农村既有建筑零碳改造实施路径初探——以溧水区山凹村游客中心改造项目为例

江祯蓉 高 钢 张

1 研究背景

随着《巴黎协定》的签订，世界各国以全球协约的方式应对气候变化，减排温室气体，我国由此提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标[1]。“低碳”发展成为一个全国性的话题，深入到包括建筑界在内的各行各业。

在建筑全生命周期碳排放过程中，通过建筑设计、技术提升可实现减排的阶段为建筑运行阶段，在各类建筑中，既有建筑因存量大、能耗高等特点比新建建筑更需要对运行阶段的碳排放进行控制[2]，值得关注的是我国仍有36%的既有建筑（约254亿m2）[3]在农村，如何通过建筑设计、技术改造实现农村既有建筑运行低碳甚至零碳建筑，是时代赋予当代建筑师的责任。

农村既有建筑由于建造背景和建造技术的原因，在使用过程中大多存在室外公共活动空间缺乏、能耗水平高、室内热舒适度差等问题，农村建筑的零碳改造面临三大难点。

（1）如何融合传统文脉对公共空间进行有机更新

传统村落是历史遗留给现代的宝贵财富，在传统村落中又尤以公共空间最具多样性、最能反映当地风俗文化，如何融合传统文脉对公共空间要素及整体进行有机更新，处理好资源的保护与发掘，空间形态的完整与和谐，功能的传承与置换等一系列问题，为传统村落适应现代化需求的发展开辟了新的思路。

（2）缺乏农村既有建筑零碳改造设计经验

我国零碳建筑领域的研究目前尚处于起步阶段，零碳建筑的相关标准、政策文件尚未出台，受经济水平的制约，在农村推行零碳建筑的难度较大，公众参与度也低，目前农村既有零碳改造项目较少，缺乏相关零碳改造的设计经验。

（3）缺少控制成本的有效手段

目前，随着产品的技术更新和进步，用于零碳改造的相关技术例如光伏等，存在一定的技术优势，但在具体实施的过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补贴，用于一些示范项目。

本文以溧水区山凹村游客中心零碳改造为例，在对村落传统文化、建筑风貌充分调研的基础上，对游客中心周边环境进行更新改造，营造适合交往活动的公共空间，并从“节流”“开源”和“增汇”入手，运用新技术，进行零碳改造，实现设计优化和建筑技术的结合，以期对农村公共空间的营造和零碳化改造、建设有所裨益与启发。

2 改造项目概况

改造项目位于南京市溧水区傅家边风景区深处的山凹村，村落四周群山围绕，通过村落主入口的道路与外界联通，村落内部建筑风格为古色古香的徽派建筑，那颇具特色的粉墙黛瓦马头墙造型，似乎在诉说山凹村的蜕变（图1）。村庄每年会举办大量的旅游活动吸引游客：2～4月有梅花节、草莓节；农历三月底，有省非遗蒲塘祠山庙会；8～9月有采摘节。村落依托当地的自然环境、建筑风貌和传统文化形成了独具特色的农家乐旅游产业，吸引着周边游客前往（图2～3）。

图1 项目区位图

图2 村落内现状农家乐实景之一

图3 村落内现状农家乐实景之二

山凹村整个村落的空间格局较为清晰，村落入口处保留着地方特色的村牌，通过入口村牌（图4），经过四个对称布局的景亭（图5），即进入了山凹村。村落布局由主要道路串联起公共活动场所、居住休息场所、观光游览场所等三类空间节点：①游客集中聚集、活动的场所——游客服务中心，是整个村落的标志性建筑物，进入村落后的第一栋建筑；②各具特色的农家乐建筑，顺着村落主要道路南北两侧布局，为游客提供吃饭、住宿的场所；③遇园景点，位于村落主要道路的尽头，打造“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的意境，作为游客游览、观光场所。

