趙 妍，李柱梁，彭云東，王玥

（吉林建筑科技學(xué)院，長春 130114）

“雙碳”背景下綠色建筑科技已成為初設(shè)階段的評價內(nèi)容。嚴寒地區(qū)節(jié)能降碳潛力大，結(jié)合學(xué)科競賽對既有建筑進行綠色改造相關(guān)設(shè)計和技術(shù)探討可以帶來經(jīng)濟和社會效益。嚴寒地區(qū)自然環(huán)境相對惡劣，四季溫度變化較大，對建筑室內(nèi)物理環(huán)境要求較高?；凇疤贾泻汀蹦繕耍覈扔薪ㄖ?0%是不節(jié)能的建筑，這與新時代所倡導(dǎo)的美好生活理念相悖[1]。根據(jù)性能表現(xiàn)的嚴寒地區(qū)既有建筑綠色化改造方法，建立基于性能模擬的敏感度預(yù)測模型，結(jié)合建筑光環(huán)境、聲環(huán)境和舒適性等性能指標，整合優(yōu)化改造措施，降低既有建筑改造試錯成本，對既有建筑改造綜合性提升有指導(dǎo)意義，從多學(xué)科視角完善了方案設(shè)計階段建筑改造技術(shù)措施選擇，是我國實現(xiàn)“雙碳”承諾的有效途徑[2]。

1 項目概況

1.1 氣候分析

長春地處東北地理中心，春季干旱多風，夏季溫暖短促，秋季晴朗溫差大，冬季嚴寒漫長。年平均氣溫4.6 ℃，年降水量600～700 mm，全年冰凍期為5 個月。

1.2 方案簡介

科技競賽要求作品改造真實場地，營造綠色社區(qū)，自擬場地師生在此過程中會基本了解綠建評價標準相關(guān)條文，以便后期星級評價得到一星以上分數(shù)。最終公建項目選定位于長春市朝陽區(qū)的某教學(xué)樓建筑，北鄰桂林路商圈，西鄰南湖公園；四周有吉林大學(xué)南嶺校區(qū)、吉林藝術(shù)學(xué)院和東北師范大學(xué)附屬小學(xué)等學(xué)校建筑。校區(qū)500 m 內(nèi)有多處公交站點及地鐵站，交通便利，環(huán)境優(yōu)美，設(shè)施齊全。本次參賽項目于2005 年設(shè)計建成，建筑為7 層混合結(jié)構(gòu)，面積為9 574 m2。綠化率30%，體型系數(shù)0.17，功能用途為教學(xué)樓。

1.3 設(shè)計理念

設(shè)計以“綠色”科技為機要點，秉承可持續(xù)發(fā)展觀和以人為本的初心，力求在滿足環(huán)境、衛(wèi)生和舒適度的同時高效運行被動式節(jié)能方式，提升資源利用降低能耗，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保兼具的科技建筑。

暖——單體朝向選擇及空間布局適應(yīng)氣候特征，結(jié)合嚴寒C 區(qū)氣候條件和原建筑風格，改變圍護結(jié)構(gòu)保溫性能，使嚴寒地區(qū)建筑在節(jié)能的同時獲得溫暖舒適地體驗。

陽——科學(xué)引入通風中庭和采光天井，玻璃幕墻設(shè)計增加了陽光的攝入，配合太陽能板設(shè)計提高清潔能源利用率，降低建筑能耗。

苑——改造的教學(xué)樓。簡潔的體量和立面設(shè)計形成了較低的體型系數(shù)，營造出宜人的教學(xué)環(huán)境，符合教學(xué)類建筑學(xué)術(shù)莊重典雅的氛圍（圖1）。

圖1 科技智能建筑效果圖

1.4 現(xiàn)狀問題和初步改造方案

老舊教學(xué)樓改造前教學(xué)樓內(nèi)光線昏暗，全靠人工采光，教學(xué)樓外立面的內(nèi)凹設(shè)計，不僅浪費了使用空間，而且沒有起到預(yù)期的采光效果。建筑存在廁所老舊、走廊燈光昏暗等問題。自然光利用率低且走廊內(nèi)長時間開燈，浪費電力資源，且西側(cè)功能空間下午西曬問題嚴重。現(xiàn)有建筑冬季供暖條件不理想，冬季冷風滲透問題嚴重，門窗老舊，嚴寒冬季建筑室內(nèi)溫度較低，不利于師生日常生活。

