江西省地下公共空間綠色設計關鍵技術研究*

李念秋 （江西經濟管理干部學院，江西 南昌 330088）

當今開發利用城市地下空間正在成為中國建設資源節約型、環境友好型城市的重要途徑，能有效擴大城市容量，優化城市環境，緩解城市交通壓力。本文的城市地下公共空間是位于地下的城市公共空間，包括地下商業、地鐵車站、娛樂、餐飲、地下停車等供公眾使用或活動的地下空間[1]。在江西地下公共空間設計中融入綠色建筑設計理念，能更好地創造舒適的地下空間環境，對大自然的不利影響降低到最低程度，并減少對能源的消耗和實現對物質的循環再利用。在江西地下公共空間設計中采用的綠色技術主要有被動技術、主動技術和綠色資源，將被動技術結合主動技術，共同運用多種綠色技術。

1 被動式綠色技術

被動式綠色技術是利用材料的物理性能、環境等來順應自然界的陽光、風、氣溫、濕度等變化來改善和創造舒適的環境，減少對常規機械電氣設備和能源使用的技術。地下空間較幽閉，大自然的太陽光、風、新鮮空氣等難以進入到地下空間[2]。被動式綠色技術主要應用于江西地下公共空間的自然采光及通風設計中。

1.1 地下公共空間自然采光技術

1.1.1 天窗采光設計

地下空間設計天窗采光，引入自然光線，提供更舒適的室內環境，也降低照明能耗。常用的天窗主要有平天窗和垂直天窗，其中應用最廣泛是平天窗。由于平天窗不需特殊的天窗架，簡化結構且施工方便，造價約為垂直天窗的20%～40%。形式上，平天窗可以做成采光板、采光罩或采光帶。在相同天空條件下，平天窗在水平面上的照度值比垂直天窗高，故平天窗的采光效率比垂直天窗高。而垂直天窗在一些情況下陽光無法射入地下空間，且照度不均勻。地下空間自然采光效率的影響因素主要有天窗采光面積、天窗形狀和天窗材料等[3]。

a.開窗面積優化設計。窗地面積比是指地下空間開天窗面積與建筑平面面積的比值。從模擬分析結果得出，在地下空間其他因素相同的情況下，隨著天窗面積的增加，地下空間平均自然采光系數和采光照度也會成一次線型函數關系增加。針對江西省氣候分區和地下公共空間照明功能需求，根據模型分析出最優窗地比參考值：一般商業建筑對應窗地比最優設計值為0.075，一般交通建筑中央大廳對應窗地比最優設計值為0.050。

b.天窗形狀和材料設計。不同形狀的天窗會影響地下建筑空間的采光效果，其中正方形天窗的平均采光照度指標最大，三角形天窗的平均采光照度指標最小。因此還應考慮地下公共空間環境所需求的照度指標，設計相適應的天窗形狀。不同的天窗材料也會影響地下空間內部光環境，設計時要合理選擇天窗玻璃材質。據測試數據可以看出，地下空間采用單層玻璃形成平均照度數值最大，采用雙層LOW-E玻璃形成的平均照度數值最小，采用半透明玻璃與雙層玻璃數值居中[4]。

c.合理布局天窗位置。地下空間天窗布置的形式主要分為集中式、均勻分散布置和非均勻分散布置三種。特別當地下空間的建筑面積較大，在相同開窗面積的條件下，均勻分散布置的平天窗更能獲得均勻的室內照度，采光效率最高，集中布置的平天窗均勻度最差。由于沒有天窗架的限制，平天窗可以根據需要靈活布置和控制相關尺寸，以獲得均勻的照度。控制天窗間距對采光均勻性具有較大的影響，宜控制在天窗位置高度的2.5倍以內。由于防水和安裝采光罩的需要，平天窗周圍需設置井壁，具有一定高度的肋。井壁尺寸和開口大小對窗口采光效率有很大影響，可以通過開大洞口、降低井壁高度、提高井壁表面光反射比來提高窗中采光效率。若井壁較高，可將井壁做成喇叭口以增加透光量，改善采光均勻度。