图4 入口处村牌

图5 入口处景亭

在这三类空间节点中，游客中心由于其本身具有游客接待的功能，又可供村民进行公共活动，因此具备改造成为游客、村民公共活动场所的条件，结合景观总平面优化设计、建筑功能空间的有机更新，打造一处公共活动、共享交流的空间场所，同时结合当下碳达峰、碳中和政策的要求，将其打造成为零碳建筑，使此空间节点成为整个村落最主要的公共活动空间，成为村落生活和历史延续的最好明证。

改造前游客中心建筑朝向为正南北向，平面布局呈“T”字形，结构形式为框架结构，层数为一层，檐口高度为3.2m，屋脊高度为5.1m，总建筑面积为99.04m2。

3 农村建筑零碳改造实施路径

通过上述现状调研分析，本次零碳改造的实施路径主要包括四方面： ①“新”——对室外公共空间进行有机更新，使公共空间重新焕发活力；②“节”——加速提升建筑节能水平，包括建筑围护结构热工性能、设备能源利用效率的提升；③“增”——和当地风貌相融合的可再生能源建筑应用，提高建筑“产能”能力；④“固”——多方位、多层次地加大绿地面积，提高植物碳汇能力，最后，通过对标《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350—2019），打造全国第一栋通过零能耗建筑认证（设计阶段）的村镇建筑零碳改造案例（图6～7）。

图6 零碳建筑改造后实景

图7 零碳改造技术体系

3.1 “新”——空间有机更新

（1）总平面布局更新

村落丰富的公共生活需要公共性的场所承载，村民文化自信的重塑同样需要标志性的空间彰显。位于村落入口处的游客服务中心改造扮演着重要的角色，通过场所空间的改造，使其再次成为村民日常活动的中心，承载更加多元的农村公共生活。

改造前游客中心外部环境质量较差（图8），虽然配套有活动设施，但其到达流线设计不合理，无明显的出入口，不方便进入，造成社会性活动以及自发性活动的减少，空间缺乏活力，无法吸引使用者驻足停留[4]，需要通过改造更新，激发社会性活动。同时，正对改造建筑主入口处设置一配电箱，阻挡视线，使人们心理上不想驻足停留（图9）。

图8 改造前周边杂乱环境

图9 改造前入口处配电箱

在改造过程中，将入口处配电箱移走，打开主入口处空间界面，同时在建筑西侧新增一处半室外廊道，将建筑室内空间向外延伸，经过半室外的廊道空间向室外景观绿地扩展，通过建筑室内空间—半室外空间—室外空间的设置，使得各类空间在功能上有一定的相关性；形式上有一定的延续性，拓展原本受限的空间，使主入口和西侧空间设计更为舒展、开阔。为了更好地向来往游客传递节能减排、低碳发展的美好愿景，项目在半室外走道空间，设立发电动感单车体验区等，利用自身平台效应，通过趣味性方式发挥项目零碳示范宣传作用。

室外公共活动空间的构建引导了室外行为活动的产生，室外景观绿地改造过程中，室外廊道向绿化景观伸出平台，结合景观布置1.2m高镂空景墙、座椅、遮阳篷等景观小品，吸引人们驻足停留，提升了人与人之间的交往欲望和交往频次，形成一处集游憩、交流、活动的多功能公共空间[5]。改造后建筑总平面图如图10所示。

图10 改造后总平面图

（2）建筑空间功能更新

改造前功能空间仅为农产品展示空间，改造过程中加入房间预订、低碳技术展示、自助服务休息等功能，扩大了建筑功能模块，对流线要求更高，改造过程中将农产品展示、游客休息区等功能模块改造至主入口处，服务咨询台改造至建筑内部，并另外增设出口，使得整个建筑功能布局上更为合理、顺畅，同时，西侧增设的出入口，使室外活动空间的到达流线更为便利（图11）。

