绿色建筑的高标准实践_杭州西溪湿地公园龙舌嘴游客中心设计_洪柏_李江源_范黎

设计理念

从环境出发是本项目建筑设计的出发点。项目坐落于杭州西溪湿地公园龙舌嘴入口处的一个半岛上，周边环境优美、绿水环绕、丘陵起伏，设计将地域与地貌作为外观形成的唯一灵感。整体造型像背景丘陵一样起伏，朝向景区处较为低矮，以减少建筑体量对环境的压迫感；而相反方向则设计为适当高度，以满足建筑使用功能的需要。建筑的轮廓顺势螺旋上升，屋顶也转为景观坡道，使建筑与基地成为连续的界面，有机地融为一体。

为了保证室内采光及景观的通透，整个立面表皮采用了玻璃幕墙系统。为了柔化金属与玻璃的冰冷感，木质材料被引入进来，竖向的木条错落有致，具有功能性的木质百叶斑驳地嵌入其中，形成了生动的表皮肌理，与周边植被、环境相互映衬，使之成为景观的一部分(图1)。

在整个建筑中，功能也是融合的，短进深小功能空间围绕中庭折叠起来，从室内各个方向都可以看到中部富有生态特色的展示区。功能区摆脱了封闭的状态，为突出生态节能这一主题创造了条件。

室内设计构思也使本项目生态节能的设计目标得以延展：室外西溪湿地大自然的气息延至建筑内部，形成有灵性的、舒适的气场；融合的设计手法将钢柱与混凝土柱两套柱网体系合并，使整个建筑空间得到梳理，室内空间得到释放，为创造一个流动的空间提供良好条件。

绿色建筑的高标准实践

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杭州西溪湿地公园龙舌嘴游客中心设计

High Standard Practice at Green Building

Project of the Longshezui Tourist Service Center in Hangzhou Xixi National Wetland Park

[ 洪柏 李江源 范黎 ]

Hong Bai , Li Jiangyuan, Fan Li

作者单位

Sunlay 三磊设计(北京，100048)

收稿日期

2013/09/30

材料是建筑形象实现的手段。设计大量采用地方性材料以及快速再生材料，如亚麻地板、低碳化竹木、麦秸板、青石等，提高地方化资源的利用，降低因运输产生的环境影响；另一方面，回收使用拆迁旧建筑之砖瓦，与青石结合用于地面，力求做到建筑材料再利用，降低对新材料需求；此外，有选择地局部暴露结构，减少对建筑材料的需求与消耗。

1 立面夜景

建筑能耗的影响因素主要有5点：气候数据、使用要求、建筑设计、机电系统、运营管理。这就导致绿色建筑项目实践过程必然是一个整合的过程。为此，设计团队在包含了传统的建筑设计、室内设计、展示设计、景观设计的基础上加入了LEED 顾问团队、能源管理团队；加上后期系统深化单位一起，参与西溪湿地项目的设计团队就超过10家，而三磊设计作为项目设计协调人，以绿色建筑技术为基础，充分发挥项目整合能力，在各方密切配合下，实现了各种绿色建筑技术体系的融合。

在绿色建筑实践中，整个设计过程也发生了转变(图2、3)，这一切都为项目全面实现建筑意图及绿色建筑目标打下了坚实的基础。

节能技术

大量建筑设计经验证明，被动式绿色建筑优化设计是合理的：

既不过于增加成本又能兼顾各项需求。而这一点的实现主要依靠建筑师对绿色建筑技术的理解与把握。

1)墙

建筑低能耗的基础是建筑外围护系统良好的热工性能，而方案创意中建筑整体外墙均由玻璃幕墙覆盖，对建筑围护系统的高性能热工设计带来很大难度。为了实现绿色建筑既定目标，设计团队采用了以下技术手法：

第一，严格控制窗墙比。将窗墙比控制在0.5，根据窗墙比的限值与室内功能情况在局部幕墙背后设置保温背衬墙体，在保持玻璃幕墙连续的前提下，将背衬墙体区域综合传热系数控制在0.25W/m 2・K，而外围护玻璃幕墙也不断在功能性幕墙与装饰性幕墙间来回转换。

第二，严格控制玻璃幕墙热工指标。经模拟计算，外窗部分夏

季外围护结构冷负荷比重为51%，冬季外围护结构热负荷比重为44%，所以玻璃幕墙热工指标对整体建筑节能来说意义巨大。

考虑到成本原因，设计团队最终放弃采用昂贵的透光纳米凝胶保温材料，转而提高玻璃幕墙自身热工指标：在采用断桥铝合金幕墙体系的前提下，玻璃材质提高为中空双层Low-E 类型，其优良的热工性

