碳中和目標下體育場館的低碳建筑設計

朱云峰

(湖南環境生物職業技術學院,湖南 衡陽 421001)

0 引言

本文首先分析了低碳理論，通過理論和調查分析認為：區域氣候、尺度、材料和結構、運營和使用是決定整個體育館低碳發展的重要因素，這四個因素是相互關聯的，是一個系統的過程。本文還論述了建筑規劃設計階段體育館低碳化的總體設計方法，希望能在未來的體育場低碳設計創作中起到一定的指導作用。

1 我國體育建筑能耗現狀

當前我國比較發達的中等城市普遍擁有1～2座大型體育場館，大城市通常擁有3座或更多體育場館。從第五次全國體育場地調查(截至2003年底)及第四次全國體育場地調查(截至1995年底)結果來看，全國體育場地總面積增加了110.28%，大約11.8億m2。多年來，體育館場館總投資達1 914.5億元。近10年來，隨著中國綜合國力的增強，已成功承辦了2008年北京奧運會、2010年廣州亞運會、2011年深圳大學生運動會和2013年沈陽亞運會等世界級和全國性大事[1]。我國對于能頻繁舉辦賽事的優質場館需求不斷增加，同時人民群眾生活質量不斷提高，健康觀念逐步增強，對于全民健身體系構建更加重視，這些因素推動體育建筑大規模興建[2]。

目前，國內的體育場館面積增長較快，投資較大，耗材較多，能耗較高。經調研與統計，中國體育場館的能源消耗與國際同類場館相比，約高出40%，且同一種場館與相同場館在使用年限上存在較大差別。因此，運動場所在能源利用方面有著巨大的潛力。建筑材料的高排放，體育場館運營過程中的耗能裝置產生的高能耗，舉辦大型比賽時的碳排放，以及體育場館拆除后的建材回收，以及是否會產生環境污染，這些都為體育場館的節能減排指明了發展的方向。在“低碳”的背景下，體育場地的節能減排已不僅局限于其在使用過程中的能耗，更多地表現為其在整個壽命周期內對其所產生的各種環境效應[3]。在國家的節能減排目標中，體育建筑的能源消耗與碳排放的控制是一個關鍵環節。

2 體育場館建筑設計全生命周期

2.1 規劃設計階段

在項目的起始階段，規劃設計階段的決策將對后續的建設、使用和運營產生深遠的影響，為項目的順利實施奠定堅實的基礎?，F階段由于能源消耗導致的直接碳排放很小，基本可以忽略不計。盡管沒有特定的二氧化碳排放量，但是由于建筑物的位置，結構類型，所用材料，建造計劃，照明，加熱和通風等都與規劃設計階段緊密聯系在一起。

2.2 施工建造階段

其中，建設期是對建筑物進行“實體化”與“塑形”的過程。其內容包括：建材及施工過程中產生的碳。在此過程中，需要耗費大量的處理能源和輔料。施工中的各種工作十分繁復，與施工沒有多大關聯。

2.3 使用維護階段

建筑使用和維護階段是建筑碳排放時間概念最長的階段，也是能耗和碳排放占比最大的階段。建筑工程節能的探索一直集中在這個環節中，包含保持工程建筑正常的中央空調、采暖、照明燈具、供電等服務所產生的碳排放。維修改造新項目應用中產生的碳排放主要包含節能項目、設備升級和環境改造[4]。

2.4 拆除回收階段

在建筑拆除回收的過程中，在拆除時所產生的燃料等能源消費，還有在拆除后所產生的廢舊建筑材料的運輸、分揀、回收、處置等能源消費，都會對這一過程中的碳排放造成一定的影響。

3 體育館低碳化影響因素

3.1 地域氣候

區域氣候一直是影響建筑低碳設計能耗的最基本條件，由于氣候因素的影響，各區域體育館的碳排放變化規律有較大的差別。由于各區域的氣候環境差異，導致了各場館的通風規律也不盡相同。比如，在北方地區，冬天取暖的二氧化碳排放量明顯高于其它地區，而在南方地區則集中于夏天的冷卻過程。冬季北部場館的空調溫度比南部場館低得多一些，場館的設計若忽視了區域氣候的影響，一味追求大規模幕墻或透明房頂等高科技方式，不僅會讓展覽館物理學環境惡化，還會造成極大的資源浪費。為了能追求時長遮蓋，順從“低碳”這個概念，在沒有任何有效運算可行性分析認證的情形下，將太陽能光伏板和建筑緊密結合，不但不會獲得良好的節能減排實際效果，并且可能導致極為厚重的經濟壓力[5]。因而，考慮到氣候是體育場館低碳設計方案的關鍵參考標準，在設計中應予以充分重視。

