綠色建筑理念在建筑設計中的應用

【摘要】以武漢工程科技學院體育館方案設計為例，對其項目背景、方案推演、方案設計以及綠色節能設計進行了評述，為解決高校尤其是民辦高校體育館多功能需求，并形成符合綠色建筑設計理念的高校體育館建筑設計思路提出了有益的探索。

【關鍵詞】體育館；建筑設計；綠色建筑；建筑評價

武漢工程科技學院是經國家教育部批準，具有獨立頒發學歷文憑資格及學士學位授予權，以本科層次教育為主的民辦普通高等學校，由于民辦高校自籌資金的經費來源現狀，故其基礎建設將更加注重建設、運行、維護成本以及使用效率，這與綠色建筑設計理念不謀而合。本文評述對象是由上海都市建筑設計有限公司所做的體育館設計方案。

1 項目背景

1.1 學校建筑現狀

武漢工程科技學院坐落在武漢市江夏區，主校區占地700余畝，現有建筑包括教學樓、實驗樓、圖書館、綜合樓、學生事物中心、食堂、學生宿舍、教師公寓等，建筑面積47.89萬平方米。后續將陸續建設體育館、藝術樓、行政樓、培訓大樓等。

1.2 體育館建設目的

20世紀90年代，我國頒布了《全民健身計劃綱要》，同時隨著高等教育的快速擴容，高校新校區不斷迅速建設，多功能綜合體育場館成為高校規模建設中的重要領域之一。武漢工程科技學院作為一所擁有在校生達14000余人的民辦高校，目前僅有標準的室外體育場，而沒有利于室內體育教學的體育場館，體育館的建設將進一步完善學院的體育設施功能，提升學校體育設施檔次，為學校體育賽事作有力的支撐。賽后兼顧體育教學、展覽展示、大型會議、文藝匯演等，為師生提供一個良好、安全、高層次的新型休閑空間。

1.3 基地現狀

體育館規劃用地位于學校北大門左側，北臨江夏紙坊熊廷弼路，南與現有室外體育場相鄰，西接校外汽修廠，東為學校北大門入口廣場。總用地面積17305㎡，凈用地面積14676㎡。

2 方案推演

2.1 建筑外形

武漢工程科技學院學科專業齊全，其中，“地質資源與地質工程”與“地質學”兩個一級學科為學校優勢學科。正是由于地質相關的專業特色，再結合綠色建筑的節地理念，該體育館建筑方案依據中國傳統文化中推崇的“天圓地方”原則，像北京的地壇以及北方的四合院一樣設置成方形。

2.2 生態構思

該方案設計為創造寧靜、親切、現代、藝術、生態的體育場館，采用了“綠色自然、低碳生態”的理念。該設計以綠坡、生態墻構成體育館的生態體系。環繞其布置各種運動功能場所，將運動和生態的概念結合起來，賦予了運動者身在自然中的感受。

3 方案設計

3.1 經濟技術指標：

該方案總用地面積17305㎡，凈用地面積14676㎡，建筑占地面積7494㎡ ，總建筑面積17486㎡ ，容積率1.19，建筑密度51.06%，綠化率24.20%，室內停車位17個，地面停車位41個，工程造價估算4778萬。

3.2 結構體系

該方案主體采用框架結構體系，上部鋼屋蓋采用單向張弦梁鋼架體系，柱網整齊，結構方正，絕大部分柱距控制在8.4m以內，不僅能夠滿足體育館各種功能需求，還能節省材料進而節省造價，達到功能與結構成本控制的完美結合。

3.3 一層平面

體育館一層平面7944㎡，包括觀眾大廳、新聞媒體、場館運營、賽事管理、設備、臨街商鋪、停車等用房或區域，層內局部設有夾層。體育館比賽場地2052㎡，垂直高度15m，建筑中間有一條南北穿越的生態走廊，與建筑周邊環形車道連通。其入口分共7個，分布在建筑四面，包括貴賓入口、運動員入口、工作人員入口、技術官員入口、新聞媒體入口。豎向交通共6處，分布在主場館四角及停車區。