通過BIM 技術(shù)建模后，導(dǎo)入斯維爾軟件進行性能模擬，對改造技術(shù)措施進行優(yōu)化選擇。對建筑整體和周邊環(huán)境進行重新組織設(shè)計。結(jié)合海綿城市理念對建筑周邊綠地進行重新設(shè)計，增加透水鋪裝地面，環(huán)保型雨水口，增設(shè)電動汽車充電設(shè)施。在改造前各個平面存在較多問題，但為減少建筑在改造中的碳排放量，也盡可能減少大量拆建。為增加教學(xué)樓內(nèi)部空間趣味性，在一層布置通高展廳；結(jié)合后疫情時代需求，在原南側(cè)入口處改建了醫(yī)務(wù)室和隔離室，同時為了適應(yīng)未來融合式教學(xué)常態(tài)化，把個別會議室和教室改為混合式教學(xué)教室。

2 基于BIM 技術(shù)的建筑室內(nèi)外環(huán)境模擬分析

2.1 體型系數(shù)

在嚴寒地區(qū)，通?？梢砸詼p小建筑表面積、減小體型系數(shù)的方式來達到建筑節(jié)能的目的。建筑改造過程中，針對原有建筑內(nèi)凹立面進行調(diào)整，原有立面不利于采光的同時也導(dǎo)致體型系數(shù)較高。改造后變成圓弧形立面，在造型上更豐富生動聯(lián)動，同時對于體型系數(shù)的調(diào)整也達到了一定的節(jié)能目的。

2.2 建筑碳排放

通過碳排放模擬分析，外墻改造同時在巖棉板外側(cè)增加了BIPV 光伏板，降低建筑運行碳排放同時還能讓建筑產(chǎn)生清潔能源，推動我國順利實現(xiàn)碳中和目標[3]。利用南側(cè)墻面3—6 層平臺種植藤蔓植物作為墻面綠化措施增加碳匯。

2.3 綠色建筑評價

綠色建筑評價評估報告顯示：本項目最終得分79分，二星級，改造后本項目在安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居、提高與創(chuàng)新6 大方向均有改善（圖2）。

圖2 綠色建筑評價評估報告

3 既有建筑綠色改造的方案選擇與技術(shù)運用

3.1 被動式節(jié)能方式的運用

巖棉熱阻大兼具保溫、防火性能，是建筑圍護結(jié)構(gòu)A 級防火的優(yōu)質(zhì)材料，適用東北地區(qū)冬季外圍護結(jié)構(gòu)的保溫[4]。改變A 級巖棉板厚度達到設(shè)計要求。增加顏色較深的外墻材料進行裝飾，加大南向房間的采光面積和窗地比，以提高得熱性能。外窗改造方面把原60系列（三腔）（空氣）4+9A+4+9A+4 暖邊密封構(gòu)造改為Low-E+白玻中空5+12A+5Low-E+9A+5 鋁條密封、70系列平開推拉窗（五腔）（氬氣）4+12A+4Low-E+12A+4暖邊密封、幕墻為斷橋鋁5+12A+5Low-E（氬氣）斷橋?qū)?4.0 mm 膠條封邊3 種構(gòu)造類型，提高了圍護結(jié)構(gòu)熱工性能。改善了原外窗建筑年代已久，窗戶氣密性較差，冬季冷風滲透量較大的問題。建筑屋頂改造方面提高屋頂保溫材料EPS 保溫板厚度，設(shè)置保溫屋面，提高屋頂蓄熱能力，在防水層上直接設(shè)置保溫隔熱層。

3.2 主動優(yōu)化節(jié)能

3.2.1 可再生能源利用

1）太陽能光伏板。在建筑屋頂設(shè)置太陽能光伏板，建筑外立面安裝太陽能光伏面板，并結(jié)合BIPV 板實現(xiàn)光伏建筑一體化，實現(xiàn)建筑西立面局部遮陽及視線遮擋，保證空間的私密性，防止室內(nèi)眩光。降低建筑能耗的同時還能讓建筑產(chǎn)生清潔能源，推動我國順利實現(xiàn)雙碳目標。光伏發(fā)電用于公共區(qū)域照明，余量并入電網(wǎng)獲取收益。

2）新能源汽車充電樁。結(jié)合GB/T 50348—2014《綠色建筑評價標準》技術(shù)要求，配備車輛充電設(shè)備，減少城市汽車尾氣及溫室氣體排放，是綠色建筑為實現(xiàn)我國碳達峰、碳中和的技術(shù)貢獻[5]。

3）地源熱泵。增設(shè)地源熱泵，其具有一機多用、維護費用低、污染小、壽命長和節(jié)省空間等優(yōu)點，能有效地改善室內(nèi)熱舒適度，地埋管熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的能耗。太陽能源多次利用是可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn)。

