澳门气候区校园绿色建筑技术集成方法及其应用

黄骏　林燕　王世晓

(1.华南理工大学 建筑设计研究院，广东 广州 510640； 2.华南理工大学 建筑学院，广东 广州 510640)



澳门气候区校园绿色建筑技术集成方法及其应用

黄骏1林燕1王世晓2

(1.华南理工大学 建筑设计研究院，广东 广州 510640； 2.华南理工大学 建筑学院，广东 广州 510640)

澳门气候区属于典型的亚热带季风性气候，具有气温高、日照多，平均风速大、湿度大、降雨量大等特点，其绿色建筑技术的集成方法主要体现在目标的整体性、手段的多样性、集成的模块化、应用的系统化和运行的高效率5个层面.文中结合当地首个获得绿色三星认证的澳门大学学生活动中心项目进行系统深入的研究，通过实践阐述了校园建筑的绿色建筑技术集成方法的应用.基于澳门气候区日照时数长和自然通风优良等特点，采取被动绿色建筑技术为主、主动绿色建筑技术为辅的系统集成方法，实现校园建筑与绿色建筑技术的有机融合.

澳门气候；日照时数；平均风速；降雨量；湿度；校园建筑；绿色建筑技术

澳门特区经济高度发达，拥有非常现代化和集约化的城市群落，具备快速发展绿色建筑的基础条件.但是目前澳门地区的绿色建筑发展还处于起步阶段，一方面政策的扶持还不明显，另一方面也缺少足够的实践项目；此外，系统的研究体系也尚未完善.本研究从澳门特区的气候条件入手，分析澳门地区在理论和应用层面所适应的绿色技术集成方法，同时以校园建筑这种公益性建筑类型为对象，结合当地首个获得绿色三星认证的澳门大学学生活动中心项目展开研究，归纳和总结校园建筑技术集成方法及应用，以期推动澳门特区在绿色建筑领域的发展.

1　澳门气候区的特点及应对

澳门特区位于我国夏热冬暖地区，北回归线以南.北面和西面与广东省的中南部大陆相接，南面和北面是广阔的南海.其独特的地理位置形成了典型的季风气候，具有气温高、日照多，平均风速大，湿度大、降雨量大等特点[1].

1.1气温高、日照多

澳门地处低纬度地区，太阳高度角大，日照充足，年平均日照时数高达1 895.3 h，属于沿海日照时数较多的地区.其具备充分利用太阳能光伏发电和自然采光的潜力，但同时要考虑遮阳与隔热的运用.最高气温大于30 ℃的天数年平均达96.3天，炎热的夏季气候给空调的节能带来一定的压力，空调节能技术的应用具有很好的前景.根据1952-1997 年的气象观测资料得出澳门地区各月平均气温如图1所示.

1.2平均风速大

季风气候使澳门地区的风速较大，且较为稳定；风向具有明显的季节性，常年平均风速为3.4 m/s.可以充分利用夏季以偏南季风为主的风向，通过自然通风降低建筑的能耗，也可以综合考虑风能发电的应用前景.由于具有优良的自然通风条件，因此即使在最热的月份也可以有1/3的时间利用自然通风解决热舒适，而不需要空调，不但节能效果明显，还能有效改善室内空气环境[2].

图1　澳门地区各月平均气温图(1952-1997年)

Fig.1Monthly average temperature in Macau area(1952-1997)

1.3降雨量大

澳门地区雨量丰沛，根据1952-1997年的气象观测资料，其年均降雨量达到1 984.6 mm.适宜广泛使用雨水回收利用和各类型节水技术，同时良好的气候条件和充足的降水量能够保证绿化的自然生长，利于实施屋顶及建筑周边的多种绿化技术，改善建筑的热环境[1].澳门地区各月平均降雨量如图2所示.

