江西省地下公共空间绿色设计关键技术研究*

李念秋 （江西经济管理干部学院，江西 南昌 330088）

当今开发利用城市地下空间正在成为中国建设资源节约型、环境友好型城市的重要途径，能有效扩大城市容量，优化城市环境，缓解城市交通压力。本文的城市地下公共空间是位于地下的城市公共空间，包括地下商业、地铁车站、娱乐、餐饮、地下停车等供公众使用或活动的地下空间[1]。在江西地下公共空间设计中融入绿色建筑设计理念，能更好地创造舒适的地下空间环境，对大自然的不利影响降低到最低程度，并减少对能源的消耗和实现对物质的循环再利用。在江西地下公共空间设计中采用的绿色技术主要有被动技术、主动技术和绿色资源，将被动技术结合主动技术，共同运用多种绿色技术。

1 被动式绿色技术

被动式绿色技术是利用材料的物理性能、环境等来顺应自然界的阳光、风、气温、湿度等变化来改善和创造舒适的环境，减少对常规机械电气设备和能源使用的技术。地下空间较幽闭，大自然的太阳光、风、新鲜空气等难以进入到地下空间[2]。被动式绿色技术主要应用于江西地下公共空间的自然采光及通风设计中。

1.1 地下公共空间自然采光技术

1.1.1 天窗采光设计

地下空间设计天窗采光，引入自然光线，提供更舒适的室内环境，也降低照明能耗。常用的天窗主要有平天窗和垂直天窗，其中应用最广泛是平天窗。由于平天窗不需特殊的天窗架，简化结构且施工方便，造价约为垂直天窗的20%～40%。形式上，平天窗可以做成采光板、采光罩或采光带。在相同天空条件下，平天窗在水平面上的照度值比垂直天窗高，故平天窗的采光效率比垂直天窗高。而垂直天窗在一些情况下阳光无法射入地下空间，且照度不均匀。地下空间自然采光效率的影响因素主要有天窗采光面积、天窗形状和天窗材料等[3]。

a.开窗面积优化设计。窗地面积比是指地下空间开天窗面积与建筑平面面积的比值。从模拟分析结果得出，在地下空间其他因素相同的情况下，随着天窗面积的增加，地下空间平均自然采光系数和采光照度也会成一次线型函数关系增加。针对江西省气候分区和地下公共空间照明功能需求，根据模型分析出最优窗地比参考值：一般商业建筑对应窗地比最优设计值为0.075，一般交通建筑中央大厅对应窗地比最优设计值为0.050。

b.天窗形状和材料设计。不同形状的天窗会影响地下建筑空间的采光效果，其中正方形天窗的平均采光照度指标最大，三角形天窗的平均采光照度指标最小。因此还应考虑地下公共空间环境所需求的照度指标，设计相适应的天窗形状。不同的天窗材料也会影响地下空间内部光环境，设计时要合理选择天窗玻璃材质。据测试数据可以看出，地下空间采用单层玻璃形成平均照度数值最大，采用双层LOW-E玻璃形成的平均照度数值最小，采用半透明玻璃与双层玻璃数值居中[4]。

c.合理布局天窗位置。地下空间天窗布置的形式主要分为集中式、均匀分散布置和非均匀分散布置三种。特别当地下空间的建筑面积较大，在相同开窗面积的条件下，均匀分散布置的平天窗更能获得均匀的室内照度，采光效率最高，集中布置的平天窗均匀度最差。由于没有天窗架的限制，平天窗可以根据需要灵活布置和控制相关尺寸，以获得均匀的照度。控制天窗间距对采光均匀性具有较大的影响，宜控制在天窗位置高度的2.5倍以内。由于防水和安装采光罩的需要，平天窗周围需设置井壁，具有一定高度的肋。井壁尺寸和开口大小对窗口采光效率有很大影响，可以通过开大洞口、降低井壁高度、提高井壁表面光反射比来提高窗中采光效率。若井壁较高，可将井壁做成喇叭口以增加透光量，改善采光均匀度。

