處理設(shè)備,年累計雨水回用量為3186.2m3,占比81.05%。

        另外,為消納建筑內(nèi)污水,項目自建中水回用系統(tǒng),原水水源為小學(xué)生餐廳,中學(xué)生及教師餐廳的廚房排水,供初中部、綜合樓沖廁使用。最高日用水量為42 m3/d,中水處理采用MBR 膜工藝;全年中水用量為11625 m3,占比51.97%。

        2)透水鋪裝及綠化屋頂

        項目采用地面綠化(占地6050 m2)、屋頂綠化(4409 m2)、下凹式綠地(606 m2)及雨水調(diào)蓄池(調(diào)蓄容積)等措施降低雨水徑流,綜合徑流系數(shù)為0.578。

        3)全部采用1 級節(jié)水器具

        通過以上措施,最終設(shè)計調(diào)蓄容積為795.4 m3,高于《深圳市海綿城市規(guī)劃要點和審查細則》的644.8 m3的要求。

        3 結(jié)論與建議

        本項目共投入圍護機構(gòu)節(jié)能設(shè)計、高效空調(diào)設(shè)備、光伏發(fā)電、中水回用、雨水回用、物理環(huán)境分析、BIM技術(shù)、室內(nèi)污染物監(jiān)控、構(gòu)件外遮陽、節(jié)水器具等20 多項綠色技術(shù),滿負荷運行后預(yù)計年節(jié)約運行費用約68萬元。

        在高密度的城市建設(shè)下營造良好的微環(huán)境已成為越來越多的設(shè)計問題,本文通過項目實踐驗證了高密度下營造綠色學(xué)校的可行性,并為高密度下綠色學(xué)校建設(shè)提供經(jīng)驗借鑒。

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