江禎蓉 高 鋼 張

1 研究背景

隨著《巴黎協(xié)定》的簽訂，世界各國(guó)以全球協(xié)約的方式應(yīng)對(duì)氣候變化，減排溫室氣體，我國(guó)由此提出“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)[1]?！暗吞肌卑l(fā)展成為一個(gè)全國(guó)性的話題，深入到包括建筑界在內(nèi)的各行各業(yè)。

在建筑全生命周期碳排放過(guò)程中，通過(guò)建筑設(shè)計(jì)、技術(shù)提升可實(shí)現(xiàn)減排的階段為建筑運(yùn)行階段，在各類建筑中，既有建筑因存量大、能耗高等特點(diǎn)比新建建筑更需要對(duì)運(yùn)行階段的碳排放進(jìn)行控制[2]，值得關(guān)注的是我國(guó)仍有36%的既有建筑（約254億m2）[3]在農(nóng)村，如何通過(guò)建筑設(shè)計(jì)、技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)農(nóng)村既有建筑運(yùn)行低碳甚至零碳建筑，是時(shí)代賦予當(dāng)代建筑師的責(zé)任。

農(nóng)村既有建筑由于建造背景和建造技術(shù)的原因，在使用過(guò)程中大多存在室外公共活動(dòng)空間缺乏、能耗水平高、室內(nèi)熱舒適度差等問(wèn)題，農(nóng)村建筑的零碳改造面臨三大難點(diǎn)。

（1）如何融合傳統(tǒng)文脈對(duì)公共空間進(jìn)行有機(jī)更新

傳統(tǒng)村落是歷史遺留給現(xiàn)代的寶貴財(cái)富，在傳統(tǒng)村落中又尤以公共空間最具多樣性、最能反映當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗文化，如何融合傳統(tǒng)文脈對(duì)公共空間要素及整體進(jìn)行有機(jī)更新，處理好資源的保護(hù)與發(fā)掘，空間形態(tài)的完整與和諧，功能的傳承與置換等一系列問(wèn)題，為傳統(tǒng)村落適應(yīng)現(xiàn)代化需求的發(fā)展開(kāi)辟了新的思路。

（2）缺乏農(nóng)村既有建筑零碳改造設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

我國(guó)零碳建筑領(lǐng)域的研究目前尚處于起步階段，零碳建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策文件尚未出臺(tái)，受經(jīng)濟(jì)水平的制約，在農(nóng)村推行零碳建筑的難度較大，公眾參與度也低，目前農(nóng)村既有零碳改造項(xiàng)目較少，缺乏相關(guān)零碳改造的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

（3）缺少控制成本的有效手段

目前，隨著產(chǎn)品的技術(shù)更新和進(jìn)步，用于零碳改造的相關(guān)技術(shù)例如光伏等，存在一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但在具體實(shí)施的過(guò)程中仍有一定的增量成本，村民接受度不高，主要依靠政府的政策補(bǔ)貼，用于一些示范項(xiàng)目。

本文以溧水區(qū)山凹村游客中心零碳改造為例，在對(duì)村落傳統(tǒng)文化、建筑風(fēng)貌充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)游客中心周邊環(huán)境進(jìn)行更新改造，營(yíng)造適合交往活動(dòng)的公共空間，并從“節(jié)流”“開(kāi)源”和“增匯”入手，運(yùn)用新技術(shù)，進(jìn)行零碳改造，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化和建筑技術(shù)的結(jié)合，以期對(duì)農(nóng)村公共空間的營(yíng)造和零碳化改造、建設(shè)有所裨益與啟發(fā)。

2 改造項(xiàng)目概況

改造項(xiàng)目位于南京市溧水區(qū)傅家邊風(fēng)景區(qū)深處的山凹村，村落四周群山圍繞，通過(guò)村落主入口的道路與外界聯(lián)通，村落內(nèi)部建筑風(fēng)格為古色古香的徽派建筑，那頗具特色的粉墻黛瓦馬頭墻造型，似乎在訴說(shuō)山凹村的蛻變（圖1）。村莊每年會(huì)舉辦大量的旅游活動(dòng)吸引游客：2～4月有梅花節(jié)、草莓節(jié)；農(nóng)歷三月底，有省非遺蒲塘祠山廟會(huì)；8～9月有采摘節(jié)。村落依托當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、建筑風(fēng)貌和傳統(tǒng)文化形成了獨(dú)具特色的農(nóng)家樂(lè)旅游產(chǎn)業(yè)，吸引著周邊游客前往（圖2～3）。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位圖