1.1.2 下沉广场采光设计

设计下沉广场能使地下公共空间与周围的地上开敞空间环境相融合，利用下沉广场设计更多面积的采光窗，又能提高地下公共空间的自然采光效果，改善人们在地下空间的差异感。下沉广场的下沉深度、采光窗材质等因素会影响下沉广场的采光效果。增加下沉广场的下沉深度，可以增加地下空间的垂直采光窗面积，从而增加地下空间的自然光照度。从模拟结果得出，在其他因素相同的情况下，增加广场的下沉深度，地下空间的平均采光系数和照度也会增加。当下沉深度从4m变化到5m时，地下空间平均采光系数和照度增加会出现拐点，由大变小，而造价增加很多。因此下沉广场的最优下沉设计深度在5m左右，才能达到经济、实用、节能的综合要求。

1.1.3 运用光导照明技术

光导照明系统是一种无能耗、绿色、环保的照明产品。光导系统安装简便，使用寿命长达20年以上。光导照明技术比天窗引入的自然光照射面积更大，更加均匀，不会随着太阳光线照射角度的变化而变化，不容易产生炫光，布置更加灵活，能将太阳光传送到任何需要的地方。光导照明系统主要由采光系统、导光系统和漫射器三部分组成。采光系统类似一个聚光器，能高效收集太阳光，然后通过导光管重新分配或筛选太阳光，导光管具有拐弯、延长功能，可以穿过地下公共空间上的覆土，避开障碍物，最后由漫射器将太阳光均匀地照射入地下公共空间。

1.2 地下空间自然通风设计

地下空间自然通风、新风过滤系统都是提升地下空间空气品质的有效手段，自然通风是实现地下公共空间良好的空气流动的被动策略，自然通风主要可分为风压通风和热压通风，由于自然风较难引入地下空间，地下空间可以利用热压来实现自然通风。

1.2.1 科学设计风路

科学布局空气流向、合理地进行风路组织设计，可以避免短路现象或局部死角的产生，将新风送达地下空间整个区域，有效达到稀释、消散内部空气污染物的作用。当然，风路组织在保证提供地下空间良好空气环境的前提下，还可以极大地提高能源利用效率，减少空调新风系统的能源消耗，节约资源、保护环境。风路可设计为串联式风路和并联式风路。并联风路比串联风路更经济，因此地下空间风路设计应尽量采用并联风路。串联风路只有一条通风路线，并联风路有多条独立通风路线，使新鲜空气能经过每条路线[5]。

1.2.2 充分利用中庭和下沉广场

结合中庭和下沉广场来组织地下空间自然通风，在城市主导风向的迎风面上设计下沉广场作为通风口，自然风由于风压作用被引入。中庭在热压与风压作用下，发挥拔风效应，抽出周围地下空间的热空气，可改善地下空间环境，降低开发成本。

1.2.3 合理布置进风口和排风口

地下空间的通风井宜在绿化带内设置，不应对行人安全造成不利影响。地下设施通风井要合理布置进风口和排风口。首先，不应将进风口设计在空气污染严重的区域。其次，尽量分开设置进风口和排风口，二者之间的垂直距离应大于2m，水平距离应大于5m；如有特别原因合建进风口与排风口时，进风口应比排风口低5m，以防止产生空气回吸。最后，合理设计进风口和排风口的大小，当进风口面积不变时，排风口面积越大，则地下室内气流速度也随之增大。

1.2.4 设计太阳能烟囱通风

由于地下空间不易利用窗户的风压原理进行自然通风，可以设计太阳能烟囱，利用热压原理通风。太阳能烟囱通过吸收大量的太阳辐射热，加热内部空气，在热压作用下产生拔风效应，形成强烈的通风效应。