图2　澳门地区各月平均降雨量图(1952-1997年)

2澳门气候区的校园绿色建筑技术集成方法

大学的绿色建筑要遵循绿色规划，不仅要贯彻绿色建筑标准，还要在建筑选址、设计、建造及维护等各环节都精心推敲，把握整体设计并能有效使用材料能源，在有限的场地上达到节约能耗、提高校园环境质量等目的，与此同时实现绿色建筑的技术集成与艺术的统一.大学绿色建筑对校园自然生态环境有着重要的影响，只有减轻建筑的环境负荷，才能为师生提供安全、健康、舒适、良好的学习和生活空间[3-4].它同时也是校园里传播绿色节能环保理念的重要媒介.

绿色建筑技术包括主动式与被动式技术两种，其应用的目的都在于提高建筑对资源的利用率，减少能耗损失.发展绿色建筑技术不能只专注于技术本身，如何选择技术、集成和优化多项技术也同等重要[5-6].大量的技术叠加未必能达到资源利用和配置效率的最佳，往往增加成本的同时反而降低了综合效益.另一方面，一味地通过应用多项技术而获得最佳的生态效率，但是不顾及投资和开发的经济效益，也是背离建设绿色建筑的本意和目的的.所以，只有技术集成与优化才能使各项技术发挥最大的作用，达到最佳效果.技术集成度是最大限度发挥各种技术优势的关键所在[7-8].

绿色建筑技术集成的首要环节在于目标的整体性.节地、节能、节水、节材等技术目标的实现不能割裂来看，其整体性与绿色建筑的环境观和能源观密不可分，是有机而统一的.

绿色建筑技术手段无论是主动式还是被动式、高技术或简易技术、传统模式或现代手法，其多样性的特征与技术集成之间不存在相互抵触的矛盾性，只要搭配合理，能够综合实现绿色效益的最大化，所有技术手段都具备实用价值.

技术集成不是简单的技术叠加，不同的技术方法之间或多或少会存在不协调性，容易造成系统冲突和成本提高.因此技术集成优化的组织模式应该体现模块化的特征，使各种技术手段可以在兼容性强、有共同或相似技术接口的平台上实现[5].

绿色技术集成是一个完整的系统工程，其应用应该考虑系统的整体效果，而不是孤立地评估每一个子系统的单独效能，有时候单独强化某个子系统的效能反而会减低系统的综合效益.技术集成应用强调在子系统相互配合作用的基础上，充分发挥系统化的整体优势.

绿色建筑系统的运行是检验绿色建筑设计成败的重要指标，实现高效率必须从设计过程的复合作业开始，完善多技术工种的协调配合机制，再到设计、施工、安装、运营的一体化组织，形成多维度、全专业、相互协调的技术集成运行体系.

3澳门气候区的校园绿色建筑技术集成方法的应用

大学的绿色建筑集成技术的应用首先要体现目标的整体性.在设计过程中，要高效使用各种资源，最大限度地减少能源的损失，达到节地、节能、节水、节材的综合目标[9-10].尤其是可再生能源(如自然通风、自然光、太阳光、风能、水资源)的利用[11].

澳门气候区具有较长的日照时数和优良的自然通风条件，适用多种绿色技术手段，可以满足多样性的集成方法特点.针对其气候特点，可以采取被动绿色建筑技术为主、主动绿色建筑技术为辅的集成模式，实现校园建筑与多种绿色建筑技术的有机融合.

澳门大学新校区学生活动中心的绿色建筑实践立足于创造一个绿色生态、节能环保的“学生之家”，既具有实用性，又兼具示范意义.因而在这个项目中，笔者所在课题组进行了一次绿色技术集成和优化的有益尝试.学生活动中心绿色建筑集成技术如图3所示.

图3　学生活动中心绿色建筑技术集成图

采用多种被动式技术既能实现绿色节能又能有效降低技术成本，通过建筑设计手段(如遮阳、立体绿化等)实现建筑防热、隔热，通过优化建筑布局强化建筑物采光与通风；最后，用模块化的设计方法、系统化的应用模式来构建整体的绿色集成体系，强调综合效益和系统最优，摒弃简单的技术叠加，使用综合性的指标评价体系.同时通过加强设计、施工、安装、运营的全过程联合运转，保证绿色建筑技术体系运行的高效率.