圖2 村落內(nèi)現(xiàn)狀農(nóng)家樂(lè)實(shí)景之一

圖3 村落內(nèi)現(xiàn)狀農(nóng)家樂(lè)實(shí)景之二

山凹村整個(gè)村落的空間格局較為清晰，村落入口處保留著地方特色的村牌，通過(guò)入口村牌（圖4），經(jīng)過(guò)四個(gè)對(duì)稱布局的景亭（圖5），即進(jìn)入了山凹村。村落布局由主要道路串聯(lián)起公共活動(dòng)場(chǎng)所、居住休息場(chǎng)所、觀光游覽場(chǎng)所等三類空間節(jié)點(diǎn)：①游客集中聚集、活動(dòng)的場(chǎng)所——游客服務(wù)中心，是整個(gè)村落的標(biāo)志性建筑物，進(jìn)入村落后的第一棟建筑；②各具特色的農(nóng)家樂(lè)建筑，順著村落主要道路南北兩側(cè)布局，為游客提供吃飯、住宿的場(chǎng)所；③遇園景點(diǎn)，位于村落主要道路的盡頭，打造“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”的意境，作為游客游覽、觀光場(chǎng)所。

圖4 入口處村牌

圖5 入口處景亭

在這三類空間節(jié)點(diǎn)中，游客中心由于其本身具有游客接待的功能，又可供村民進(jìn)行公共活動(dòng)，因此具備改造成為游客、村民公共活動(dòng)場(chǎng)所的條件，結(jié)合景觀總平面優(yōu)化設(shè)計(jì)、建筑功能空間的有機(jī)更新，打造一處公共活動(dòng)、共享交流的空間場(chǎng)所，同時(shí)結(jié)合當(dāng)下碳達(dá)峰、碳中和政策的要求，將其打造成為零碳建筑，使此空間節(jié)點(diǎn)成為整個(gè)村落最主要的公共活動(dòng)空間，成為村落生活和歷史延續(xù)的最好明證。

改造前游客中心建筑朝向?yàn)檎媳毕?，平面布局呈“T”字形，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)為一層，檐口高度為3.2m，屋脊高度為5.1m，總建筑面積為99.04m2。

3 農(nóng)村建筑零碳改造實(shí)施路徑

通過(guò)上述現(xiàn)狀調(diào)研分析，本次零碳改造的實(shí)施路徑主要包括四方面： ①“新”——對(duì)室外公共空間進(jìn)行有機(jī)更新，使公共空間重新煥發(fā)活力；②“節(jié)”——加速提升建筑節(jié)能水平，包括建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、設(shè)備能源利用效率的提升；③“增”——和當(dāng)?shù)仫L(fēng)貌相融合的可再生能源建筑應(yīng)用，提高建筑“產(chǎn)能”能力；④“固”——多方位、多層次地加大綠地面積，提高植物碳匯能力，最后，通過(guò)對(duì)標(biāo)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51350—2019），打造全國(guó)第一棟通過(guò)零能耗建筑認(rèn)證（設(shè)計(jì)階段）的村鎮(zhèn)建筑零碳改造案例（圖6～7）。

圖6 零碳建筑改造后實(shí)景

圖7 零碳改造技術(shù)體系

3.1 “新”——空間有機(jī)更新

（1）總平面布局更新

村落豐富的公共生活需要公共性的場(chǎng)所承載，村民文化自信的重塑同樣需要標(biāo)志性的空間彰顯。位于村落入口處的游客服務(wù)中心改造扮演著重要的角色，通過(guò)場(chǎng)所空間的改造，使其再次成為村民日常活動(dòng)的中心，承載更加多元的農(nóng)村公共生活。

改造前游客中心外部環(huán)境質(zhì)量較差（圖8），雖然配套有活動(dòng)設(shè)施，但其到達(dá)流線設(shè)計(jì)不合理，無(wú)明顯的出入口，不方便進(jìn)入，造成社會(huì)性活動(dòng)以及自發(fā)性活動(dòng)的減少，空間缺乏活力，無(wú)法吸引使用者駐足停留[4]，需要通過(guò)改造更新，激發(fā)社會(huì)性活動(dòng)。同時(shí)，正對(duì)改造建筑主入口處設(shè)置一配電箱，阻擋視線，使人們心理上不想駐足停留（圖9）。