能可以在冬季减少40%的热量损失，在夏季减少20%的热量损失，进一步提高了节能效果；中空玻璃采用暖边间隔条，玻璃间层充入氩气，遮阳系数控制在0.4，以进一步提高玻璃幕墙整体热工性能；适当提

高玻璃幕墙气密性等级，以避免冬季冷风渗透现象。在采取以上技术

2 传统设计流程

3 绿色建筑设计流程

4 典型幕墙节点

6 屋面绿化

5 百叶密度分布示意

7 屋顶绿化效果

暖边间隔条木质遮阳百叶

Low-E 双银中空玻璃，内充氩气

南东南东北西北西

材料规格后，整体幕墙传热系数控制在了1.45W/m 2・K，远低于普通玻璃幕墙2.0W/m 2・K 的指标(图4)。

第三，设置外遮阳系统。外遮阳系统是降低夏季太阳辐射得热最有效的方式，它可以在保证室内自然采光的同时，直接将85%的太阳辐射热量遮挡于室外，极大地降低了冷却系统能耗。设计中外遮阳系统为木质固定百叶式，百叶角度根据当地夏季太阳高度角计算确定，百叶密度采用3种规格，根据建筑立面所处的朝向分别采用，西侧、南侧较为密集，而北侧则较为开敞，以获得更多的自然采光。同时，为了满足LEED 认证要求，外墙木质百叶均采用FSC 1)

认证材料，以满足项目使用认证木材指标达到50%(图5)。

2)顶

西溪湿地项目的屋顶构造借鉴了覆土建筑的设计手法，展示出绿色建筑的特性。其屋面完全景观化，并向公众开放，进一步提高了土地利用率，从另一角度体现了绿色节地观念，同时也避免了由于建筑物的建设导致的局部热岛效应。

在加强传统屋面保温构造的同时，通过400mm 厚的覆土，可进一步提高屋面隔热能力，使屋顶综合传热系数控制在0.15W/m 2・K。而屋顶的绿色植被则可以带来节能附加值：植物枝叶能有效遮阳，并通过蒸腾作用消耗热量，从而进一步降低屋顶得热量(图6，7)。

3)采光

西溪湿地项目的功能区围绕中庭展开，通过短进深的设计保证多数房间可以获得双向的自然采光，尽可能地降低日间照明能耗。对于内区无采光的卫生间、备课室、设备用房等区域则通过了光导管照明采光系统将自然光漫射到室内。

西溪湿地项目光导管照明采光系统采用技术成熟且造价相对低廉的金属反射型导光管，共设12组，直径330mm，采光罩设置于2层屋顶，室内部分设置漫射装置。在夏季晴天条件下，每组光导管提供的照度相当于40W 荧光灯，可完全满足室内照明需要，但夏季阴天条件下则照度下降了一半，冬季阴天条件下则更低，毕竟在完全依赖自然条件，导光管材质、直径限定情况下，完全依靠光导管

照明采光系统来解决照明问题是不现实的。但即使如此，该套系统每年预计节电也可达1000kWh 以上(图8)。

4)通风

杭州春秋两季温度适宜，西溪湿地公园空气清新，为项目在适宜季节采用自然通风创造了良好的条件。

项目所采用的中庭围绕式布局正是与之相适应的，三角形的中庭高于周边功能区域形成通风塔，其顶端设置有温度感应式自控排风窗，可根据室内实际温度情况自动开启，实现有效的自然气流组织，从而避免开启高能耗的空调系统，达到节能的目的。

5)地埋风管

杭州气象条件属于亚热带季风型气候，冬温夏热，冻土深度仅为50mm，而冻土层以下浅层土壤温度常年较为稳定，为设置地埋风管空气预处理系统的设置创造了条件。

西溪湿地项目在地下1层的主要区域设置盘旋的土建风道，总长度达370m，为室外引入空调系统的新风提供预冷、预热处理。经计算，在正常进风风速条件下，该系统可使空调系统进风温度发生正负1-2℃的变化，直接降低了空调新风能耗(图9)。