图11 改造后西侧公共活动空间

半室外的景观廊道除了延展了建筑空间外，还兼具了气候缓冲区的功能，夏季，在太阳辐射最强的西侧，通过半室外空间形成一定的遮挡，减少直接进入室内的太阳辐射量，起天然调节的作用。项目东北侧增设一处残疾人坡道，方便不同使用者对空间的使用，改造后建筑平面图如图12所示。

图12 零碳建筑改造后平面图

在建筑功能空间改造更新的同时，引入了低碳新技术，如：室内空气质量监测系统、建筑能耗管理系统等。室内空气监测系统，实时监测PM2.5、CO2、TVOC、温湿度等环境参数，当空气质量不佳时，启动新风系统，改善室内空气质量。能源管理系统，设立工作站，逐时监测项目用能情况、屋顶光伏产能情况，根据监测数据合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益。

各类空气质量监测数据、能源生产及消费数据均以生动化、清晰化的形式展示在室内东侧墙面大屏上，利用信息化手段向公众呈现项目零碳运行成果。此外，项目信息化系统中还设置有智慧旅游模块，通过互联网获取溧水山凹村旅游相关信息，例如交通、餐饮、住宿、景点客流等，新技术的运用与展示，使得低碳技术更能被感知、体验，并融入村民的生活中，起到良好的教育、示范、推广作用。

3.2“节”——建筑能效提升

项目原外墙采用混凝土砌块，屋顶为瓦屋面，窗户为单层玻璃窗，整体围护结构未见相关保温措施，室内未有相关提升舒适度的技术措施，造成单体建筑能耗较高、室内热舒适性差等问题。

项目零碳改造采用“被动优先，主动优化”[6]的原则，利用“微改造”措施，如：增加围护结构保温隔热性能、提高空调系统能效、节能照明能效，降低项目使用阶段能耗、增设全热回收新风系统，提升室内环境舒适度，倡导一种因地制宜的零碳改造模式。

（1）围护结构能效提升

项目在保留原有基础构造的前提下对围护结构热工性能进行提效升级，屋顶增设120mmB1级挤塑聚苯板，在南侧坡屋面檐口处，将下侧室外走道区域的保温层厚度适当减薄，使檐口部位的设计更为轻巧，改造后屋面传热系数为0.29W/（m2·K）（图13）。

图13 屋顶保温构造做法详图

外墙增设120mmA级岩棉板，改造后传热系数为0.36 W/（m2·K）（图14），外窗采用塑钢窗高透双银Low-E暖边5Low-E+19Ar+5+9Ar+5，传热系数为1.70 W/（m2·K）。建筑南、北、西侧窗户均设置宽度大于1.5m的走道，作为固定遮阳设施，东侧窗户，采用玻璃自遮阳的形式，或结合内部高反射率涂料进行遮阳设计。改造后各部位热工性对标《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350—2019）参数如表1所示。

图14 外墙保温构造做法详图

表1 围护结构指标对比表

（2）能源设备和系统效率提升

①高效空调系统。为了提高能源设备的利用效率，项目在改造过程中采用输配能耗低，能效比高的多联式空调系统（VRF），空调系统的综合能源效率IPLV（C）达到6.2，在提升能源设备效率的同时，增设全热回收新风系统，引入健康新风，提高室内舒适度（图15）。

图15 空调系统节能改造示意图

②照明设计。项目建筑功能为房间预订及农产品展示等，对照明要求不高，在改造过程中，选用照明功率密度为6.0W/m2的LED灯，满足功能照明要求的同时，照明功率密度在《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）目标值的基础上提升25%（图16）。

图16 照明系统节能改造示意图

③吊扇。为了倡导低碳节能的生活模式，宣传行为节能理念，改造过程中在房间内增设吊扇，在过渡季节室内使用者较少的情况下，关闭空调，开启吊扇和外窗，采用自然通风的形式，节约能源。

3.3“增”——建筑“产能”增强

可再生能源是零碳建筑必不可少的实施路径之一，改造过程中，如何将光伏技术与建筑瓦屋面融合渗透，最终创造出融合了地方文化，又体现零碳[7]效果的技术措施是本次改造的重点。