圖8 改造前周邊雜亂環(huán)境

圖9 改造前入口處配電箱

在改造過(guò)程中，將入口處配電箱移走，打開(kāi)主入口處空間界面，同時(shí)在建筑西側(cè)新增一處半室外廊道，將建筑室內(nèi)空間向外延伸，經(jīng)過(guò)半室外的廊道空間向室外景觀綠地?cái)U(kuò)展，通過(guò)建筑室內(nèi)空間—半室外空間—室外空間的設(shè)置，使得各類空間在功能上有一定的相關(guān)性；形式上有一定的延續(xù)性，拓展原本受限的空間，使主入口和西側(cè)空間設(shè)計(jì)更為舒展、開(kāi)闊。為了更好地向來(lái)往游客傳遞節(jié)能減排、低碳發(fā)展的美好愿景，項(xiàng)目在半室外走道空間，設(shè)立發(fā)電動(dòng)感單車體驗(yàn)區(qū)等，利用自身平臺(tái)效應(yīng)，通過(guò)趣味性方式發(fā)揮項(xiàng)目零碳示范宣傳作用。

室外公共活動(dòng)空間的構(gòu)建引導(dǎo)了室外行為活動(dòng)的產(chǎn)生，室外景觀綠地改造過(guò)程中，室外廊道向綠化景觀伸出平臺(tái)，結(jié)合景觀布置1.2m高鏤空景墻、座椅、遮陽(yáng)篷等景觀小品，吸引人們駐足停留，提升了人與人之間的交往欲望和交往頻次，形成一處集游憩、交流、活動(dòng)的多功能公共空間[5]。改造后建筑總平面圖如圖10所示。

圖10 改造后總平面圖

（2）建筑空間功能更新

改造前功能空間僅為農(nóng)產(chǎn)品展示空間，改造過(guò)程中加入房間預(yù)訂、低碳技術(shù)展示、自助服務(wù)休息等功能，擴(kuò)大了建筑功能模塊，對(duì)流線要求更高，改造過(guò)程中將農(nóng)產(chǎn)品展示、游客休息區(qū)等功能模塊改造至主入口處，服務(wù)咨詢臺(tái)改造至建筑內(nèi)部，并另外增設(shè)出口，使得整個(gè)建筑功能布局上更為合理、順暢，同時(shí)，西側(cè)增設(shè)的出入口，使室外活動(dòng)空間的到達(dá)流線更為便利（圖11）。

圖11 改造后西側(cè)公共活動(dòng)空間

半室外的景觀廊道除了延展了建筑空間外，還兼具了氣候緩沖區(qū)的功能，夏季，在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的西側(cè)，通過(guò)半室外空間形成一定的遮擋，減少直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射量，起天然調(diào)節(jié)的作用。項(xiàng)目東北側(cè)增設(shè)一處殘疾人坡道，方便不同使用者對(duì)空間的使用，改造后建筑平面圖如圖12所示。

圖12 零碳建筑改造后平面圖

在建筑功能空間改造更新的同時(shí)，引入了低碳新技術(shù)，如：室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、建筑能耗管理系統(tǒng)等。室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PM2.5、CO2、TVOC、溫濕度等環(huán)境參數(shù)，當(dāng)空氣質(zhì)量不佳時(shí)，啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。能源管理系統(tǒng)，設(shè)立工作站，逐時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目用能情況、屋頂光伏產(chǎn)能情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合理計(jì)劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

各類空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、能源生產(chǎn)及消費(fèi)數(shù)據(jù)均以生動(dòng)化、清晰化的形式展示在室內(nèi)東側(cè)墻面大屏上，利用信息化手段向公眾呈現(xiàn)項(xiàng)目零碳運(yùn)行成果。此外，項(xiàng)目信息化系統(tǒng)中還設(shè)置有智慧旅游模塊，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取溧水山凹村旅游相關(guān)信息，例如交通、餐飲、住宿、景點(diǎn)客流等，新技術(shù)的運(yùn)用與展示，使得低碳技術(shù)更能被感知、體驗(yàn)，并融入村民的生活中，起到良好的教育、示范、推廣作用。

3.2“節(jié)”——建筑能效提升

項(xiàng)目原外墻采用混凝土砌塊，屋頂為瓦屋面，窗戶為單層玻璃窗，整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)未見(jiàn)相關(guān)保溫措施，室內(nèi)未有相關(guān)提升舒適度的技術(shù)措施，造成單體建筑能耗較高、室內(nèi)熱舒適性差等問(wèn)題。

