绿色建筑技术在攀枝花学院游泳馆中的应用

2011-02-02孙金坤念红芬冯云平杨明翱

四川建筑 2011年3期

孙金坤，念红芬，冯云平，程敏，杨明翱

(1.攀枝花学院土木工程学院，四川攀枝花617000;2.攀枝花学院工程结构研究所，四川攀枝花617000;3.四川省八佾建筑设计研究院，四川攀枝花617000)

随着国家对节能减排、低碳环保推行力度的不断加大，也由于建筑耗能占全球总耗能的40%左右，“绿色建筑”在人们日常生活中出现的频率不断升高，越来越多的建筑在体现设计理念的同时也在行为上实现绿色、低碳。攀枝花学院游泳馆建筑设计就是在这样一个背景下孕育而生。

1 工程概况

攀枝花学院游泳馆位于攀枝花学院校园西南角，占地面积2 426.68 m2，建筑面积2 708.22 m2。工程主体采用钢结构，辅助用房采用框架结构，工程预算1 200万元，建筑安装费800万元。该工程是我省第一个太阳能游泳馆，拟建成一座多方面利用节能技术的绿色示范公共建筑，已申报省“节能、节地、节水、节材及环保示范项目”，为攀西地区推行绿色建筑打造样板工程。

项目所在攀枝花地区属于南亚热带为基带的立体气候类型，年平均气温20.6℃，最低气温－5℃，最高气温40℃;年最冷月平均气温5℃，年最热月平均气温37℃，年日照时数约为2 737 h小时，是全国开发利用太阳能等公建节能设计条件最好的地区之一。

2 设计理念和目标

在项目的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)，保护环境和减少污染，为使用者提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。要求建筑设计、建造和使用的行为对资源和环境的负面冲击达到最小的解决方式。它不仅仅涉及建筑物本身材料的选择和形式的设计，同时还包括建造的方式和维持建筑运转的方式［1］。

根据这一理念，该项目制定了如下可持续目标，以实现低碳绿色建筑的设计理念。

(1)生态性:补偿场地的生态环境，提升环境的生态潜力;

(2)舒适性:保证室内有良好的温度、湿度和照度;

(3)健康性:提高室内外空气质量，促进使用者身心健康;

(4)低运行能耗:通过利用可再生能源及对建筑进行相关的优化设计，实现建筑运行过程中的化石能源低消耗，建筑节能目标为70%～75%;

(5)低运行排放:采用清洁能源及中水回用，实现建筑运行过程中二氧化碳和废水的低排放［2］。

该项目主要在生态化规划布局、结构体系优化、保温隔热设计、太阳能源利用、绿色建筑材料应用、水资源循环利用等方面实现可持续低碳绿色建筑目标，为攀西地区推行绿色建筑提供技术参考。

3 设计策略及绿色技术整合

3.1 生态化规划布局

建筑布局与小区结合自然，考虑了最小的生态冲突与最佳的资源利用(图1)。室外环境通过科学的整体设计，集成绿色配置、自然通风、自然采光、低能耗围护结构、新能源利用、中水回用、绿色建材等新技术，具有选址规划合理、资源利用高效循环、节能措施综合有效、建筑环境健康舒适、废水排放减量无害等特点。

图1 游泳馆鸟瞰图

3.2 结构体系优化

结构体系包括建筑承重结构和围护结构。根据建筑使用功能的要求及当地建筑结构选型和围护结构选择的一般原则，充分考虑地域的气候特点和构造方式，实现建筑结构体系的最大优化。

3.2.1 采用钢结构承重体系

在满足多功能建筑使用要求的前提下，在我国钢材产量、质量双向趋好的同时，建筑主体采用钢结构，从而最好的实现绿色低碳，也最大限度地降低对环境的影响和对能源的消耗。

3.2.3 控制形体系数

在满足总体规划和建筑使用功能及建筑面积确定的前提下，体形系数的大小受不同的建筑平面形式影响［3］，应选择形状因子小的建筑底平面形状。同时满足《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(表1)。

表1 形体参数

3.2.3 控制窗墙比

在满足自然采光和通风要求的前提下，控制窗墙面积比，减少因开窗面积过大带来的辐射传热。南北向窗墙面积比分别为0.22和0.12，东西向窗墙面积比分别为0.17和0.05，满足窗墙比要求(表2)。

表2 窗墙面积比

3.3 保温隔热设计

3.3.1 屋面保温隔热设计

(1)游泳馆的主体结构部分用钢结构，其屋面为金属屋面，夏热冬暖地区主要考虑屋面隔热技术，屋面构造中借鉴《广州大学城建筑节能设计标准》要求，构造主要为:屋架上设置檩条，檩条与压型彩钢屋面板之间采用硬质聚氨酯泡沫塑料填充材料做保温隔热层。