学生活动中心选址于校园中心景观步行轴的南面节点，是校园重要的空间节点和景观核心，充分体现了学生活动中心的开放性与作为“学生之家”的标志性.主要功能包括一个演奏厅、一个多功能厅、书店和各类学生活动及工作室.为了能在室内外进行多种交互式课外活动，在建筑中提供尽可能多的开放空间和绿化平台，以构建立体化、多层次的绿化生态系统.学校和我们都希望通过这个“家”将绿色环保的教育理念融入建筑与环境，在潜移默化之中成为一个传播绿色理念的孵化器[12-13].学生活动中心实景鸟瞰如图4所示.

图4　学生活动中心实景鸟瞰

3.1被动式绿色建筑技术的集成与创新

被动式绿色建筑技术是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低[14-15].

本项目采用了大量被动式绿色建筑技术，有效改善了建筑的室内外环境.如协同共享的规划设计、充分利用自然通风采光的形态设计和立体的生态绿化平台与遮阳设计等.

3.1.1协同共享的规划设计

在设计中采用了室内外相互交融的空间组织手法，所有室内外廊道和立体平台都围绕“U” 形半围合空间向北面湖泊展开，让所有的活动都能够渗透到校园的整体环境中去.同时有利于引入湖面的凉风，改善气候微环境.此外，规划注重室外自然通风的改善，将建筑物热岛强度的降低与校园绿化、地面铺装和室外水景设计紧密结合，达到改善室外建筑物理环境的效果.

项目有效利用地下空间，并通过下沉庭院保证地下空间的公共活动区域和办公区域实现自然通风和自然采光，达到节地、节能的目的.设置一层地下空间，主要功能为音乐剧场及各类辅助设备用房.地下空间面积为1 515 m2，与建筑占地面积的占比为52.2%.

3.1.2强化自然通风采光的建筑形态布局

建筑布局以南北向为主，“U”字形的布局更有利于形体的采光和通风，围绕广场合理组织功能用房与庭院环境.相交的两条景观轴和空间视线轴将空气和阳光引入建筑，使得建筑具备优良的室内光环境和风环境.室内自然通风示意如图5所示.

图5　室内自然通风示意图

项目外窗开启方式采用平开窗或推拉窗，外窗可开启面积比例达到30.77%.建筑开口朝向澳门地区夏季主导风向东南向，同时合理设计建筑平面布局，确保建筑主要功能空间形成穿堂风.

图6为活动中心典型楼层室内风速和空气龄的模拟计算结果.分析结果表明，在夏季主导风向和风速条件下，室内风场分布较为均匀，各个房间气流组织良好，无明显旋流区和风影区出现.室内主要区域的空气龄及室内平均空气龄均小于180 s，室内通风换气质量较好.

(a)学生活动中心夏季室内风速模拟计算结果

(b)学生活动中心夏季室内空气龄模拟计算结果

Fig.6Analog computation results of indoor wind environment in the student activity center in summer

项目室外风环境的优化设计基于整个横琴岛澳门大学校区进行.校区整体规划布局上采用组团式布局，同时合理设计各单体建筑之间的间距从而形成风道，确保整个校区室外通风流畅.单体建筑设计多采用底层架空的处理手法，建筑朝向与珠海市夏季主导风向东南向之间有一定夹角以促进通风.图7为澳门大学校区夏季室外风环境模拟计算结果，结果显示，夏季室外1.5 m高处平均风速为1.7 m/s，风速放大系数为0.91，且无风速超过5 m/s的区域.

3.1.3适宜气候的立体绿化平台与绿化技术

设计中，通过屋顶绿化、下沉庭院、垂直绿化、空中绿化平台和室内绿化等措施，扩大学生室外活动和交流的场地.庭院绿化及水体均从负一层开始，将地面光线引入地下，利用绿色植物、水体和自然采光通风，让室内外空间可以相互交融流通.在各层平面中灵活设置面向不同景观特色的外廊和平台，同时保证平台空间和共享空间融为一体，使联系便捷通达.在设计面向北面景观轴和湖面的廊道及绿化平台时，特别注重观景的效果和人与人之间交往的需求，强调与室内外环境相融合，使建筑更加融于自然，也与“学生之家”这个主题相呼应.