为了更好地保留山凹村粉墙黛瓦的传统建筑风貌，选用铜铟镓硒双玻三曲光伏瓦作为建筑屋面构件进行铺设，选择在日照充足的建筑南面、东面、西面铺设约162m2薄膜太阳能光伏瓦，在基本无日照的北面铺设配套的装饰瓦，瓦屋面改造过程中还配套有收边瓦、沟瓦、檐口瓦等（图17）。

图17 双波三曲瓦柔性可弯曲薄膜太阳能发电组件

改造后建筑产能侧光伏瓦总装机容量为13.35kWp，预计年发电量为1.3万kWh，折合单位建筑面积可再生能源发电量为133.1kWh/m2，建筑用能侧折合一次能耗为111.25kWh/m2，满足建筑运行阶段零能耗目标要求，指标如表2所示。3.4“固”——碳汇能力提升

表2 建筑能效指标核算

除了降低建筑碳排放的建筑功能空间更新、本体的能效提升措施，抵消建筑碳排放的可再生能源利用措施外，低碳建筑的实施路径还包括了固碳能力的提升，即绿化植物对空气中CO2的吸收。改造过程中，在项目东立面设置约13.56m2的垂直绿化，平均单位绿地面积固碳量按4.7tCO2/万m2计，项目垂直绿化固碳量为6.37kg。

4 农村建筑零碳改造后评估及碳排放计算

4.1 零碳改造造价分析

根据改造工程量统计，项目零碳改造完成后，整体建设费用约为921835.20 元，具体各单项费用如表3所示。

表3 项目单项工程费用清单

其中，拆除工程包含原屋顶瓦、外立面的拆除；改造工程涵盖了围护结构保温节能改造、新增景墙及廊道费用、外立面出新费用等；室内空调及管道安装工程包含了空调系统、新风系统改造及管道配套工程；太阳能光伏瓦改造工程包含了光伏瓦造价、设备系统、服务费等内容。

项目总造价中，占比较大的2项为改造工程、太阳能光伏瓦工程，分别占总造价的49.41%、43.19%，高昂的光伏组件成本仍然是现在零碳改造无法突破的难点，但随着技术的进步以及国家推动农村光伏落地举措的进行，相信在不久的将来，农村低碳改造的成本能够得到大幅度降低。

4.2 碳排放计算

（1）全生命周期碳排放计算

改造完成后，根据工程量清单，运用软件进行项目全生命周期的碳排放计算，计算结果如表4所示。

表4 全生命周期碳排放数据

各阶段碳排放比例示意图如图18所示。

图18 LCA（50年）碳排放比例

（2）可再生能源减碳量

项目可再生能源减碳量如表5所示。

表5 项目碳补偿数据汇总

根据计算结果，本项目全生命周期的碳排放可通过可再生能源抵消，满足全生命周期内碳排放量和碳吸收量平衡的要求。

结语

溧水山凹村游客中心零碳改造项目是农村地区建筑零碳改造的一次初步探索，在项目全生命周期改造过程中，通过设计及分析得出如下结论。

①随着经济社会的进步和人民生活水平的提高，零碳建筑在农村的实施意义不仅是打造一栋高科技建筑，更多地需要结合当地传统文脉特征，营造体现乡土文化的公共活动空间，继承“传统”的同时进行有机更新，使传统村落适应现代化的使用需求。

②屋顶光伏技术将成为农村零碳改造的必要技术。农村必须规模化地推进光伏技术，如整县推进，才能有效解决光伏价格的瓶颈。

③以目前的建造技术水平结合成本因素，对于农村地区既有建筑的能效改造目标初步界定为超低能耗建筑，零能耗建筑甚至零碳建筑可作为示范项目，在前期对广大群众进行零碳技术的宣传与教育，为今后零碳建筑在农村的大范围推广打下坚实的基础。

资料来源：

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

文中其余图表为作者自绘。