(2)辅助用房的屋面采用平屋面，其构造做法为:500 mm×500 mm×500 mm钢筋混凝土板——150 mm架空层——防水层——15 mm水泥沙浆找平层——30 mm轻骨料混凝土找坡层——100 mm加气混凝土砌块保温层——挤塑聚笨板——钢筋混凝土屋面板，形成保温隔热效果优越的屋面构造。

3.3.2 门窗保温隔热设计

该建筑外窗、玻璃幕墙采用了各种固定或活动式遮阳装置。外部遮阳系数按《公共建筑节能设计标准》GB 50189规定执行。建筑外窗、幕墙采用中等透光热反射玻璃，以提高其隔热性能，降低遮阳系数;门窗采用塑钢型材，以提高其保温性能。门窗、幕墙的面板缝隙采取注密封胶密封。

3.3.3 楼地面保温隔热设计

(1)游泳馆内除水池以外的底层地面采用低温(水媒)辐射采暖地板，其构造做法见图2。

图2 低温(水媒)辐射采暖地板构造做法

(2)辅助房间的楼地面的构造方法为:20 mm水泥沙浆找平层——保温层(挤塑聚苯板、高强度珍珠岩板、乳化沥青珍珠岩板、复合硅酸盐板)——20 mm水泥沙浆找平及粘结层——120 mm现浇钢筋混凝土楼板。

3.3.4 外墙保温隔热新材料应用

本工程项目采用新豪威包装材料公司的铝钛合金气垫膜，贴于游泳馆的墙体。它能阻止80%以上的可见光，可以阻断或减少热损失，是一种较好的建筑绝热材料。绝热反射膜厚度为2～6 mm，具有隔热、防水、不收缩和不吸潮等特点。耐用、无毒、无致癌物、不含防腐剂，不导电、不吸引闪电，容易处理、安装(图3)。

3.3.5 通风散热系统

因该类建筑中庭空间较大，夏季利用通风散热不仅环保而且低能耗。该项目采取了中庭利用通风排气降温(图4)。结构上，侧面墙体大面积开通气百叶，利于自然风吹入，同时在建筑顶棚设置机械排风装置，主动排除热空气，提高冷热空气循环效率。

图3 铝钛合金气垫膜效果展示

3.4 太阳能源利用

项目所在地攀枝花，气候干燥、炎热，冬暖夏热，年平均气温20.3℃，无霜期达350 d，全年日照时间长达2 737 h，年太阳辐照总量为6 300 MJ/m2，是四川省年平均气温最高、年总热量最丰富的地区。地热能量也非常大，配合太阳能发展洁净可再生能源，具有非常优越的气候和环境条件。

图4 供暖散热系统示意

该项目结合环境和气候条件，拟采用平板太阳能集热器与热能相互配合的采热方案，为温水游泳池提供热能，控制游泳馆池内水温保持在一定温度范围内。并且利用太阳能供暖系统，调节室内温度。平板太阳能集热器构造简单，技术成熟，成本低，便于安装和维护，集热效率高于其它集热器，是目前大面积采热的首选产品。考虑到阴雨天气对供热影响，利用地热作为辅助热源可达到项目的供热要求。

该项目还利用附近的大型学生澡堂锅炉房，形成热水锅炉热网循环水系统，对游泳池内水温进行调节。夏季拟建工程太阳能集热器的热水可供给锅炉房，冬季锅炉房热水亦可提供给游泳池，保证水温在一定范围内。

3.5 环保节地型绿色建筑材料应用

本工程外墙采用攀钢冶炼弃渣—高钛重矿渣制作的混凝土多孔砖［4］。砌筑砂浆采用掺加粉煤灰的高钛重矿渣混合砂浆。所采用掺加高钛重矿渣的混凝土多孔砖，其热工性能和隔声性能、规格、强度等级、干燥收缩率与相对含水率、抗渗、抗冻性与放射性等设计指标符合夏热冬暖地区节能设计要求。所采用掺加粉煤灰的高钛重矿渣混合砂浆，经研究表明:同等级、同水泥用量、同体积矿渣砂配制的砂浆，相对天然砂配制的砂浆强度要高，在渣砂中掺加粉煤灰或调整渣砂中渣粉含量(12% ～15%)，还可提高砂浆强度。

该工程围护墙体材料的选用，符合“技术经济性统一、因地制宜、就地取材、综合考虑节能效果”的要求。攀钢废弃高钛重矿渣在墙体材料中的应用，对于矿渣资源的综合利用，节约攀枝花的天然资源，降低工程成本，节约用地，保护长江上游生态环境等具有重要的经济和社会效益，已成为攀钢环业冶金渣开发利用示范工程。