图7　澳门大学校区夏季室外风环境模拟计算结果

Fig.7Analog computation results of outdoor wind environment on the Campus of University of Macau in summer

项目采用屋顶绿化技术，提高屋面热工性能的同时有效改善了屋顶上空的室外热环境.屋面构造类型选用种植屋面，种植植物主要为珠海市乡土地被植物(鹅掌柴、红花继木、龙船花等).屋顶绿化面积为493.28 m2，占屋顶可绿化总面积(1 602.58 m2)的30.8%.屋顶绿化位置如图8所示.

图8　屋顶绿化位置

3.1.4多方式建筑遮阳与立面造型有机融合

建筑多方式遮阳与立面造型有机融合，并且巧妙地将南欧与岭南建筑细部处理与遮阳需求相呼应.立面设计注重虚实结合，在满足自然采光的前提下，减少透明玻璃的面积，同时采用Low-E中空玻璃提高外窗节能效果.西部体块布置多功能剧场，依据功能特点西立面采用竖条窗的手法，避免了过多阳光直射和热量.东部体块在西面设置活动走廊，利用走廊形成水平遮阳，同时东部体块外挂可调节外遮阳百叶，既构成了立面一大特色，实现遮阳和采光的协调，又担负起节能遮阳的功能作用.外墙采用全挂石，石材与外围护结构之间形成了良好的空气层，可有效隔热、保持室内温度稳定.立面细部处理，特别是窗户外围，采用了南欧建筑细部线条，形成有效的水平遮阳和垂直遮阳.顶部框架既作为景观处理的延伸，也是太阳能光伏发电板的支架，实现了美观与绿色节能技术的高度统一.学生活动中心遮阳方式如表1所示.

表1　 学生活动中心遮阳方式汇总表

项目地上各层建筑均根据朝向采用合理的外窗面积，配合高透光Low-E中空玻璃的采用，采光效果较好，同时配套可调节活动建筑外遮阳设施有效防止眩光.采光计算结果表明，地上1-3层主要功能空间分别有67.9%、61.3%和89.7%的空间室内采光系数大于2%，辅助功能空间分别有94.3%、93.1%和87.9%的空间室内采光系数大于0.5%.整栋建筑75.69%的空间室内采光系数大于2%.

项目通过在地下一层周边设计大面积地下庭院采光的方法改善地下空间的自然采光效果.采光计算结果表明，有28.1%的地下一层主要功能空间室内采光系数大于2%，有4.6%的地下一层辅助功能空间室内采光系数大于0.5%，地下空间室内采光系数大于0.5%的功能房间面积比例不小于15%.

3.2主动式绿色建筑技术集成的应用

项目主动绿色建筑技术集成系统主要包括高效节能照明技术、排风热回收技术、光伏建筑一体化技术、再生水利用技术、室内空气质量监控技术等.

3.2.1高效节能照明技术

项目所有功能场所全部采用高效节能灯具(T5荧光灯、LED灯等)，确保房间照明功率密度值低于现行国家标准规定的目标值，提高照明效率.同时采用智能照明控制系统控制不同功能场所的照明灯具的日常运行(例如走廊大厅声光控制、会议室智能场景照明等)，减少照明灯具运行时间.通过以上技术手段实现建筑全年照明系统耗电量的降低.

3.2.2排风热回收技术

空调机组新风系统采用全热交换器热回收装置对夏季的冷量和冬季的热量进行回收利用，从而有效减少采暖空调系统全年能耗，经计算项目排风热回收系统全年可节省耗电量约3.57万kW·h.

3.2.3光伏建筑一体化技术

项目在屋面混凝土遮阳构架上安装太阳能光伏发电系统并采用并网发电方式供给一般照明用电，实现光伏建筑一体化.光伏发电系统采用240 W的多晶硅光伏组件，安装面积约为180 m2，系统总装机容量为25.2 kW.经计算系统全年发电量约为21 334 kW·h，约占建筑全年总用电量的4.18%.

3.2.4再生水利用技术

考虑澳门地区储水能力差，严重缺乏淡水的特点，项目除生活用水外，其余水源(例如室内冲厕、绿化灌溉以及水景补水)全部采用澳门市政再生水.项目的市政再生水利用量为9 555.14 m3/年，非传统水源利用率达到74.5%.

