绿色学校设计实例——深圳南山外国语学校

牛润卓 陆轶辰 陈诚 张会福

1 深圳市建筑科学研究院股份有限公司

2 华润智慧能源有限公司

3 纽约Link-Arc 建筑事务所

如何在高密度的城市环境中营造怡人的学习环境，是建筑设计所努力追求的命题。本文以深圳南山外国语学校科华学校设计为例，探索在城市缝隙中营造良好的学习氛围。项目地处深圳市南山区华润城片区，学校规模为九年一贯制学校，用地总面积35654.9 m2，总建筑面积54215.12 m2，容积率1.50。

1 绿色学校设计目标

在城市缝隙中生长是本项目的一大特点，伴随着大冲村的改造，本项目被周围高密度的超高层住宅所围绕（图1），项目周边地块容积率已达到7.0 以上。本项目为九年一贯制学校，需要在3.5 万m2的用地范围布置中小学教室、各类专业教室、图书馆、体育馆、游泳馆、演艺报告厅、教师宿舍楼、中小学学生餐厅、教师餐厅以及专业运动操场等一系列建筑物，用地非常紧张。

图1 项目所在区位示意（中心部分为项目位置）

故在高密度下营造良好的绿色环境就是本项目需解决的首要问题。其次还要实现绿色建筑三星级的高目标。为解决此问题，利用模拟分析工具精细化布置每一个功能房间，既要保证日照需求，又要留出适当的间距，布置策略如下（图2）：

图2 项目建筑布局推演（由纽约Link-Arc 建筑事务所提供）

本项目已获得国家三星级标识、2019 亚洲建筑师协会建筑奖金奖[1]（B-3 类：公共设施/社区和公用事业建筑），2019 年度世界建筑节大奖[2]建成项目：教育建筑入围奖）及2020 年度德国设计奖（卓越建筑类别最佳奖）[3]。

2 绿色技术策略

2.1 营造良好的微环境

项目位于城市高密度区域，为减少周边城市环境对基地的影响，创造适宜的校园环境，项目采用水平和垂直相结合的设计策略，充分利用建筑模拟分析工具优化建筑空间布局，为校园留出绿色的空间。

2.1.1 场地风环境设计

自然通风对于学校而言有着重要意义，因此在整体布局中首要考虑自然通风的实现，项目所在地夏季和过渡季节盛行东南偏东风，风速1.3 m/s。

为实现良好的自然通风，项目在宝贵的场地和建筑内留出了适应微观风环境的廊道，并利用CFD 分析软件Phoenics 进行验证，保证自然风的顺利导入，如图3、4 所示。

图3 项目典型楼层通风廊道组织

从上述分析可以看出，本项目所设置的通风廊道与室外主导风向能够较好的结合，可以起到明显的改善建筑微环境的效果。具体表现在：夏季及过渡季东南偏东风作用下，各人员活动高度的地面人员活动区域通风顺畅。满足绿色建筑[4]相关要求。

图4 教学楼通风廊道效果分析

2.1.2 场地声环境设计

本项目位于南山大冲街道，周边均为高密度住宅，且北侧靠近城市快速路沙河西路。为了教学能有良好的学习氛围，本项目将主要的功能房间放置在建筑内部，如教室等。将教师办公室、行政办公放置在建筑外部，从而保证学生有较好的声环境。

通过CADNA 软件分析结果（图5）可见，场地内部声环境质量良好，场地内人员主要活动区域的环境噪声满足国家标准《声环境质量标准》GB 3096-2008的2 类声环境功能区噪声要求，即昼间不大于60 dB(A)，夜间不大于50 dB(A)。

图5 项目周边场地1.5 m 高度处声压级分布图

2.1.3 内部光环境设计

受用地影响，本项目建筑布局紧凑。为保证教室及功能房间的采光，本项目在多处开有采光天井，利用房间两侧及天井等多种措施改善自然采光，如图6、7 所示：

图6 天井采光示意

图7 天井自然采光分析

利用ECOTECT 软件对项目各功能房间，如普通教室、专科教室、历史教室、美术师法室、音乐畅游室、舞蹈室、行政办公楼、预留空间、体育馆、导师办公室、德育展示厅、小学生餐厅、中学生餐厅、教师餐厅、宿舍、图书馆及阅览室等区域进行自然采光分析，93.11%的区域自然采光满足绿建要求。