6)主动技术

根据地域条件情况，西溪湿地项目单纯采用被动式绿色建筑技术是很难达到建筑所需的功能及舒适度的要求的。所以，在技术及经济条件具备的前提下，设计团队采用了多种技术手段，以使整个项目达到节约资源、环境保护与舒适度间的平衡。重点技术包括：地源热泵技术，毛细管网重力冷却系统，污水生态处理技术，加入日光感应及人员感应设备的照明系统，加入CO 2探测装置的新风量自动控制系统，能量管理系统。

能源补充

近年来，绿色建筑实践逐步向零能耗方向发展，可再生能源对建筑能耗的补充便变得必不可少了。

本项目所在的杭州西部，光照充足，年平均太阳总辐射量在

8 光导管示意9 地埋风管

10 光伏构造节点

6厚超白钢化玻璃1.52PVB+单晶硅电池片

6厚钢化Low-E 玻璃

12厚空气间层(充氦气)

5厚钢化Low-E 玻璃

1.52PVB 5厚钢化玻璃

电缆

注释

1) FSC 为Forest Stewardship Council(森林管理

委员会)的缩写。

2) 基准建筑为按照ANSI/ASHRAE/IESNA

Standard 90.1(美国国家标准协会/美国采暖制冷与空调工程师学会/北美照明工程师协会标准90.1)要求建立的参照建筑，用于计算设计建筑能耗费用节约率。

美观，其整体构造在保证建筑外围护热工性能条件下，可提供额外的遮阳功能，减轻建筑制冷负荷，从而达到建筑节能的目的。

本项目采用光伏发电板共计420块，分5组引入地下1层通过并网逆变器、控制器直接并网，总装机容量为50.4kW，所发电量直接供给建筑物内部电网使用。

整体太阳能发电系统投资约为250万元，年发电量约为73000kWh，相当于年节省30t 标准煤，减少近45t CO 2的排放，在

满足建筑使用的前提下，为节能减排做出了贡献(图10)。

设计模拟

考虑到绿色建筑技术系统繁杂，系统间相互关联度高，有必要通过软件模拟来验证设计手段的有效性。

设计团队应用DeST 建筑能耗模拟软件，对该建筑的全年逐时能耗进行了模拟分析，确定各系统能耗比重，初步确定各系统技术方案；LEED 顾问EMSI 再根据基础设计成果进行进一步软件仿真模拟分析，

包括采光模拟分析以及总体建筑能耗分析。

采光模拟分析采用采光模拟软件Ecotect，并利用其内部插件Radiance 模拟晴天工况，通过模拟常规使用空间照度，来复核外窗、天窗等采光构件单元的设计尺寸、间距以及材料参数是否合理(图11、12)。

总体建筑能耗分析模拟相对较为复杂，需分别构建设计模型与

基准模型2)

进行比对，以判断节能效果，其中基准模型能耗情况还

需根据建筑原朝向以及分别旋转90、

180、270后分别进行模拟计算。通过eQUEST 软件模拟计算，设计模型相对于基准模型能耗费用节约率达33.56%，节能效果十分可观。

结语

LEED 铂金认证工作只是对西溪湿地项目设计实践的辅助检验，不过从中反映出绿色建筑对业主与建筑设计提出了更高的要求，毕竟以现阶段技术成本考量，大幅增加建安成本是不可避免的，这就要求建筑师与设计团队具有扎实的技术基础、完备的技术手段以及出色的技术整合能力，只有结合实际建筑地域条件，各设计专业紧密合作、共同发展、勤于创新才能使节能建筑真正达到节资、节能、舒适和环保的目的。

11 采光分析过程图

年太阳轨迹图

春分日正午太阳高度角

年太阳轨迹图

秋分日正午太阳高度角

12 能耗分析

15%

36%

9%

18%

2%

3%

17%

设计模型电力消费分布表格

区域照明外部功能

热水系统制冷机特殊照明水泵及辅助设备热泵设施热绝缘其他设备风机空间采暖

空间制冷

设计模型每月能耗消费(kWh)

70601

月

2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月50403020100区域照明外部功能

热水系统制冷机特殊照明水泵及辅助设备热泵设施热绝缘其他设备

风机

空间采暖

空间制冷

(x000)108kcal/cm 2

以上，日照时数超过2000h，日照百分率大于45%，其丰富的太阳能资源为本项目进行太阳能利用创造了良好的条件。

项目中庭采光顶向西南倾斜，为光伏发电板获得有效太阳能提供条件。光伏发电板为玻璃幕墙结合型，保证了建筑物整体外观的