3.2 規模體量

體育場館通常被設計和建造為標志性的公共建筑，因此，這些建筑的體積會變得更大，對建筑的要求也會變得更大，更多的材料，更多的能量，更多的二氧化碳?，F如今，體育場館的建設大多都與大型賽事的舉辦有關，對座位尺寸的需求遠遠大于賽后的使用。場館規模過大，有時還會因為規模過大造成的高能耗而難以運營，體育場在使用過程中最大的碳排放來自于空調、制冷、供暖和照明的能源消耗。

3.3 材料及結構

隨著時代的快速發展，結構技術也在不斷地進步，在球場的設計上，經常是以宏偉的效果為目標，對建筑結構、材料等提出了特別的要求，從而產生了一些奇形怪狀的體育場，這類建筑設計成本非常高。在設計層面，結構與材料的選擇決定了建筑原材料的碳排放量。盡管在使用過程中不會造成過多的排除污染，但在建筑的整個生命周期中也是占比較大的一個方面(施工階段的碳排放主要來自材料的生產、運輸和加工)。忽視結構效率，追求新穎獨特的形象，存在與結構無關的建筑構件進行造型，造成了極大的材料浪費，也導致了大量的碳排放(來自材料的生產和施工等)。體育場館的基本建設必須遵循方式以及構造的統一，以體現其藝術美。太復雜和忽略結構形式的體育場品牌形象，失去了對體育場層次感形象的要求[6]。因而，科學合理的結構形式和適度的原材料運用是體育場低碳設計不可或缺的一部分。

4 體育館總體低碳規劃設計策略

4.1 融于地形氣候

不同地區的體育館設計要考慮不同的主要氣候因素，但地形地貌的整合有一定的相似性。將其與天然地貌相結合，將會降低對現場及周邊的干擾，進而降低其對生態系統的沖擊。因為場地很大，所以在地上和地下都有很大的空間。對這些土地進行治理將耗費巨大的能量，從而產生更多的二氧化碳。所以，在降低土建工程造價的同時，應盡量使整個工程的土建工程造價達到均衡。地勢上的斜坡能與球場內的大看臺形成呼應，同時，地勢較低的地方也能被提升，從而形成一個與外部世界溝通的過渡空間。以不同的地形情況為依據，對其進行差異化的設計判定，這樣既可以有效地減少建設費用，又可以將建筑與周圍的環境完美地融合在一起，讓建筑的區域特征變得更為突出。

還需要采用不同的設計方案和方法，以適應不同的需求和情況。自然采光、風力發電等都需要合理設計布局，使之達到最好效果。在氣候學中，自然風和太陽是最基本、最生動形象的元素，它們在自然界中扮演著至關重要的角色。根據地形特點合理設計布局，使其自然形成良好空氣流動條件。在規劃建設過程中，必須充分考慮到場地內自然風的利用，以優化場館選址，提升場地內部的自然氛圍。同時還要注重冬季寒冷地區體育館內空氣流通，提高空氣濕度。通過運用地形地貌、其他建筑結構、配置綠色植物以及合理的水分配，將夏季輕風引導至體育場區域，并科學規劃體育場方位，使得風力能夠自由地穿越體育場，從而有效降低體育場自身溫度，同時盡可能避免風陰影區建筑的自然通風；同時也要加強對室外風力的控制與管理，以降低風速為主要目的，使其達到一定范圍內的最小值[7]。在寒冷的季節里，安裝防風林可以有效減緩冷氣速率，從而降低建筑本身的溫度變化。另外，為了保證體育活動期間能夠提供足夠的空氣流度，應盡可能多采用自然對流通風方式。在考慮建筑系統軟件時，需要精心規劃和設置進通風口，以確保其有效性。根據不同地區氣候特點選擇合適的空調系統，以達到節能減排目的。為了充分利用陽光，規劃中需要考慮引進或阻擋輻射源以滿足體育場的需求，并在考慮到周邊建筑物和植物的屏蔽效果的前提下進行。