項(xiàng)目零碳改造采用“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”[6]的原則，利用“微改造”措施，如：增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能、提高空調(diào)系統(tǒng)能效、節(jié)能照明能效，降低項(xiàng)目使用階段能耗、增設(shè)全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)，提升室內(nèi)環(huán)境舒適度，倡導(dǎo)一種因地制宜的零碳改造模式。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)能效提升

項(xiàng)目在保留原有基礎(chǔ)構(gòu)造的前提下對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能進(jìn)行提效升級(jí)，屋頂增設(shè)120mmB1級(jí)擠塑聚苯板，在南側(cè)坡屋面檐口處，將下側(cè)室外走道區(qū)域的保溫層厚度適當(dāng)減薄，使檐口部位的設(shè)計(jì)更為輕巧，改造后屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.29W/（m2·K）（圖13）。

圖13 屋頂保溫構(gòu)造做法詳圖

外墻增設(shè)120mmA級(jí)巖棉板，改造后傳熱系數(shù)為0.36 W/（m2·K）（圖14），外窗采用塑鋼窗高透雙銀Low-E暖邊5Low-E+19Ar+5+9Ar+5，傳熱系數(shù)為1.70 W/（m2·K）。建筑南、北、西側(cè)窗戶均設(shè)置寬度大于1.5m的走道，作為固定遮陽(yáng)設(shè)施，東側(cè)窗戶，采用玻璃自遮陽(yáng)的形式，或結(jié)合內(nèi)部高反射率涂料進(jìn)行遮陽(yáng)設(shè)計(jì)。改造后各部位熱工性對(duì)標(biāo)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51350—2019）參數(shù)如表1所示。

圖14 外墻保溫構(gòu)造做法詳圖

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)比表

（2）能源設(shè)備和系統(tǒng)效率提升

①高效空調(diào)系統(tǒng)。為了提高能源設(shè)備的利用效率，項(xiàng)目在改造過(guò)程中采用輸配能耗低，能效比高的多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)（VRF），空調(diào)系統(tǒng)的綜合能源效率IPLV（C）達(dá)到6.2，在提升能源設(shè)備效率的同時(shí)，增設(shè)全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)，引入健康新風(fēng)，提高室內(nèi)舒適度（圖15）。

圖15 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造示意圖

②照明設(shè)計(jì)。項(xiàng)目建筑功能為房間預(yù)訂及農(nóng)產(chǎn)品展示等，對(duì)照明要求不高，在改造過(guò)程中，選用照明功率密度為6.0W/m2的LED燈，滿足功能照明要求的同時(shí)，照明功率密度在《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）目標(biāo)值的基礎(chǔ)上提升25%（圖16）。

圖16 照明系統(tǒng)節(jié)能改造示意圖

③吊扇。為了倡導(dǎo)低碳節(jié)能的生活模式，宣傳行為節(jié)能理念，改造過(guò)程中在房間內(nèi)增設(shè)吊扇，在過(guò)渡季節(jié)室內(nèi)使用者較少的情況下，關(guān)閉空調(diào)，開(kāi)啟吊扇和外窗，采用自然通風(fēng)的形式，節(jié)約能源。

3.3“增”——建筑“產(chǎn)能”增強(qiáng)

可再生能源是零碳建筑必不可少的實(shí)施路徑之一，改造過(guò)程中，如何將光伏技術(shù)與建筑瓦屋面融合滲透，最終創(chuàng)造出融合了地方文化，又體現(xiàn)零碳[7]效果的技術(shù)措施是本次改造的重點(diǎn)。

為了更好地保留山凹村粉墻黛瓦的傳統(tǒng)建筑風(fēng)貌，選用銅銦鎵硒雙玻三曲光伏瓦作為建筑屋面構(gòu)件進(jìn)行鋪設(shè)，選擇在日照充足的建筑南面、東面、西面鋪設(shè)約162m2薄膜太陽(yáng)能光伏瓦，在基本無(wú)日照的北面鋪設(shè)配套的裝飾瓦，瓦屋面改造過(guò)程中還配套有收邊瓦、溝瓦、檐口瓦等（圖17）。

