基于可持续理论的既有园区办公建筑室内环境优化设计——以宛平南路75号园区科研办公楼为例.pdf

绿 色 建 筑 Green Building绿色建筑2023年 第3期046基于可持续理论的既有园区办公建筑室内环境优化设基于可持续理论的既有园区办公建筑室内环境优化设计以宛平南路75号园区科研办公楼为例计以宛平南路75号园区科研办公楼为例何雪婷，黄 恺（上海建科建筑设计院有限公司，上海 200032）摘要：上海城市建设发展已迈入存量时代，中心密集城区有大量有较长历史的科研、办公、教育、医疗等既有园区。这些园区普遍存在室内空间效能低下、环境质量较差、生态性能不足等弊病，亟须进行更新升级。以宛平南路 75 号园区科研办公楼为例，从可持续建筑理论入手，在设计全过程中对项目中的室内环境进行性能、场景模拟以及数字化性能分析，提取、分类、总结并优化对设计影响较大的因子，为可持续优化设计的技术研发和应用提供坚实基础。关键词：可持续理论；室内环境；数字化性能分析；优化设计中图分类号：TU243.2 文献标志码：B 文章编号：1674-814X（2023）03-046-040 引 言目前，既有园区更新技术存在资源浪费、环境污染、质量通病、安全隐患和效率低下等问题。因此，为实现密集城区既有园区更新的全装配、不停运、微扰民、零排放等高品质目标，有必要面向“规划设计生产建造运维管理”全过程，研究构建既有园区整合更新的可持续智能建造技术体系。1 可持续建筑理论1.1 可持续理论的提出及主要内容1962年，蕾切尔卡逊在寂静的春天一书中首次提出人类面临的环境污染问题，引起社会巨大的反响和争论。1972年，联合国于瑞典首都斯德哥尔摩举行第一次人类环境会议，通过了著名的人类环境宣言及保护全球环境的“行动计划”，文中提出“为了这一代和将来的世世代代，保护和改善人类环境已经成为人类一个紧迫的目标，这个目标将同争取和平和全世界的经济与社会发展这两个既定的基本目标共同和协调地实现”。1980 年，世界自然保护联盟（IUCN）等国际组织共同发表世界保护策略，文中首次使用了“可持续发展”这一概念，探讨了保护与发展的相互关系。1992 年，联合国在巴西里约热内卢召开“世界环境与发展大会”，会议通过了里约环境与发展宣言，该宣言指出：“和平、发展和保护环境是互相依存、不可分割的。世界各国应在环境与发展领域加强国际合作，为建立一种新的、公平的全球伙伴关系而努力。”2002年，可持续发展世界首脑会议在南非约翰内斯堡召开，并通过了可持续发展执行计划，该计划指出，可持续发展要求改善全世界人民的生活质量，即使增加利用自然资源，也不能超出地球的承受能力。1.2 可持续建筑理论发展现状可持续建筑理论与建设和谐社会、构建人类命运共同体息息相关。20世纪90年代以来，学者们将可持续设计与绿色建筑、生态设计等理论相互融合，共同推进与自然和谐及环境友好型建筑的发展。2019年10月24日，首届可持续发展论坛在北京召开，中国国家主席习近平在贺信中指出：“中国秉持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，推动中国经济高质量发展”。由此可见，可持续建筑在设计中并非单纯考虑环境保护的问题，它是一种更为宏观的共赢理论，综合考虑了生态、经济、社会等各个层面的协同发展和优化。近年来，发展迅速的绿色建筑即是可持续发展理念在建设领域的体现，碳达峰、碳中和更是实现可持续发展的宏观战略。Green Building 绿 色 建 筑 绿色建筑2023年 第3期0472 室内环境优化设计2.1 室内环境改造优化原则可持续发展观影响下的室内设计应在尊重人类权益的同时尊重自然，在强调“以人为本”的基础上，承担对自然界其他生物和环境的责任和义务1。故以上述设计原则为准则设计的室内作品应具有环保性、低耗能性、耐久性、低维护性、可循环性和可持续发展的特点2。2.2 可持续理论运用于室内设计的关键要素（1）建筑外围护构造。建筑外围护构造的优化包括建筑的采光、通风、保温隔热等一系列影响室内环境的措施。通过对建筑室内主要功能区内采光面积、建筑空间的优化，外墙及门窗的设计改造，屋顶及遮阳设施的局部增补，提高自然采光自然通风能力。（2）室内空间结构。室内空间结构优化包括室内墙体构造和材料，通过防水隔气膜、防水透气膜及幕墙系统的设计，有效提高安全性能、保温隔热性能、隔声性能等。（3）室内照明系统以发光二极管（LED）光源为主，通过智能照明控制系统，进行人工照明的优化。（4）电器设备的选择及补偿调节措施，包括阳台、楼梯、走廊绿化设施，空气净化及循环。通过建筑能耗监测系统，对电力进行分类分项计量统计。