亲水建筑的近零碳设计研究：以嘉善示范区展示馆为例

陆佳韦，陈海平，王 龙，欧亚洲，李建涛

（中国建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

当前业内对亲水建筑的研究已有颇多成果，并形成了较为系统的理论，但对于亲水建筑的研究多停留在设计方法的研究和效果（如图1 所示）的营造上[1]，同时兼顾低碳节能研究的极少。本文从亲水建筑的近零碳设计角度出发，对示范区展示馆进行整体分析，着重体现出亲水建筑在近零碳领域的应用[2]，为今后类似亲水建筑对低碳的应用和推广起到了良好的示范引领作用。

图1 展示馆效果图

1 工程概况

位于祥符荡畔的展示馆用地面积为20 005 m2，总建筑面积为12 821.79 m2。建筑室内面积为8 131.45 m2，建筑室外面积为740.81 m2，地上2 层，基础采用预制方桩+承台筏板，主体采用混合木结构体系，屋面为金属屋面，一层外围为全玻幕墙。

项目总投资3.95 亿元，集展陈、会议、数字化演绎等功能为一体。造型犹如“一叶扁舟”，结合层层跌落的水景，仿佛下一刻即驶入水中启航。整体抽象出的红船造型，象征着对示范区3 周年成果的归纳、总结，具有承上启下的作用，同时也预示着划时代征程的开启。

2 亲水建筑的设计理念

整个亲水建筑形象以“百年烟雨，一叶扁舟”为设计理念，契合江南古镇的水乡文化。建筑造型犹如一叶扁舟，通过地形改造形成多首层概念，同时将十里港的水引入场地，结合层层跌落的水景，仿佛下一刻驶入十里港起航。现场航拍图如图2 所示。

图2 现场航拍

建筑的天际线形态由北向南渐变降低，至南侧由8 m 高的幕墙玻璃围合而成，同时于南侧通透的观景天桥可以俯瞰十里港全貌。展示馆内同时还集成数字沙盘、ⅤR 演绎等高新科技配置，将传统文化与科技相结合，多维度、多元化地塑造建筑的空间感官与使用感受。

3 近零碳设计应用

项目设计初期即确立了全生命周期近零碳排放的目标，并从建筑材料、建筑建造、建筑运行3 个路径出发，通过采取相应减碳措施[3]，预计减少53.5%的碳排放量，具体如表1 所示。

表1 嘉善展示馆低碳实施路径

3.1 预制化、装配化、低碳化的木结构

本项目采用木结构的形式如图3 所示。木材的使用可以降低钢筋、混凝土的使用量，与仅使用钢筋和混凝土的基准建筑相比，建筑材料生产阶段可以降低60%的碳排放量。木结构建筑构件均为工厂预制、批量生产、现场安装，施工机械化程度高，减少现场作业、人为失误，可最大限度控制质量，提高施工效率。与其他建筑形式相比，木结构的现场施工周期能缩短2/3 左右，可降低40%的碳排放量。运营阶段的碳排放在建筑全寿命期的占比最大，木结构建筑结合自身的节能保温性能再加上一些低碳技术的应用，在建筑的运行期间可降低50%的碳排放量。

图3 现场木结构

3.2 亲水建筑的因地制宜

因地制宜利用可再生能源是有效的绿色建筑措施之一。地源热泵（GSHP）是以大地土壤为冷热源的一种热泵形式。利用土壤的蓄热性能，通过埋入地下的换热器，夏季把室内的热量取出来，释放到土壤中；冬季把土壤中的热量取出来，供给室内采暖，一机两用。地源热泵技术是一项高效节能、有利于环境保护和可持续发展的空调冷热源技术。项目因地制宜利用十里港丰富的水资源及地源替代常规空调的冷却塔、锅炉，如图4 所示。作为空调系统的冷热源既符合可再生能源利用又节省建筑空间，美化周边环境，且机组效率高（一般夏季制冷可提高效率约18%），可有效减少碳排放量。

图4 地源热泵机房

3.3 光储充一体化的应用

利用展示馆屋顶可利用区域（中心屋顶区域+东南侧小屋顶，合计约600 m2，如图5 所示）以及停车棚棚顶，共计约800 m2区域，铺设约120 kWp 光伏，日均发电量约360 kW·h，预计全年可以提供整个展示馆15%的清洁电力。配置120 kW·h 的储能电池，以集装箱形式布置于停车棚区域，占地面积约18 m2。光伏发电系统和储能系统组成直流微电网，与建筑交流配电系统通过交直流转换器连接。通过光伏储能的调峰调频，如果储能系统用尽，可以通过建筑电网补足，保证供电安全。光储充一体化系统的应用，可以使整个展示馆减少20%以上的用电，节约30%以上的电费（利用峰谷电差价），并减少约40%的碳排放。

图5 太阳能光伏板照片

同时，安装14 个20 kW 快充充电桩（如图6 所示），应用柔性充电管理策略，实现高峰期平抑充电功率完成削峰，低谷期全功率充电完成填谷。搭配能源管理系统，将在光储充一体化系统的基础上，节约4%以上的电费，并节约8%以上的碳排放。

图6 充电桩照片

3.4 智慧运维的搭建

以物联网、传感器等技术为基础，基于能源管理数据库，搭建碳监测平台（如图7 所示），分析碳排放数据，设定碳管控目标，开发智能运维算法，自动制定用能策略，能够减少5%的年均能耗，并减少10%的碳排放。搭配光储充一体化系统，可以减少25%的用电，节约35%的电费，并减少45%的碳排放。

图7 能源管理数据库

4 结束语

建筑是人类意志的产物，同时也承载着文化和历史的痕迹[4]。本项目将传统文化与现代工艺相结合，营造出一幅“百年烟雨，一页扁舟”的美景。建筑以绿建三星为目标进行统筹设计，通过木结构、幕墙系统等被动技术措施与地源热泵、光储充一体化、搭设碳监测平台等主动技术措施相结合的方式，打造了一个“全生命周期，近零碳建筑”的绿色节能建筑。

长三角生态绿色一体化发展示范区嘉善展示馆作为典型的亲水建筑，立足于展示长三角一体化示范区在制度创新、生态修复、产业发展、跨域治理等方面取得的重要成果，并成功将传统文化、建筑功能、现代美感及低碳科技进行了完美融合，力求将其打造成嘉善新名片。作为在选材、建造、运营过程中积极贯彻响应“低碳建造”的成功范本，展示馆也将对在建筑及相关衍生行业内低碳的应用与推广起到良好的示范引领作用[5]。