圖17 雙波三曲瓦柔性可彎曲薄膜太陽(yáng)能發(fā)電組件

改造后建筑產(chǎn)能側(cè)光伏瓦總裝機(jī)容量為13.35kWp，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為1.3萬(wàn)kWh，折合單位建筑面積可再生能源發(fā)電量為133.1kWh/m2，建筑用能側(cè)折合一次能耗為111.25kWh/m2，滿足建筑運(yùn)行階段零能耗目標(biāo)要求，指標(biāo)如表2所示。3.4“固”——碳匯能力提升

表2 建筑能效指標(biāo)核算

除了降低建筑碳排放的建筑功能空間更新、本體的能效提升措施，抵消建筑碳排放的可再生能源利用措施外，低碳建筑的實(shí)施路徑還包括了固碳能力的提升，即綠化植物對(duì)空氣中CO2的吸收。改造過(guò)程中，在項(xiàng)目東立面設(shè)置約13.56m2的垂直綠化，平均單位綠地面積固碳量按4.7tCO2/萬(wàn)m2計(jì)，項(xiàng)目垂直綠化固碳量為6.37kg。

4 農(nóng)村建筑零碳改造后評(píng)估及碳排放計(jì)算

4.1 零碳改造造價(jià)分析

根據(jù)改造工程量統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目零碳改造完成后，整體建設(shè)費(fèi)用約為921835.20 元，具體各單項(xiàng)費(fèi)用如表3所示。

表3 項(xiàng)目單項(xiàng)工程費(fèi)用清單

其中，拆除工程包含原屋頂瓦、外立面的拆除；改造工程涵蓋了圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能改造、新增景墻及廊道費(fèi)用、外立面出新費(fèi)用等；室內(nèi)空調(diào)及管道安裝工程包含了空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)改造及管道配套工程；太陽(yáng)能光伏瓦改造工程包含了光伏瓦造價(jià)、設(shè)備系統(tǒng)、服務(wù)費(fèi)等內(nèi)容。

項(xiàng)目總造價(jià)中，占比較大的2項(xiàng)為改造工程、太陽(yáng)能光伏瓦工程，分別占總造價(jià)的49.41%、43.19%，高昂的光伏組件成本仍然是現(xiàn)在零碳改造無(wú)法突破的難點(diǎn)，但隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國(guó)家推動(dòng)農(nóng)村光伏落地舉措的進(jìn)行，相信在不久的將來(lái)，農(nóng)村低碳改造的成本能夠得到大幅度降低。

4.2 碳排放計(jì)算

（1）全生命周期碳排放計(jì)算

改造完成后，根據(jù)工程量清單，運(yùn)用軟件進(jìn)行項(xiàng)目全生命周期的碳排放計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 全生命周期碳排放數(shù)據(jù)

各階段碳排放比例示意圖如圖18所示。

圖18 LCA（50年）碳排放比例

（2）可再生能源減碳量

項(xiàng)目可再生能源減碳量如表5所示。

表5 項(xiàng)目碳補(bǔ)償數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目全生命周期的碳排放可通過(guò)可再生能源抵消，滿足全生命周期內(nèi)碳排放量和碳吸收量平衡的要求。

結(jié)語(yǔ)

溧水山凹村游客中心零碳改造項(xiàng)目是農(nóng)村地區(qū)建筑零碳改造的一次初步探索，在項(xiàng)目全生命周期改造過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)及分析得出如下結(jié)論。

①隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，零碳建筑在農(nóng)村的實(shí)施意義不僅是打造一棟高科技建筑，更多地需要結(jié)合當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文脈特征，營(yíng)造體現(xiàn)鄉(xiāng)土文化的公共活動(dòng)空間，繼承“傳統(tǒng)”的同時(shí)進(jìn)行有機(jī)更新，使傳統(tǒng)村落適應(yīng)現(xiàn)代化的使用需求。

②屋頂光伏技術(shù)將成為農(nóng)村零碳改造的必要技術(shù)。農(nóng)村必須規(guī)?；赝七M(jìn)光伏技術(shù)，如整縣推進(jìn)，才能有效解決光伏價(jià)格的瓶頸。

③以目前的建造技術(shù)水平結(jié)合成本因素，對(duì)于農(nóng)村地區(qū)既有建筑的能效改造目標(biāo)初步界定為超低能耗建筑，零能耗建筑甚至零碳建筑可作為示范項(xiàng)目，在前期對(duì)廣大群眾進(jìn)行零碳技術(shù)的宣傳與教育，為今后零碳建筑在農(nóng)村的大范圍推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

資料來(lái)源：

圖17：http://www.hanergy.com/channel/hanWa.html；

文中其余圖表為作者自繪。