3.2.5室内空气质量监控

项目人员密度较大的音乐剧场、多功能室设置CO2监控系统.室内新风换气系统根据室内CO2浓度自动调整低风速或高风速运行.

4　绿色建筑技术效益分析

在绿色技术集成与优化过程中，针对澳门气候区日照足与通风好的自然条件，以被动式技术为主(做好防热、隔热措施，并采用强化采光与通风的建筑布局)，辅以主动式技术(采取中水利用、热回收和太阳能发电等降低能耗和能源再利用的方法).项目建成后，经过计算模拟与评估，建筑综合节能率达到63%，中水回收利用率达到74.5%，两项指标均高于许多同类已建成项目.其中最能体现绿色建筑综合效益的指标是对造价的良好控制，设计是严格按照二星级绿色建筑的造价标准来控制的，最终的建设成果达到了三星级的标准.从而正面验证了绿色技术集成方法对于综合效益层面的优点和实践意义.

该项目太阳能光伏发电系统全年生产电量为21 334 kW·h，全年节省费用约2.13万元.

项目每年节约市政饮用水量为9 555.14 m3，按照市政饮用水3元/m3，污水处理费用1.2元/m3计算，每年节约费用约1.7万元.

该项目全节约耗电量约44.68万kW·h，相当于标准煤160.8 t.太阳能光伏发电系统全年节约电量为21 334 kW·h，相当于标准煤7.67 t.因而整个项目每年节省标准煤168.47 t，每年可以减排CO2约416.12 t.

5　结语

澳门地区的绿色建筑发展有强大的经济能力作为后盾，气候条件也适宜多种绿色建筑技术的应用，后发优势明显，发展潜力巨大.在澳门大学新校区学生活动中心绿色建筑的成功实践中，不仅实现了高标准的绿色建筑技术集成，获取了国家三星级绿色建筑设计评价标识(公共建筑)；同时还体现了校园建筑这种公益性的建筑类型所具备的强有力的推广示范作用.

可以预见，校园绿色建筑技术集成方法与应用在澳门当前的绿色建筑发展阶段是具有较大现实意义的，能够为在澳门地区推动绿色建筑理念和技术的发展做出一定的贡献.

[1]曾荣青.澳门气候及主要气象灾害 [J].华南师范大学学报(自然科学版)，2001(2)：100-104.

ZENG Rong-qing.Macao climate and main meteorology calamity [J].Journal of South China Normal University(Nature Science Edition)，2001(2)：100-104.

[2]贾洪愿，喻伟，张明，等.中国与新加坡绿色建筑评价标准体系对比 [J].绿色建筑，2014，44(11)：22-29.

JIA Hong-yuan，YU Wei，ZHANG Ming，et al.Comparison of green building system in China and Singapore [J].Journal of Green Building，2014，44(11)：22-29.

[3]卞素萍.解析国外大学绿色建筑的实践 [J].江苏建筑，2015(1)：113-116.

BIAN Su-ping.Analysis of green building practice in foreign university [J].Journal of Jiangsu Construction，2015(1)：113-116.

[4]宋凌，李宏军，林波荣.适合我国国情的绿色校园评价体系研究与应用分析 [J].建筑科学，2010，26(12)：24-29.

SONG Ling，LI Hong-jun，LIN Bo-rong.Research and application of green campus evaluation system suitable for Chinese national situation [J].Journal of Building Science，2010，26(12)：24-29.

[5]马维娜，梅洪元，俞天琦.我国绿色建筑技术现状与发展策略 [J].建筑技术，2010，41(7)：641-644.

MA Wei-na，MEI Hong-yuan，YU Tian-qi.Technical status and development strategy of domestic green building technique [J].Journal of Architecture Technology，2010，41(7)：641-644.

[6]王俊，王有为，林海燕，等.我国绿色低碳建筑技术应用研究进展 [J].建筑科学，2013，29(10)：3-9.