1.1.2 下沉廣場采光設計

設計下沉廣場能使地下公共空間與周圍的地上開敞空間環境相融合，利用下沉廣場設計更多面積的采光窗，又能提高地下公共空間的自然采光效果，改善人們在地下空間的差異感。下沉廣場的下沉深度、采光窗材質等因素會影響下沉廣場的采光效果。增加下沉廣場的下沉深度，可以增加地下空間的垂直采光窗面積，從而增加地下空間的自然光照度。從模擬結果得出，在其他因素相同的情況下，增加廣場的下沉深度，地下空間的平均采光系數和照度也會增加。當下沉深度從4m變化到5m時，地下空間平均采光系數和照度增加會出現拐點，由大變小，而造價增加很多。因此下沉廣場的最優下沉設計深度在5m左右，才能達到經濟、實用、節能的綜合要求。

1.1.3 運用光導照明技術

光導照明系統是一種無能耗、綠色、環保的照明產品。光導系統安裝簡便，使用壽命長達20年以上。光導照明技術比天窗引入的自然光照射面積更大，更加均勻，不會隨著太陽光線照射角度的變化而變化，不容易產生炫光，布置更加靈活，能將太陽光傳送到任何需要的地方。光導照明系統主要由采光系統、導光系統和漫射器三部分組成。采光系統類似一個聚光器，能高效收集太陽光，然后通過導光管重新分配或篩選太陽光，導光管具有拐彎、延長功能，可以穿過地下公共空間上的覆土，避開障礙物，最后由漫射器將太陽光均勻地照射入地下公共空間。

1.2 地下空間自然通風設計

地下空間自然通風、新風過濾系統都是提升地下空間空氣品質的有效手段，自然通風是實現地下公共空間良好的空氣流動的被動策略，自然通風主要可分為風壓通風和熱壓通風，由于自然風較難引入地下空間，地下空間可以利用熱壓來實現自然通風。

1.2.1 科學設計風路

科學布局空氣流向、合理地進行風路組織設計，可以避免短路現象或局部死角的產生，將新風送達地下空間整個區域，有效達到稀釋、消散內部空氣污染物的作用。當然，風路組織在保證提供地下空間良好空氣環境的前提下，還可以極大地提高能源利用效率，減少空調新風系統的能源消耗，節約資源、保護環境。風路可設計為串聯式風路和并聯式風路。并聯風路比串聯風路更經濟，因此地下空間風路設計應盡量采用并聯風路。串聯風路只有一條通風路線，并聯風路有多條獨立通風路線，使新鮮空氣能經過每條路線[5]。

1.2.2 充分利用中庭和下沉廣場

結合中庭和下沉廣場來組織地下空間自然通風，在城市主導風向的迎風面上設計下沉廣場作為通風口，自然風由于風壓作用被引入。中庭在熱壓與風壓作用下，發揮拔風效應，抽出周圍地下空間的熱空氣，可改善地下空間環境，降低開發成本。

1.2.3 合理布置進風口和排風口

地下空間的通風井宜在綠化帶內設置，不應對行人安全造成不利影響。地下設施通風井要合理布置進風口和排風口。首先，不應將進風口設計在空氣污染嚴重的區域。其次，盡量分開設置進風口和排風口，二者之間的垂直距離應大于2m，水平距離應大于5m；如有特別原因合建進風口與排風口時，進風口應比排風口低5m，以防止產生空氣回吸。最后，合理設計進風口和排風口的大小，當進風口面積不變時，排風口面積越大，則地下室內氣流速度也隨之增大。

1.2.4 設計太陽能煙囪通風

由于地下空間不易利用窗戶的風壓原理進行自然通風，可以設計太陽能煙囪，利用熱壓原理通風。太陽能煙囪通過吸收大量的太陽輻射熱，加熱內部空氣，在熱壓作用下產生拔風效應，形成強烈的通風效應。