2 主动绿色技术

主动式绿色技术是通过运用机械电气设备以达到环保节能目的的技术。主动式绿色技术主要通过如下两个方面运用，来降低能源的消耗：一方面通过设备加强对可再生能源的利用[6]；另一方面是通过节能材料和设备的运用。江西地下公共空间绿色设计中，主动绿色技术可以弥补被动技术的不足。

2.1 节能照明技术

在地下空间绿色设计中，推广使用LED节能照明技术。作为冷光源的LED灯产生的热辐射少，工作电压低，采用直流驱动方式，比传统光源节能，超低功耗，电光功率转换高，几乎达到100%，属于典型的绿色照明光源。特别是感应LED节能灯适用于一些夜间照明使用较少的地下车库区域。地下公共空间多选用冷暖色温配搭合理的照明光源，避免选用单一色温的光源。设计可以运用照明节能控制系统，通过光控声控系统、定时器、辅助装置等，进行多路照明控制，根据地下公共空间光线强弱、声音大小和实际设定的光通量自动控制开断装置，以达到节能目标。

2.2 全热交换器

全热交换器是一种含有全热交换芯体的新风、排风换气设备，通过换热芯体的全热交换过程，从空调排风中由新风回收能量。在冬季，全热交换器使新风通过空调排风获得热量，升高新风温度；在夏季，全热交换器使新风通过空调排风获得冷量和干燥，降低新风温度及含湿量。全热交换器具有能量回收无污染、换热效率高、外形紧凑小巧、使用寿命长、组合方便、性能稳定、无须清洁等特点。热交换器的换气系统主要有用于较大换气量的旋转型全热交换器和用于较小换气量的静止型全热交换器[7]。

2.3 地源热泵技术

地源热泵是通过蒸发和冷凝土壤或者水源中的能量，来实现地下空间的制冷或者制热。地源耦合热泵的能耗很低，仅为常规系统能耗的25%～35%，它由水循环系统、热交换器、地源热泵机组、空调末端及控制系统组成。江西属于冬冷夏热地区，能利用地源热泵技术在冬季制热夏季制冷。地源热泵技术若长期向地面输入冷或热量，利用不合理则会破坏土壤的冷热平衡，造成生态不平衡。因此，应因地制宜地使用地源热泵技术，充分考虑江西区域的夏热冬冷气候条件，在地热资源丰富的地区，使用地源热泵技术会带来巨大的经济和环境效益。

3 绿色资源利用

3.1 雨水回收利用

江西雨量充沛，年平均降水量达1341.4mm～1934.4mm。在江西地下公共空间绿色设计中，选择雨水收集回用系统、雨水入渗系统、调蓄排放系统或其组合来实现对雨水资源的利用。雨水储存回用前，应进行初期弃流，水质应根据回用需求进行适当的处理，处理后的雨水进入储水设施用于回用。可以利用收集处理的雨水冲厕、灌溉植物、补充水景中水体，雨水经过处理后还可以作为地下空间常用水源。

3.2 太阳能利用

太阳能属于清洁能源，成本低廉，充分利用太阳能，能有效降低江西地下公共空间的能耗。太阳能可以在地源热量不足的时候作为热源，对室内进行通过光伏设备收集并贮存太阳能，再转换成其他能量进行供暖等，还可以用于地下空间照明发电。

3.3 浅层地热能利用

浅层地热能可用于江西地下公共空间。浅层地热能是储藏在地表下数百米范围内的地质体的恒温带中的可开发利用的热能，是蓄积的太阳辐射与吸收地表后一种能量的转化形式。浅层地热能具有储量大、分布广、品位低、通常不受气候和地域的影响、使用简单、相对温度恒定的特点，取之不尽、用之不竭的可循环再生的低温能源（10℃～25℃）。浅层地热能通常用于土壤源和水源的热泵技术，通过换热系统与地下水和岩土体进行热能的交换，消耗少量的高品质的电能来驱动热泵，由低品位向高品位转化热能，以实现地下空间的供暖和制冷。