WANG Jun，WANG You-wei，LIN Hai-yan，et al.A review of green and low carbon building technologies in China [J].Journal of Building Science，2013，29(10)：3-9.

[7]叶祖达.我国绿色建筑的设计技术选择分析 [J].现代城市研究，2013(10)：60-69.

YE Zhu-da.Green buildings in China：An analysis of the choices of design technologies [J].Journal of Modern Urban Research，2013(10)：60-69.

[8]郭振伟.校园绿色建筑评价与申报 [J].建设科技，2012(6)：56-59.

GUO Zhen-wei.Assessment and reporting of green building in campus [J].Journal of Construction Science and Technology，2012(6)：56-59.

[9]吴向阳.绿色建筑设计的两种方式 [J].建筑学报，2007(9)：11-14.

WU Xiang-yang.Two ways to design the green building [J].Journal of Architecture，2007(9)：11-14.

[10]李金芳.一座绿色办公楼——清华大学设计中心楼(伍舜德楼) [J].建筑创作，2002(10)：6-9.

LI Jin-fang.A green building(Wu Shunde building)：design center building of Qinghua University [J].Architectural Creation，2002(10)：6-9.

[11]叶青.绿色建筑共享——深圳建科大楼核心设计理念 [J].建设科技，2009(8)：66-70.

YE Qing.Green building shared：core design concept of Shenzhen Jianke building [J].Journal of Construction Science and Technology，2009(8)：66-70.

[12]陈杰，梁耀昌，黄国庆.岭南建筑与绿色建筑——基于气候适应性的岭南建筑生态绿色本质 [J].南方建筑，2013(3)：22-25.

CHEN Jie，LIANG Yao-chang，HUANG Guo-qing.Lingnan architecture and green building：based on climate adaption [J].Journal of South Architecture，2013(3)：22-25.

[13]宋峻，周玉辉.开放、融合、绿色的校园建筑——西交利物浦大学科研楼 [J].动感(生态城市与绿色建筑)，2012(1)：76-85.

SONG Jun，ZHOU Yu-hui.Open，integrated and green campus building：the research building of Xijiao Liverpool university [J].Journal of Eco-city and Green Building，2012(1)：76-85.

[14]牛润卓，袁小宜，田智华，等.基于BIM 的被动式绿色建筑技术在校园中的实践 [J].建筑热能通风空调，2013，32(4)：89-92.

NIU Run-zhuo，YUAN Xiao-yi，TIAN Zhi-hua，et al.The Practice of passive green building technology in campus based on BIM [J].Journal of Building Energy & Environment，2013，32(4)：89-92.

[15]谭洪卫.中国绿色校园的发展与思考 [J].建设科技，2013(12)：25-29.

TAN Hong-wei.The development and thinking of green building in China [J].Journal of Construction Science and Technology，2013(12)：25-29.

Supported by the Ph.D Programs Foundation of the Ministry of Education of China(20110172130002)

Integration Methods of Green Building Techniques for Campus in Macau Climatic Region and Corresponding Application

HUANGJun1LINYan1WANGShi-xiao2

(1. Research Institute of Architectural Design，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China；2. School of Architecture，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China)

Macau is located in an area with typical subtropical monsoon climate. It possesses the climate characte-ristics of high temperature，abundant sunshine，high average wind speed，high humidity and plenty of rainfall. The integration methods of green building techniques in Macau should possess an overall goal，diverse means，integrated modules，systematic application and high operation efficiency. In this paper，by systematically investigating the first local building to win the Three-Star Green Certificate，namely the Student Center of the University of Macau，the application of integration methods of green building techniques for campus buildings is illustrated through a practical example. In response to the favorable sunshine and natural ventilation in Macau climatic region，the designers adopts a systematic method integrating passive green building techniques assisted by active green building techniques to realize an organic integration between campus architectures and green building techniques.

climate in Macau； sunshine duration； average wind velocity； rainfall； humidity； campus building； green building technique

1000-565X(2016)07-0123-07

2016-04-26

教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20110172130002)

黄骏(1979-)，男，博士，高级工程师，主要从事建筑设计研究.E-mail:archi_huang2008@126.com

TU 02；TU111doi： 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.07.019