冰雪主题下在地绿色建筑设计策略研究

吕嘉睿 王金奎 (河北建筑工程学院 河北 张家口 075000)

研究冰雪主题下的绿色建筑设计策略,减少建筑的碳排放量及能源消耗,符合北京冬奥会“绿色、共享、开放、廉洁”的办奥理念。冰雪主题竞赛通过进一步宣传和推广绿色理念,调整周边地区的能源结构,对减轻建筑对环境的影响,改善本地区生态环境有着积极作用,切合国家可持续发展战略。

1 围炉夜话酒吧方案设计

1.1 与气候相适应的设计理念

与自然和谐共生的高质量建筑,是绿色建筑的核心理念。崇礼冬季寒冷漫长,夏季低温少雨,滑雪场地处高山,远离县城,能源供给较困难,且海拔高,风速比较大,太阳辐射强。“围炉夜话”项目针对滑雪爱好者运动量大、人体产热高的特点,尽可能地平衡室内外温差,避免人们在出入过程中因热环境的过度差异带来不适和健康隐患。同时,项目应尽可能地利用有利气候条件,避免不利因素,冬季集热蓄热,夏季遮阳通风,保护环境节约资源。

酒是一种全球通用的特殊形态的文化语言,以酒吧作为冬奥会的文化交汇口,营造一个富有包容性的休闲场所。围炉夜话原为清代文学作品,概括了寒夜围炉,家人相聚依偎畅谈之景,以此为本次方案命名,借景传达酒吧的温馨氛围,也体现了冬奥会团结友谊的精神和我国的文化底蕴。

1.2 融入周边环境的建筑选址

崇礼地区冬季主导风向为西北风,夏季主导风向为东南风,冬季温度低,日均最低气温达-10℃,最冷月日均气温可达-20℃,夏季日均最低气温为15℃,太阳辐射较强,属于太阳辐射较富集地区。建筑选址如图1所示,充分考虑了当地环境与气候特点。基地背靠西北向山坡,起到冬季避风的作用,同时利用冬季太阳辐射纳阳取暖。东南向为较开阔平地,可以充分地利用夏季主导风向,进行自然通风。

图1 基地选址(图片来源:谷歌地图)

1.3 彰显奥运主题的方案解析

历史最悠久的冰雪建筑是因纽特人建造的冰屋,其采用的是冰砖砌筑、为近似半圆形的拱顶结构,作为寒冷地区代表性建筑之一,具有突出的气候适应性,因此项目以冰屋作为建筑外部造型的原型。在相同平面面积下合理控制体形系数,是寒冷地区绿色节能的重要设计策略。半圆形能避免体量的凹凸,减少建筑表皮面积,降低建筑热辐射获得与流失的速率,有效控制能量的流失,因而减少了通过机械途径维护室内热环境平衡的能耗。

北京冬奥会是我国重要历史节点的重大标志性活动,建筑有着传承中国文化的责任,要展现我国的丰富的文化底蕴和社会内涵。“绿蚁新焙酒,红泥小火炉”,诗句中围炉的意象蕴含的闲适意境与酒吧所追求的场所感十分契合。同时在中国传统文化中,圆形往往象征着凝聚和包容,方案以圆为建筑的概念要素,强化建筑的向心性,与奥林匹克团结、友谊、和平的宗旨和理念相呼应。

1.4 以人为本的建筑空间布局

首先要确立平面空间的圆点,以圆点为核心向外拓展功能空间,半圆形穹顶向圆心聚拢,借助空间形态凸显体育运动团结协作的精神,彰显冬奥会的主题。

建筑内部功能分区依据人的动线进行划分,将入口设置在建筑的南侧。主要交通流线呈螺旋状,经过散客区、观景区、吧台区、卡座区层层递进后到达核心区域,空间性质由外向内逐渐私密化,进一步强化建筑向心性和聚拢性,且建筑防止冷风渗透的效果达到最佳(图2)。相邻区域之间采用透明的隔墙和绿植划分,使客人的视线能够畅通无阻,内部的空间体验更丰富。观景区的弧墙也选用玻璃材质,将外部开阔广袤的景观引入室内,使酒吧与崇礼的自然环境充分融合互动。员工动线则围绕酒窖和吧台展开,酒窖采用半地下的形式,设置在建筑西北侧,紧靠吧台,使员工存取酒品的路程最短。酒吧主体功能与外围护结构之间是环绕式狭窄带形长廊,客人可以在环廊里停留休息,向外看到的是建筑周围洁白辽阔的雪景。外围护结构的内部在夜间会变成穹顶投影,更好地烘托建筑的整体氛围。

