室內滑雪場館被動式節能設計策略
——以長沙歡樂雪域項目為例

汪 濤

華東建筑設計研究總院 上海 200002

1 室內滑雪場館節能設計的挑戰

隨著北京冬奧腳步的日趨臨近，以及響應“帶動三億人參與冰雪運動”的號召，我國各地民眾參與冰雪運動的熱情日益高漲，室內滑雪場館的建設也呈現遍地開花的趨勢，并以每年近20%[1]的速度遞增。

室內滑雪場館作為新興的建筑類型，不同于一般的民用建筑，不僅要滿足室內雪上運動及活動的空間需求，更要滿足制冷工藝帶來的室內外溫度應力、水蒸汽滲透和熱量傳遞的制約，其常年 “返季節性”的低溫控制需求令室內滑雪場館運營能耗成本居高不下。根據筆者實際調研的多家室內滑雪場館案例，雖各滑雪場館地域、空間構成及營運狀態各不相同，但其用電成本經推算平均約0.5-0.6元/天·平米，約為普通商業建筑耗電量的1.2-1.5倍[2]。室內滑雪場館作為新興的高耗能體育性娛樂建筑，將進一步加重公共建筑的節能負擔，若不采取相應的節能措施，其高昂的能耗不僅有悖于我國建筑節能總體規劃目標，更會影響此類建筑的可持續發展。

2 被動節能設計策略

在室內滑雪場館前期設計階段重點分析并權衡此類建筑的節能設計策略，是極易被忽視的一個重要環節。在建筑總體和單體策劃之初，綜合考慮項目環境條件，分析建筑特性，高效利用被動式節能設計策略，可以守住該類建筑節能的第一道閘門，帶來事半功倍的節能效果。

2.1 總體布局策略

在總體布局上應重點關注室內滑雪場館所處區域氣候環境條件等因素，充分考慮太陽熱輻射、區域主導風向對滑雪場館冷區建筑布局的影響；同時，通過綠化、水體等環境布局因素改善微氣候條件亦可在總體布局中發揮較為積極的作用。

2.1.1 避免太陽輻射

室內滑雪場館，特別是冷區部分一般不宜設置自然采光，太陽輻射往往成為滑雪場館低溫建筑能量消耗的負擔，減少或控制太陽輻射更有利于縮減建筑運維能量的消耗。因此，在總體布局上，根據項目所在區域太陽輻射情況，室內滑雪場館冷區建筑形體宜首選北向布局，其次選擇東北或西北朝向，盡量避免太陽輻射最強的西向布局；其次，利用環境要素或建筑間相互遮蔽，使滑雪場館冷區建筑長期處于環境陰影或建筑遮蔽范圍內，亦可有效降低太陽輻射。

2.1.2 權衡主導風向

室內滑雪場館冷區常年溫度維持在-3°C至-5°C，這一溫度在夏季低于室外氣溫，冬季又因地域差異而有所不同。北方寒冷地區冬季室外氣溫一般低于室內滑雪場館，而南方炎熱地區冬季室外溫度一般高于室內滑雪場館。因此，考慮滑雪場館設計與主導風向的關系，對于北方寒冷地區需減少冷區冬季熱損耗，宜避免建筑垂直于冬季主導風向；對于夏熱冬冷或炎熱地區，通風有利于降低建筑表面溫度，縮減室內外溫差以降低能源損耗，滑雪場館宜垂直于全年主導風向。

2.1.3 提高景觀覆蓋率

良好的綠化和水體能夠改善區域范圍內微氣候，有助于吸收太陽熱輻射，降低環境溫度，平衡環境濕度，有效實現建筑節能。室外綠化在夏季可降低建筑物室內外熱傳導6%-30%。建筑設計不僅可以考慮在場地范圍內適當增設綠化、水體等景觀，以改善場地微環境溫度，也可以考慮通過設置墻體垂直綠化，屋頂綠化等方式提高綠化面積。

2.2 建筑設計策略

室內滑雪場館特別是冷區建筑設計應以低溫建筑特性為出發點，可參考借鑒寒冷及嚴寒地區建筑設計相關要素及數據指標，在冷區建筑環境溫度場、建筑體形系數及建筑圍護系統隔熱等方面進行設計策略性分析將更有利于實現節能的控制目標。

2.2.1 穩定環境溫度

室內滑雪場館冷區無日照、無自然通風，常年維持在穩定的低溫和濕度范圍內，減少此類建筑室內與室外環境的能量交換，更有利于節約建筑能耗。與地上建筑相比，地下建筑周圍環境密閉，不受自然氣候條件的影響，且地下建筑一般冬暖夏涼，更利于形成較為穩定的環境溫度場。創造類地下建筑空間，兼具封閉性及恒溫特性的環境，對于室內滑雪場館的被動節能較為有利。

2.2.2 控制體形系數

室內滑雪場館建筑形體設計，應考慮減少建筑外圍護結構的傳熱面積，在體形設計上宜簡約，減小單位容積的外圍護結構表面積。建筑的體形系數是影響建筑耗能的重要因素之一，研究表明，體形系數每增加0.01，建筑能耗指標約增加2.5%。在不影響建筑使用功能前提下，控制體形系數對室內滑雪場館節能設計尤為重要，一般來說，室內滑雪場館體形系數可參考嚴寒、寒冷地區，控制在0.3以下。