3 基于可持续理论的办公楼更新改造策略3.1 项目概况本项目位于上海市徐汇区宛平南路75号园区内，园区占地面积约为13 000 m2，北侧为多层住宅小区，东临复旦大学医学院，南面为皖南中学，西邻宛平南路。园区内的科研办公楼为新建工程，该楼建筑面积约为7 036 m2，其中，地上建筑面积为4 616 m2，地下建筑面积为2 420 m2，地上4层，地下1层。该办公楼的主要功能为科研、办公、展览，并配有食堂、地下车库及设备用房。3.2 建筑室内空间优化改造设计3.2.1 建筑自然采光及自然通风项目设计团队为使科研办公楼75%的内区功能空间采光系数达到GB 500332013建筑采光设计标准的要求，对建筑室内主要功能区内的采光面积进行统计分析。通过统计分析可知，主体外墙单面整体窗墙比均高于0.35；设计办公空间内部主要采用开敞式布局，部分区域采用玻璃隔断；地面采用浅色材料设计，并采用下沉庭院等设计，改善自然采光。建筑主要功能区采光达标面积统计如表1所示。表 1 建筑主要功能区采光达标面积统计楼层房间编号房间类型采光等级采光类型采光系数要求/%内区面积/m2达标面积/m2达标率/%1101大堂IV侧面2.2051.0651.061002201展厅IV侧面2.20124.11124.111003301办公室III侧面3.30111.57111.57100305报告厅III侧面3.30156.2015.82104401会议室III侧面3.30124.11124.11100总达标面积比例/%75为进一步改善和增强不利区域的自然采光，设计团队在设计中为下沉庭院增设地下功能空间以提供自然光源，使得平均采光系数大于0.55%的面积达到26%，有效改善了周边范围地下空间的采光效果。100%的功能空间在过渡季典型工况下室内自然通风换气次数达到2次/h，各主要功能空间可开启窗扇位置设置合理，并采用南北通透的开窗设计，这有利于形成穿堂风，从而有效增强了自然通风效果。经分析，各工况下室内人员活动区域自然风平均流动速度适中，气流通畅。过渡季室内自然通风详细情况如表2至表4所示。表 2 过渡季室内自然通风面积季节主要功能空间总面积/m2换气次数大于2次/h的房间面积/m2达标占比/%春季2497.052497.05100秋季绿 色 建 筑 Green Building绿色建筑2023年 第3期048表 3 春季工况主要功能房间换气情况楼层房间类型面积/m2每小时换气次数/次是否达标1大厅263.1710.23达标2办公室615.4512.40达标3办公室579.8127.52达标多功能厅405.2060.98达标4办公室615.4220.49达标表 4 秋季工况主要功能房间换气情况 楼层房间类型面积/m2每小时换气次数/次是否达标1大厅263.1710.23达标2办公室615.4512.40达标3办公室579.8127.52达标多功能厅405.2060.98达标4办公室615.4220.49达标3.2.2 高效照明灯具及智能控制措施科研办公楼的各功能区域照明系统主要以发光二极管（LED）光源为主。建筑照明节能控制措施包括：（1）走廊、门厅、餐厅、大开间办公室、会议室采用智能照明控制系统，可自动调节照度，调节后的天然采光和人工照明的总照度不低于各采光等级所规定的室内天然光照度值，以上这些设计在专项设计阶段完成；（2）楼梯间照明采用声控延时型控制，机房采用就地控制。3.2.3 高效供暖空调系统及热回收机组建筑室内热湿环境达到主要功能区域制冷温度及制冷相对湿度、制热温度及制热相对湿度要求。室内新风量达到民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB 507362016民用建筑供暖通风与空气调节设计规范的要求。上述指标如表5所示。表 5 各功能区的采暖空调设计参数房间夏季空调温度/夏季空调相对湿度/%冬季空调温度/冬季空调相对湿度/%人均面积/m2人均新风量/(m3h)噪声标准/dB门厅2860163010自然50走道28601630101045餐厅2660203023350办公室26602030103245厨房54055展示中心26602030103250会议室266020302.51445健身房266018301040503.2.4 建筑围护结构无热桥控制为控制围护结构热桥，设计团队采取的措施如下：（1）外围护结构的保温层设计连续完整；（2）柱穿架空楼板室内采用30 mm厚岩棉包实，室外采用25 mm厚防火防锈漆包覆，并在室外设置防水透气膜；（3）柱穿地下室顶板室内采用30 mm厚挤塑聚苯板填实，并在室内外分别设置防水透气膜及防水隔气膜。