3.4 二層平面

體育館二層平面3095㎡，為觀眾集散大廳。內設供觀眾使用的衛生間、商業等設施，同時布置有部分辦公室、技術用房及陳列館。體育場看臺為連續看臺，看臺上部設置一道環行走廊，看臺共3322席，其中包括活動看臺1042席，固定看臺坐席共2280席，固定坐席中，設有普通觀眾坐席2236席，無障礙坐席8座，貴賓坐席34席，貴賓無障礙坐席2席。

3.5 三層平面

體育館三層平面3315㎡，為教學訓練場兼作學校健身用房，包含乒乓球室、沙狐球室、體育教室等。

3.6 四層平面

體育館四層平面3582㎡，為教學訓練場兼作學校健身用房，包含健美操室、舞蹈室、瑜伽室、健身房、武術教室等。

4 綠色節能設計

4.1 保溫與隔熱

建筑物外圍護結構的構造節點設計會在很大程度上影響保溫隔熱效果。建筑保溫構造技術主要是指外墻及屋頂保溫技術，包括墻體和屋頂的保溫構造設計以及房屋的門、窗洞口等開口或縫隙部位的保溫構造設計，比如墻體的外保溫或內保溫設計，屋頂的保溫層設置；建筑隔熱構造技術主要是指外墻及屋頂隔熱技術，包括墻體和屋頂的隔熱構造設計，比如雙層通風屋頂、灑水降溫，窗戶的遮陽設計等構造措施；另外溫室技術，覆土技術等也是保溫、隔熱構造中常要用的手法。該方案通過合理設計構造節點，有效地提高了建筑外圍護結構的保溫與隔熱效率。

4.2 自然采光

該方案自然采光主要是通過合理的外窗設置解決，外窗的大小、形狀、位置設計合理。同時，方案中玻璃選用高透光、低反射玻璃，其透光可達到80%，光澤度可達到60%，且未改變天然光光色，基本做到避免光污染。其室內墻壁通過位置及墻體裝飾材料的選擇，也起到反射面的效果，使室內照度增加并獲得良好的均勻度。另外，該方案還利用天窗有效的利用了太陽光。

4.3 自然通風

自然通風具有節能、改善室內熱舒適性和提高室內空氣品質的優點，即便空調技術，機械通風早已廣泛應用，但節約能源、保持良好的室內空氣品質這一訴求使得自然通風技術也在不斷進步。自然通風在實現原理上有利用風壓、熱壓、風壓與熱壓相結合以及機械輔助通風等幾種形式。該方案通過設計雙層墻、通風煙囪和屋頂通風窗帶，通過體育館中庭區域設計使得自然通風得到合理解決。

4.4 太陽能應用

該方案建議使用太陽能光導照明系統，光導照明系統原理是通過采光罩高效采集自然光線，使其經過特殊制作的導光管傳輸和強化后，均勻高效的照射到任何需要光線的地方。光導照明在武漢地區可以取代白天的電力照明，提供近十小時的自然光照明，無能耗、一次性投資、維護方便、節約能源。其光線柔和、均勻，全頻譜、無閃爍、無眩光、無污染，通過采光罩表面的防紫外線涂層，還能濾除有害輻射。

該方案中光導照明系統主要包括采光裝置、導光裝置、漫射裝置。采光裝置可加裝跟蹤裝置，能隨著太陽位置的變化自動調整朝向。每套系統節能效果相當于310W傳統日光燈，每年節約780度電，節能50%，約0.7萬每套，預計5年收回成本。

