孫金坤，念紅芬，馮云平，程 敏，楊明翱

(1.攀枝花學(xué)院土木工程學(xué)院，四川攀枝花617000;2.攀枝花學(xué)院工程結(jié)構(gòu)研究所，四川攀枝花617000;3.四川省八佾建筑設(shè)計(jì)研究院，四川攀枝花617000)

隨著國(guó)家對(duì)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?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)的頻率不斷升高，越來(lái)越多的建筑在體現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的同時(shí)也在行為上實(shí)現(xiàn)綠色、低碳。攀枝花學(xué)院游泳館建筑設(shè)計(jì)就是在這樣一個(gè)背景下孕育而生。

1 工程概況

攀枝花學(xué)院游泳館位于攀枝花學(xué)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(jié)構(gòu)，輔助用房采用框架結(jié)構(gòu)，工程預(yù)算1 200萬(wàn)元，建筑安裝費(fèi)800萬(wàn)元。該工程是我省第一個(gè)太陽(yáng)能游泳館，擬建成一座多方面利用節(jié)能技術(shù)的綠色示范公共建筑，已申報(bào)省“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材及環(huán)保示范項(xiàng)目”，為攀西地區(qū)推行綠色建筑打造樣板工程。

項(xiàng)目所在攀枝花地區(qū)屬于南亞熱帶為基帶的立體氣候類(lèi)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(shí)數(shù)約為2 737 h小時(shí)，是全國(guó)開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能等公建節(jié)能設(shè)計(jì)條件最好的地區(qū)之一。

2 設(shè)計(jì)理念和目標(biāo)

在項(xiàng)目的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)，保護(hù)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(shè)計(jì)、建造和使用的行為對(duì)資源和環(huán)境的負(fù)面沖擊達(dá)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(shè)計(jì)，同時(shí)還包括建造的方式和維持建筑運(yùn)轉(zhuǎn)的方式［1］。

根據(jù)這一理念，該項(xiàng)目制定了如下可持續(xù)目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)低碳綠色建筑的設(shè)計(jì)理念。

(1)生態(tài)性:補(bǔ)償場(chǎng)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(nèi)有良好的溫度、濕度和照度;

(3)健康性:提高室內(nèi)外空氣質(zhì)量，促進(jìn)使用者身心健康;

(4)低運(yùn)行能耗:通過(guò)利用可再生能源及對(duì)建筑進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)行過(guò)程中的化石能源低消耗，建筑節(jié)能目標(biāo)為70%～75%;

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

該項(xiàng)目主要在生態(tài)化規(guī)劃布局、結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化、保溫隔熱設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能源利用、綠色建筑材料應(yīng)用、水資源循環(huán)利用等方面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)低碳綠色建筑目標(biāo)，為攀西地區(qū)推行綠色建筑提供技術(shù)參考。

3 設(shè)計(jì)策略及綠色技術(shù)整合

3.1 生態(tài)化規(guī)劃布局

建筑布局與小區(qū)結(jié)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(guò)科學(xué)的整體設(shè)計(jì)，集成綠色配置、自然通風(fēng)、自然采光、低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新能源利用、中水回用、綠色建材等新技術(shù)，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(wú)害等特點(diǎn)。

圖1 游泳館鳥(niǎo)瞰圖

3.2 結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

結(jié)構(gòu)體系包括建筑承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑使用功能的要求及當(dāng)?shù)亟ㄖY(jié)構(gòu)選型和圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的一般原則，充分考慮地域的氣候特點(diǎn)和構(gòu)造方式，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)體系的最大優(yōu)化。

3.2.1 采用鋼結(jié)構(gòu)承重體系

在滿(mǎn)足多功能建筑使用要求的前提下，在我國(guó)鋼材產(chǎn)量、質(zhì)量雙向趨好的同時(shí)，建筑主體采用鋼結(jié)構(gòu)，從而最好的實(shí)現(xiàn)綠色低碳，也最大限度地降低對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)能源的消耗。

3.2.3 控制形體系數(shù)

在滿(mǎn)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(yīng)選擇形狀因子小的建筑底平面形狀。同時(shí)滿(mǎn)足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(表1)。

表1 形體參數(shù)

3.2.3 控制窗墻比

在滿(mǎn)足自然采光和通風(fēng)要求的前提下，控制窗墻面積比，減少因開(kāi)窗面積過(guò)大帶來(lái)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(mǎn)足窗墻比要求(表2)。

表2 窗墻面積比

3.3 保溫隔熱設(shè)計(jì)

3.3.1 屋面保溫隔熱設(shè)計(jì)