3.2.2 海綿城市理念。

1）屋頂雨水收集利用。在設(shè)置沿口綠化的南側(cè)屋頂處設(shè)置集水槽，收集屋面雨水，用于澆灌南側(cè)沿口種植的綠化植物，減少雨水徑流，降低地面排水壓力。

2）透水鋪裝地面。本項目停車位布置在水泥混凝土路面上。改造時采用海綿理念，將停車位改造為混凝土植草磚，停車位草坪覆蓋率達到30%，夏季可以降低園區(qū)地面熱量反射，改善熱島效應(yīng)。

3）環(huán)保型雨水口。按照規(guī)范在校園道路內(nèi)的雨水口增加攔污籃，從源頭攔截雨水中較大的污染物。濾水桶設(shè)置孔隙，濾水桶上設(shè)有溢流口，雨量較大時可以直接溢流。下部設(shè)有沉淀區(qū)，可積淤深度為300 mm。出水管前設(shè)置防臭管，攔截浮渣油污，阻擋臭氣。能夠去除25%雨水中的固體懸浮污染物[6]。

3.2.3 節(jié)水器具及防疫設(shè)計

1）節(jié)水器具。衛(wèi)生間原采用的大便槽統(tǒng)一改造為一級節(jié)水器具，按照CJT 164—2014《節(jié)水型生活用水器具》坐便器沖洗水量不大于4 L；小便器及水龍頭采用感應(yīng)龍頭，小便器沖洗水量不大于2 L，水龍頭水嘴流量不大于0.1 L/s。

2）后疫情時代改造?；诤笠咔闀r代，對建筑防疫設(shè)計進行反思，在原南側(cè)入口處改建了醫(yī)務(wù)室和隔離室，同時為了適應(yīng)未來融合式教學(xué)常態(tài)化，把個別會議室和教室改為混合式教學(xué)教室，以適應(yīng)后疫情時代對教學(xué)樓的要求。

3.3 綠化固碳

建筑南側(cè)立面在3—6 層平臺上種植藤蔓植物作為墻面綠化措施，夏季遮擋陽光，體現(xiàn)立體綠化與外遮陽的等效熱阻優(yōu)勢，冬季植物枯萎可充分利用日照輻射得熱，提高室內(nèi)房間溫度[7]。

4 數(shù)字科技振興高校學(xué)術(shù)建設(shè)

科技學(xué)科競賽充分調(diào)動學(xué)生參與課程的積極性，使教學(xué)模式更加生動，使學(xué)與用融合得更好，相互促進。學(xué)生可以在短時間內(nèi)得到專業(yè)水平的提升。不同的設(shè)計理念碰撞能夠開拓學(xué)生視野，幫助學(xué)生得到更好的發(fā)展。教師在指導(dǎo)競賽過程中完善了自己的知識儲備，同時可以用學(xué)科競賽促進科學(xué)研究的發(fā)展，在學(xué)科競賽中總結(jié)經(jīng)驗促進教學(xué)改革發(fā)展。產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人可以達到推動人才培養(yǎng)創(chuàng)新發(fā)展的目的。數(shù)字化學(xué)科建設(shè)應(yīng)將社會需求、企業(yè)需求、科研成果與人才培養(yǎng)無縫銜接、創(chuàng)新并推廣。

5 結(jié)束語

“碳達峰”“碳中和”是我國對世界做出的鄭重承諾，“雙碳”目標已成為貫徹落實生態(tài)文明建設(shè)國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的重要任務(wù)之一，發(fā)展綠色建筑是建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。參加綠色建筑設(shè)計技能大賽不僅豐富師生的實踐經(jīng)驗，同時也可以滿足建筑類院校對綠色建筑教學(xué)的需求，由于BIM 技術(shù)其信息化、參數(shù)化及可視化的特點為綠色建筑的設(shè)計提供了更有效的解決方案。

國家支持開展綠色低碳技術(shù)發(fā)展，學(xué)科競賽可以引導(dǎo)學(xué)生從競賽中了解綠色建筑、了解節(jié)能減排，實踐中學(xué)到的知識水平比教科書中理論知識的掌握更扎實。同時，也可以在專業(yè)課程設(shè)計融入節(jié)能減排理念，從而在思維上植入綠色概念。國家倡導(dǎo)積極推動既有建筑節(jié)能改造，通過對一批高能耗、低能效的既有建筑實施節(jié)能改造，提高建筑運行能耗、降低建筑碳排放。可以實現(xiàn)我國“雙碳”承諾。因此，綠色設(shè)計競賽是在學(xué)生、教師、產(chǎn)學(xué)合作與社會實踐等多方面積極響應(yīng)“雙碳”目標。