2.2.3 加強圍護隔熱

受冷區低溫高濕的環境要求限制，室內滑雪場館對圍護結構的隔熱防潮要求很高。在圍護結構保溫隔熱設計上，應保證隔熱層的連續性，避免或減少出現熱橋。隔熱應首選導熱系數小的材料，一般應小于0.05 W/m·K。隔熱層的厚度應通過計算決定:隔熱層厚度=隔熱材料導熱系數*（圍護結構所需熱阻-圍護結構除隔熱層外所有熱阻之和）,所得計算結果應經技術經濟比較來加以驗證。為保持滑雪場隔熱材料性能良好，延長使用壽命，在滑雪場圍護結構兩側的設計溫差≥5℃時應設置隔氣層。如在夏熱冬冷地區，隔氣層應設置于保溫隔熱層高溫一側；若在北方寒冷地區，圍護結構兩側的冷熱狀態或因季節變化反向逆轉，則應考慮在隔熱層兩側均設置防潮隔氣層。

3 長沙歡樂雪域項目被動節能設計實踐

3.1 項目設計背景

項目基地舊址是距離長沙市區僅10公里的原湖南省新生水泥廠，經半個世紀的開采，基地內形成一個直徑約300m～400m，深約100m的巨型采礦坑。項目用地內擬建造一座冷區3萬m2，總面積約9萬m2的室內滑雪場，以及一座建筑面積約1萬m2，占地面積約7萬m2的室外水上樂園。

3.2 節能設計策略

3.2.1 依勢打造穩定溫度場

項目基地為一座百米深的廢棄礦坑，設計摒棄傳統“填埋”式處理方式，力求在保留工業文化遺址的前提下重新構建建筑與環境的對話關系。以地下建筑的恒溫環境場為啟發，設計將室內滑雪場冷區建筑設置于地面之下，懸浮于礦坑口部，建筑東、西、北三側約70%周長范圍為崖壁環抱，形成近半地下的空間狀態，建筑與崖壁間形成無對流且相對穩定的溫度間隙夾層。這一構想既在某種程度上利用了地下建筑恒溫環境特性，大幅度降低主體建筑太陽熱輻射，同時最大程度弱化建筑形體對區域自然環境的空間壓迫。

3.2.2 控制形體及熱損失

相同空間體積狀態下，表面積指標：球體＜圓柱體＜立方體，但球形體量很難滿足滑雪場空間設置及功能使用需求，且原有礦坑口部自然形成的弧形邊界與圓柱形體更趨吻合。經詳細分析與測算，以減小礦坑不必要破壞為前提，保證建筑形體與崖體適形的匹配關系，最終確定的滑雪場近圓柱形建筑形體，其體形系數低于0.1，遠低于寒地建筑對體形系數的規范要求。

3.2.3 設置隔熱屏障與通風間層

最大程度上降低滑雪場冷區建筑太陽熱輻射對節約建筑能耗，減小能源消耗負擔尤為重要。長沙冰雪樂園屋面面積近3萬m2，如此巨大的屋面若不進行處理將持續吸收太陽輻射，造成運維的巨大負擔。設計首次嘗試將室外水樂園垂直疊加于冰雪樂園屋面之上，令室外樂園的水體、綠化形成一道天然的隔熱屏障，阻擋雪樂園建筑通過屋面吸收太陽輻射。同時，在水樂園與屋面之間設置可自然通風的溫度緩沖間層，進一步降低冷區外表面溫度，緩解能耗壓力。建筑南側設置的裝飾性建筑表皮，選用淺色、反射率較高的鋁板材質，同樣為建筑節能起到積極作用。

3.2.4 高效圍護系統及構造

理性選擇室內滑雪場適用于低溫、高濕環境的圍護系統保溫材料對此類建筑節能設計至關重要。長沙歡樂雪域項目在選擇保溫材料時兼顧材料耐火性能以及導熱系數指標等特性，經消防安全專項論證，選擇220厚預制金屬夾芯高性能保溫材料，同時在保溫材料與建筑外圍護結構之間設置一道空氣腔體夾層，利用空氣導熱系數遠小于固體物質導熱系數的特性，提升整體構造保溫節能效果。

3.2.5 強化環境節能因素

基地內的采礦坑經多年廢棄，坑底自然形成一潭湖水，但坑壁巖石基層很難適應植被生長。設計采用生態修復的整體設計策略，從保護坑底自然水體環境出發，保留崖壁多處自然滲水點，經收集后輸送至水處理機房，處理達標后作為坑底景觀補水、植被澆灌及工藝補水等使用；崖壁植被修復采取生態混凝土護坡技術、客土噴植工藝、環保草毯復綠等措施，分區域修復崖壁綠植景觀，達到提升環境品質，調節微環境溫度的作用。

長沙歡樂雪域項目實景照片

4 結束語

被動式節能策略研究在室內滑雪場館建筑設計領域仍處于嘗試與探索階段，雖然導致室內滑雪場館高能耗因素眾多，其能源節約也有賴于運營管理模式的靈活性及先進性，但在項目策劃和項目設計初期有意將被動式節能策略融入其中，使其成為總體規劃及建筑設計過程中整體權衡的因素之一，以較低的設計成本獲得更多的建筑、經濟成效，必將為室內滑雪場館這一新興建筑類型的可持續建設和發展賦予更多的積極意義。