該方案中還利用太陽能光熱提供生活熱水，建議采用聯集管式集熱器或板式集熱器。聯集管式太陽能熱水系統，是由聯集管式集熱器陣列、儲熱水箱、輔助加熱系統、智能控制系統、管道及循環系統組合而成的，可根據需要隨意設置出水溫度、能與常規能源配合、實現24小時連續熱水供應的即熱式太陽能熱水洗系統。體育館方案設計中，設置集熱面積約250㎡（15%的生活熱水，1.4㎡/100L熱水量），預計增加初期投資40萬，投資回收周期3到4年。

4.5 照明節能

照明方面，該方案建議使用LED光源，LED光源光效可達200lm/W，高于白熾燈的15lm/W和氣體放電燈的75lm/W；其色彩范圍可以覆蓋色度坐標的80%～90%，優于NTSC電視標準，顯色性很高；其高效率、長壽命、低能耗、安全可靠的技術優勢其他光源無法比擬。同時，方案設計建議使用GIGO照明節電器，GIGO照明節電器根據用戶電網電壓的波動情況、照明負載的性質，對燈具實行智能穩壓供電，隨時給燈具提供一個既穩定、又能節電，還不會影響照明效果的供電電壓。用戶可根據自己的需要，自行設置輸出的節電電壓，對照明負載的運行時間和供電方式進行編程，最大限度地降低照明燈具的電耗。采用GIGO照明節電器后，僅智能穩壓所實現的節電效果一般就可達20%以上。同時由于照明燈具工作在較低的電壓，其使用壽命也大大延長。

4.6 給水節能

給水方面，該方案采用變頻調速給水設備，變頻調速給水設備是在利用壓力或流量傳感器反饋恒定的情況下，由變頻器控制電機不斷改變水泵轉速，從而不斷改變水泵的流量來適應用戶用水量需求的裝置。變頻調速給水設備在運行時變頻調速器控制水泵電機的速度，通過速度的變化保持水壓恒定，當管網實際水壓低于設定水壓時，變頻調速器會按順序循環軟啟動相應臺數的水泵來滿足水壓恒定，當管網實際水壓高于設定水壓時，變頻調速器按相反順序切掉相應的水泵電機。變頻調速給水設備節能效果明顯，可達25%以上，它還能降低維修費用，提高供水品質，實現無人值班，減輕值守人員勞動強度。

4.7 空調節能

該方案建議使用地源熱泵，地源熱泵是一種利用淺層地熱資源，既可供熱又可制冷的高效節能空調設備。地源熱泵通過輸入少量的電能，實現由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。冬季，把地能中的熱量取出來，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。

5 多功能應用

武漢工程科技學院目前正處于建設期，涉及教學及學生活動各類用房相對欠缺，尤其缺乏大型室內演出場地、展覽場地。該體育館的建設方案綜合考慮了以上實際情況，對體育館的體育訓練、體育賽事、觀演、會議、會展等空間需求均提出不同解決方案，符合學校建設現狀，為解決學校建設期凸顯的用房矛盾起到一定緩沖作用。

6 結語

該方案設計從武漢工程科技學院實際情況出發，綜合考慮了學校現狀及發展規劃，功能空間設計合理，既能滿足體育運動相關空間要求，又兼顧了學校建設過渡期內不同室內功能的需要。其建筑外觀現代、簡約，符合學校文化及定位；室內空間布局合理，利用率高；在綠色節能方面，充分考慮了建設及運行維護成本，通過被動式節能與主動式節能相結合的方式，實現了其綠色建筑設計理念。由于體育館空間的特殊性，而會議、觀演等多功能需求對混響時間等聲學要求差異較大，僅靠空間布局很難解決，后續在聲學設備上可能需重新設計。

參考文獻：

[1]程國志.高校藝術設計教學樓方案設計評述. 國外教材科技， 2007（5）.

[2]李秉奇.現代藝術高校建筑表達——四川美術學院綜合教學樓設計.建筑學報， 2001（4）

作者簡介：祁焱華，男，32歲，武漢工程科技學院珠寶與設計學院常務副院長，講師 研究方向：生態景觀、室內設計。