3.2.5 建筑整体气密性控制设计团队采取的建筑整体气密性控制措施为：在外窗与墙体链接部位设置防水隔汽膜及防水透气膜，进行有效的气密性处理，保证连接处的气密性。3.2.6 高性能围护结构节能技术立面优化及幕墙系统的设计主要采用以下三种立面系统：（1）玻璃幕墙，隔热铝合金窗（5低透光Low-E+12Ar+5Low-E+12Ar+5双银），传热系数为1.80 W/(m2K)，玻璃遮阳系数为0.23；（2）金属、石材等非透明幕墙（干挂石材外墙），水泥砂浆（20 mm）+岩棉板（120 mm）+B06加气混凝土砌块（200 mm）+水泥砂浆（20 mm）；（3）UHPC外墙（含光伏围护墙），水泥砂浆（20 mm）+岩棉板（120 mm）+水泥砂浆（20 mm）。3.2.7 高效节能电梯系统科研办公楼共设置了四部电梯，采用高效电机先进控制技术以及VVVF变频驱动技术及群控技术，较之于传统的电梯驱动技术，具有体积小、性能高、控制稳定、节能性能更高等特点。3.2.8 可再生能源分项计量系统设计团队在设计中设置了建筑能耗监测系统，对照明插座用电、空调电力、动力用电及特殊用电进行分类分项计量，并向上级数据中心自动、定时上传能耗数据信息。建筑能耗监测系统计量表计的精度不低于1.0级，电流互感器精度不低于0.5级，且该计量系统对太阳能光伏、光热进行单独计量。3.3 实际工程案例总结密集城区既有园区更新的持续优化柔性规划，不仅是对园区原有空间的提升与重塑，也是对该空间承载的历史记Green Building 绿 色 建 筑 绿色建筑2023年 第3期049忆的升华与记录。笔者通过对上述各项技术的研究，梳理了示范工程园区更新改造过程中的需求与挑战，并将智慧、高效、人文、可持续发展理念融入园区更新改造。4 结 语综上，在自然生态环境与社会经济发展紧密相连的时代，在可持续理论指引下的室内环境优化设计将成为室内设计发展的必然趋势。笔者结合实际工程案例提出了在办公建筑室内设计中可持续发展的几个关键因素，包括建筑外围护构造、室内空间结构、室内照明、电器设备的选择及补偿调节措施等。通过具体研究，为可持续优化设计的技术研发和技术应用提供坚实的基础。参考文献：1 罗利娟,王志鸿.以人为本协调规划：浅谈城市低标准小区绿化设计J.中国花卉园艺,2002(14):18-19.2 宋国彬.人居环境“可持续设计”本土化研究D.武汉:武汉理工大学,2003.收稿日期：2023-01-03作者简介：何雪婷，硕士研究生，主要从事绿色建筑设计工作，现供职于上海建科建筑设计院有限公司。通信地址：上海市徐汇区宛平南路75号。（上接第33页）碳排放峰值目标，形成了能源优化、校园生活方式转变的机制。与此同时，对未采取低碳宜居校园体系的学校也产生了较为深远的影响，很多学校目前也在积极研究碳排放峰值和实现路径。因此，该体系对实现校园碳排放峰值目标具有重大的意义。（2）通过低碳宜居校园体系，大幅度提升校内师生对低碳发展的认识。低碳发展是最近几年的“新词”，通过构建低碳宜居校园评价体系，使校内师生对低碳发展理念的科学认识有了较大提高，使学校更加注重绿色低碳与经济社会发展的协调推进，对转变传统的发展理念发挥了重要作用。同时，使笔者对于能源、碳排放、环境保护等方面基础数据的分析能力和研究路径的建设能力得到很大提升，为实现绿色低碳发展奠定了良好基础。（3）校园空气明显变好，与碳排放超标时的空气形成鲜明对比。校园低碳对空气质量的提高起了很大作用，校园空气质量明显变好。总而言之，低碳生活在全球环境气候问题日益严重的今天，毋庸置疑有着至关重要的地位和意义。大学生理应争做低碳生活的践行者，学校则需要充分认识影响学生践行低碳生活的各种因素，并采取有针对性的解决措施，帮助其树立环保意识和生态意识，切实履行简约适度、绿色低碳的生活方式。参考文献：1 张雪花,李响,叶文虎,等.“全碳排”核算与碳绩效评价方法研究J.北京大学学报(自然科学版),2015,51(4):639-646.2 黄羿,李冬梅,李永田,等.交通运输业碳排放的时空变化特征及影响因素:基于全国与经济区域层面J.环境保护科学,2021,47(4):62-70.3 范建华,邓子璇.大力发展特色文化产业走可持续减贫之路J.理论月刊,2021(7):78-88.4 黄琰,李奎,张海亮,等.低碳校园建设中存在的问题及解决对策J.经济研究导刊,2012(4):329-330.项目：2022年陕西省大学生创新创业训练项目“低碳宜居校园质量评价体系构建与策略研究以陕西理工大学南校区为例”（S202210720109）收稿日期：2023-02-14作者简介：杨春宇，陕西理工大学土木工程与建筑学院学生。通信地址：陕西省汉中市汉台区东一环路陕西理工大学南校区。