4.2 營造低碳健康的交通系統

傳統體育場平面設計圖必須傳送到社會發展主干路，有大面積硬人行道作為新時代所使用的消防疏散廣場和地下停車場。一種更直觀的辦法是減少私家轎車的應用，減少停車場總面積，并且在城市的各地方增加公交車數量，以專車接送去往體育場的消費者。充分考慮有很多人在低碳定義的幫助下步行或騎自行車去體育場，在計劃和設計里可以選擇自行車車道以及機動車車道，使體育場里的機動車輛與群體流線型徹底分離出來，不互相影響。步行系統軟件針對不同場所必須有著不同的設定，包含氣體、地面和地底。路面方式是很常用的一種，主要包含城市廣場、人行道以及機動車道。一座新的體育場一般設在大規模的土地上，假如布局的步行系統和土地上的體育場地設施相符合，將在很大程度上激起周圍人群參加鍛練的熱情和激情[8]。

4.3 綠化植被的配置

在降低能源消耗和降低溫室氣體排放量的同時，還需要考慮其對CO2的吸附作用，也就是增強其對大氣中CO2的吸附作用。在計劃階段，植物的布置以提高體育館周圍的綠色植物為主，但也要自覺地把體育館自身與綠色植物相融合。

合理配置植物可以保證固定的二氧化碳排放量，同時提高綠化率。計算表明，生態復合綠化方式，即喬灌木花卉緊密種植的混合植物配置，可以最大限度地固定CO2。上述混合植物區40年每單位面積可固定CO約1 100kg，種植方式越簡單，固定CO量越低，人工草坪幾乎無法固定CO。在植物配置上，盡量形成豐富的混種系統，這樣的系統更接近自然生態系統。除了吸收二氧化碳和直接減少排放外，植被也可以調節建筑的小氣候。首先，它能夠過慮太陽輻射量。其次，綠色植物還可以起到一定的工程建筑導風功效[9]。綠色植物自身能夠凈化室內空氣，防護噪音和有機廢氣，降低戶外對室內空間危害。

4.4 倡導低碳生活方式

體育場是一座大型的城市公共設施，具有很強的社會效益和經濟效益。所以，通過健身場所來推廣低碳的生活與鍛煉方法，是十分適當且行之有效的。身為一名低碳體育館的用戶，要在思想上逐步對自己的行為進行認知，并樹立起自己對低碳生活的觀念。比如，在體育館中，人們可以盡可能地走路去看比賽或者參與活動，距離比較遠的人可以使用自行車或者公共交通工具；體育館樓層并不高，可以通過使用樓梯來輕松地到達每一層，如此就可以將電梯運行的頻率降到最低[10]。此外，還可以進行垃圾分類等。從運營者的觀點來說，碳排放管理也很重要。比如說，盡量利用自然氣流來通風，減少使用空調系統，如果必須使用空調，也不要將溫度設得過低，同時在陽光充足的情況下盡量不要使用人工照明，還要注意節約用電，比如及時關燈等。可以在體育館張貼有關節能減排技術的宣傳海報，讓公眾更深入地了解低碳技術，認識到環保是一個長期的過程，需要持續不斷地參與。

5 結 語

在世界范圍內，面對日趨嚴重的能源與環境問題，建筑這一高能耗地區，其節能與減排問題備受關注。場館占地面積大，能耗高，碳排放大，是我國最主要的能源消耗源。在低碳經濟的背景下，對運動場進行低碳設計的要求越來越高。本文通過對體育場低碳設計的理論研究、實地調研和實際工程設計，總結出危害體育場碳排放量的因素包含氣候、經營規模、材料及構造、高效運行利用。這四個影響因素并不是獨立的，因此，體育場的低碳設計方案是一個系統的過程。從初步規劃、運營策略等方面把握場館低碳設計的總體方向；在設計初期，應選擇安全方便的場地，并根據需求的定位和規模進行周邊功能的整合，形成群體效應。在此基礎上，執行合理布局融入地形氣候、綠色生態配備回應空間環境、交通出行設定追尋低碳健康的生活規劃策略。