图2 一层平面图(图片来源:作者自绘)

2 围炉夜话酒吧绿色技术设计

2.1 梯段分区控温,合理分配能源

由于空间使用频率的不同,人们对温度的需求也不同,因此有必要进行分区控温。首先根据功能所需的热舒适等级进行划分,形成具有相同或近似需求的功能分区,呈级差化排布。其次对功能组织区块分解,根据使用性质由外向内分等级控温。酒吧采用功能热舒适度的级差化区控,体现功能组织对热环境的调试作用,可以对功能需求的变化及时进行反馈,提升功能对热舒适度的兼容、可变和调控能力,最大化地分配能源,避免浪费。

传统的上送风方式远离人体感知范围,因而排风温度接近或小于送风温度,且风口朝向人的头部易造成身体不适,效率较低而碳排放较多。下送上排的地板送风系统更具灵活性,加热或冷却的空气在架空的地板中输送,气流更接近所需要的区域,用户易于接触和控制,且因空气流动引起的不适感较小。因此本项目选择了地板送风,热空气自然由下向上抬升,顶部设置风口回收,循环加热送风,借助物联网智能控制,能够有效地节约资源。

2.2 夹层百叶遮阳,营造舒适的光环境。

屋面顶部会受到阳光直射,容易产生眩光造成人们视觉上的不适。因此采用木片质做外围护结构双层玻璃的夹层百叶,引导光线入射路径,太阳光通过反射这种间接而不是直接的方式进入室内,降低了太阳直射光的影响。

2.3 蓄热墙和可移动玻璃,充分利用太阳能。

日出日落时太阳高度角都为零度,正午时太阳高度角最大。由于建筑利用太阳能供暖会受到太阳高度角的影响,选取外围护结构与地面垂直距离五米处做移动抬升的双层玻璃。在Ecotect软件中对当地太阳辐射情况进行分析,太阳辐射强的上午10点,底部双层玻璃向上抬升变成透光率更强的单层玻璃,提高对太阳能的利用率。下午6点太阳高度角降低时,玻璃下降变回双层玻璃,阻止热量向外散失。底部玻璃的材质选择透光率最强的超白玻璃,玻璃内侧的蓄热墙为蓄热系数大的深色混凝土材质。如图3所示,蓄热墙白天收集能源,晚上向建筑内部释放,建筑能获得最大太阳热辐射以减少冬季采暖所需消耗的大量热能。

图3 蓄热墙工作原理(图片来源:作者自绘)

2.4 入口外延,室内外光环境平缓过渡。

酒吧的入口外延,作为建筑外围护结构的缓冲区域可以减少热量散失。同时围绕人的感知进行设计,当人眼从明亮的室外进入到昏暗的室内的时候,至少需要五秒的时间完成暗适应过程。入口空间纵深四米,给人们提供了一个逐步适应室内的光环境的缓冲空间,同时完成室内外温差的过渡。

结语

设计中,全面分析本土文化、地域气候与场地环境特点、能源资源条件,在以人为本的原则下,对建筑使用人群进行分类和引导,并优先采用适宜的气候适应性被动设计策略与设计技术。充分运用绿色理念,改善建筑周边的恶劣环境条件对建筑自身的影响,取得最有利的局部小气候。同时考虑建筑的在地性,融入文化要素,提取冰屋和围炉的概念,整个建筑与冰雪环境融为一体,聚拢的形体和开阔的视野充分展现了冰雪建筑独特的魅力,传达中国传统文化中关于酒的意象与人文情怀,满足人们在户外运动时对交流休憩场所的需求。

本文通过对崇礼当地气候环境进行分析,秉持绿色可持续的设计理念,运用可移动抬升双层玻璃、物联网分区控温、蓄热墙等技术手段提高建筑自身性能,汲取外界资源,形成动态平衡,进一步回应了在地建筑的可持续性诉求,为我国寒冷地区环境响应与气候适应性的绿色建筑创作进行了可贵的探索。