(1)游泳館的主體結(jié)構(gòu)部分用鋼結(jié)構(gòu)，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(shù)，屋面構(gòu)造中借鑒《廣州大學(xué)城建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，構(gòu)造主要為:屋架上設(shè)置檁條，檁條與壓型彩鋼屋面板之間采用硬質(zhì)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(gòu)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(gòu)造。

3.3.2 門(mén)窗保溫隔熱設(shè)計(jì)

該建筑外窗、玻璃幕墻采用了各種固定或活動(dòng)式遮陽(yáng)裝置。外部遮陽(yáng)系數(shù)按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(yáng)系數(shù);門(mén)窗采用塑鋼型材，以提高其保溫性能。門(mén)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(shè)計(jì)

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

圖2 低溫(水媒)輻射采暖地板構(gòu)造做法

(2)輔助房間的樓地面的構(gòu)造方法為:20 mm水泥沙漿找平層——保溫層(擠塑聚苯板、高強(qiáng)度珍珠巖板、乳化瀝青珍珠巖板、復(fù)合硅酸鹽板)——20 mm水泥沙漿找平及粘結(jié)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(yīng)用

本工程項(xiàng)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(jiàn)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(diǎn)。耐用、無(wú)毒、無(wú)致癌物、不含防腐劑，不導(dǎo)電、不吸引閃電，容易處理、安裝(圖3)。

3.3.5 通風(fēng)散熱系統(tǒng)

因該類(lèi)建筑中庭空間較大，夏季利用通風(fēng)散熱不僅環(huán)保而且低能耗。該項(xiàng)目采取了中庭利用通風(fēng)排氣降溫(圖4)。結(jié)構(gòu)上，側(cè)面墻體大面積開(kāi)通氣百葉，利于自然風(fēng)吹入，同時(shí)在建筑頂棚設(shè)置機(jī)械排風(fēng)裝置，主動(dòng)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(yáng)能源利用

項(xiàng)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(wú)霜期達(dá)350 d，全年日照時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2 737 h，年太陽(yáng)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?zé)崮芰恳卜浅４?，配合太?yáng)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(xiàng)目結(jié)合環(huán)境和氣候條件，擬采用平板太陽(yáng)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(nèi)水溫保持在一定溫度范圍內(nèi)。并且利用太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。平板太陽(yáng)能集熱器構(gòu)造簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，成本低，便于安裝和維護(hù)，集熱效率高于其它集熱器，是目前大面積采熱的首選產(chǎn)品。考慮到陰雨天氣對(duì)供熱影響，利用地?zé)嶙鳛檩o助熱源可達(dá)到項(xiàng)目的供熱要求。

該項(xiàng)目還利用附近的大型學(xué)生澡堂鍋爐房，形成熱水鍋爐熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)，對(duì)游泳池內(nèi)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。夏季擬建工程太陽(yáng)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(nèi)。

3.5 環(huán)保節(jié)地型綠色建筑材料應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)、干燥收縮率與相對(duì)含水率、抗?jié)B、抗凍性與放射性等設(shè)計(jì)指標(biāo)符合夏熱冬暖地區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)要求。所采用摻加粉煤灰的高鈦重礦渣混合砂漿，經(jīng)研究表明:同等級(jí)、同水泥用量、同體積礦渣砂配制的砂漿，相對(duì)天然砂配制的砂漿強(qiáng)度要高，在渣砂中摻加粉煤灰或調(diào)整渣砂中渣粉含量(12% ～15%)，還可提高砂漿強(qiáng)度。

該工程圍護(hù)墻體材料的選用，符合“技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yīng)用，對(duì)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(hù)長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境等具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，已成為攀鋼環(huán)業(yè)冶金渣開(kāi)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(biāo)是實(shí)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(nèi)設(shè)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(jīng)地下室流離生化中水處理設(shè)備處理后，回用于泳池清洗和其它衛(wèi)生設(shè)備的清洗，中水回用率達(dá)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(guò)管道收集后，采用靜置、澄清處理后進(jìn)入地下室的中水收集池，過(guò)濾后用于景觀與綠化用水。

5 結(jié)束語(yǔ)

攀枝花學(xué)院游泳館是攀枝花市規(guī)劃和建設(shè)局重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是“政府率先垂范，實(shí)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(shè)計(jì)，可再生資源利用等方面堅(jiān)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(dòng)作用。

［1］GB/T 50378－2006綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］JGJ 75－2003夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(條文說(shuō)明)［S］

［3］劉仙萍，丁力行.建筑體形系數(shù)對(duì)節(jié)能效果的影響分析［J］.湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，2(21):25－28

［4］高海利.利用水淬鈦礦渣制備高性能燒結(jié)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(shí)踐—后勤工程學(xué)院綠色建筑示范樓設(shè)計(jì)［J］.后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，26(1):1－5