2.2 高效设备及设施应用

将建筑与其使用功能的融合，是建筑机电系统设计的首要任务，也是降低建筑能耗的主要保障。本项目全面采用各类高效机电设备，具体如下：

2.2.1 空调系统

项目设置两种空调系统，其中：篮球场、阶梯教室、中学餐厅采用风冷热泵系统，COP=3.36，冷冻水供回水温度7/12 ℃。热水供回水温度45/40 ℃，末端采用全空气系统。其余功能房间采用多联机或风空调，均达到一级能效要求。

因场地局促，篮球场兼做大礼堂功能，位于负一层，为避免梅雨季节的潮气侵入，项目制定专门的防潮除湿控制策略：室内温度≤20 ℃时，开启屋顶风冷热泵制热，并开启排风机；室内温度＞20 ℃时，选择性开启空气处理机组内循环送风，并开启新风除湿机除湿。当篮球场不用时，特别是3-4 月份，根据室内湿度参数自动开启除湿机除湿。

节能运行策略：过渡季节时，全空气处理机组全新风运行。此外，篮球场还设置CO2监控系统，并与新风系统联动，防止集会时浓度超标。

2.2.2 电气及光伏系统

项目全面采用LED 照明灯具，变压器采用节能变压器。项目设置高效单晶硅光伏发电系统，组件效率15.89%，装机容量66.69 kW，设置于初中部屋顶，年发电量6.7 万kWh。

综上，经e-QUEST 软件全年8760 小时模拟分析，项目全年用电约40.82 万kWh，光伏发电约6.7 万kWh。按照深圳市强制节能标准计算参照建筑年用电约50.09 万kWh，本项目用电降幅约31.89%。

2.3 节水措施及海绵城市技术应用

根据深圳市海绵城市相关要求[5]，本项目的径流总量控制率为70%。

为达到这一目标，本项目采用多种方式消纳场地雨水、径流与污水，将下凹绿地、绿化屋面、透水铺装、调蓄池均匀的“塞入”校园各个角落，通过四个汇水分区实现消纳雨水，如图8 所示：

图8 海绵城市设施布局示意

1）雨水及中水回用系统

项目场地有限，为有效调蓄雨水并实现海绵城市建设，根据高差及分区设置两处雨水回用系统：一处位于场地东南侧，主要用于雨水入渗及回用，容积180 m3；一处位于场地东北侧，容积200 m3，均采用“过滤+消毒”工艺，采用地埋式一体化水处理设备，年累计雨水回用量为3186.2m3，占比81.05%。

另外，为消纳建筑内污水，项目自建中水回用系统，原水水源为小学生餐厅，中学生及教师餐厅的厨房排水，供初中部、综合楼冲厕使用。最高日用水量为42 m3/d，中水处理采用MBR 膜工艺；全年中水用量为11625 m3，占比51.97%。

2）透水铺装及绿化屋顶

项目采用地面绿化（占地6050 m2）、屋顶绿化（4409 m2）、下凹式绿地（606 m2）及雨水调蓄池（调蓄容积）等措施降低雨水径流，综合径流系数为0.578。

3）全部采用1 级节水器具

通过以上措施，最终设计调蓄容积为795.4 m3，高于《深圳市海绵城市规划要点和审查细则》的644.8 m3的要求。

3 结论与建议

本项目共投入围护机构节能设计、高效空调设备、光伏发电、中水回用、雨水回用、物理环境分析、BIM技术、室内污染物监控、构件外遮阳、节水器具等20 多项绿色技术，满负荷运行后预计年节约运行费用约68万元。

在高密度的城市建设下营造良好的微环境已成为越来越多的设计问题，本文通过项目实践验证了高密度下营造绿色学校的可行性，并为高密度下绿色学校建设提供经验借鉴。