2 主動綠色技術

主動式綠色技術是通過運用機械電氣設備以達到環保節能目的的技術。主動式綠色技術主要通過如下兩個方面運用，來降低能源的消耗：一方面通過設備加強對可再生能源的利用[6]；另一方面是通過節能材料和設備的運用。江西地下公共空間綠色設計中，主動綠色技術可以彌補被動技術的不足。

2.1 節能照明技術

在地下空間綠色設計中，推廣使用LED節能照明技術。作為冷光源的LED燈產生的熱輻射少，工作電壓低，采用直流驅動方式，比傳統光源節能，超低功耗，電光功率轉換高，幾乎達到100%，屬于典型的綠色照明光源。特別是感應LED節能燈適用于一些夜間照明使用較少的地下車庫區域。地下公共空間多選用冷暖色溫配搭合理的照明光源，避免選用單一色溫的光源。設計可以運用照明節能控制系統，通過光控聲控系統、定時器、輔助裝置等，進行多路照明控制，根據地下公共空間光線強弱、聲音大小和實際設定的光通量自動控制開斷裝置，以達到節能目標。

2.2 全熱交換器

全熱交換器是一種含有全熱交換芯體的新風、排風換氣設備，通過換熱芯體的全熱交換過程，從空調排風中由新風回收能量。在冬季，全熱交換器使新風通過空調排風獲得熱量，升高新風溫度；在夏季，全熱交換器使新風通過空調排風獲得冷量和干燥，降低新風溫度及含濕量。全熱交換器具有能量回收無污染、換熱效率高、外形緊湊小巧、使用壽命長、組合方便、性能穩定、無須清潔等特點。熱交換器的換氣系統主要有用于較大換氣量的旋轉型全熱交換器和用于較小換氣量的靜止型全熱交換器[7]。

2.3 地源熱泵技術

地源熱泵是通過蒸發和冷凝土壤或者水源中的能量，來實現地下空間的制冷或者制熱。地源耦合熱泵的能耗很低，僅為常規系統能耗的25%～35%，它由水循環系統、熱交換器、地源熱泵機組、空調末端及控制系統組成。江西屬于冬冷夏熱地區，能利用地源熱泵技術在冬季制熱夏季制冷。地源熱泵技術若長期向地面輸入冷或熱量，利用不合理則會破壞土壤的冷熱平衡，造成生態不平衡。因此，應因地制宜地使用地源熱泵技術，充分考慮江西區域的夏熱冬冷氣候條件，在地熱資源豐富的地區，使用地源熱泵技術會帶來巨大的經濟和環境效益。

3 綠色資源利用

3.1 雨水回收利用

江西雨量充沛，年平均降水量達1341.4mm～1934.4mm。在江西地下公共空間綠色設計中，選擇雨水收集回用系統、雨水入滲系統、調蓄排放系統或其組合來實現對雨水資源的利用。雨水儲存回用前，應進行初期棄流，水質應根據回用需求進行適當的處理，處理后的雨水進入儲水設施用于回用。可以利用收集處理的雨水沖廁、灌溉植物、補充水景中水體，雨水經過處理后還可以作為地下空間常用水源。

3.2 太陽能利用

太陽能屬于清潔能源，成本低廉，充分利用太陽能，能有效降低江西地下公共空間的能耗。太陽能可以在地源熱量不足的時候作為熱源，對室內進行通過光伏設備收集并貯存太陽能，再轉換成其他能量進行供暖等，還可以用于地下空間照明發電。

3.3 淺層地熱能利用

淺層地熱能可用于江西地下公共空間。淺層地熱能是儲藏在地表下數百米范圍內的地質體的恒溫帶中的可開發利用的熱能，是蓄積的太陽輻射與吸收地表后一種能量的轉化形式。淺層地熱能具有儲量大、分布廣、品位低、通常不受氣候和地域的影響、使用簡單、相對溫度恒定的特點，取之不盡、用之不竭的可循環再生的低溫能源（10℃～25℃）。淺層地熱能通常用于土壤源和水源的熱泵技術，通過換熱系統與地下水和巖土體進行熱能的交換，消耗少量的高品質的電能來驅動熱泵，由低品位向高品位轉化熱能，以實現地下空間的供暖和制冷。