“双碳”目标下夏热冬冷地区绿色产业园建筑设计策略——以江苏省南京市江北新区软件园超高层产业园区项目为例

文／肖鲁江 南京城镇建筑设计咨询有限公司 董事长

张金水 南京城镇建筑设计咨询有限公司 副总建筑师

引言

2030 年实现碳达峰、2060 年实现碳中和是中国向世界作出的庄重承诺，“双碳”目标势必对未来社会及城市的经济生活产生深远影响。通过相关碳放研究可以发现建筑行业碳排放量约占总碳排放量的三分之一。因此如何通过建筑设计，采用绿色建造技术减少建筑物运行阶段、建造及拆除阶段、建材生产及运输阶段三个重要环节的碳排放，对实现“双碳”目标具有重要的现实意义。

1 项目概况

项目位于江苏省南京市江北新区泰山街道，北临浦泗路，西临星火路，南临汇文路、研新路，东邻丽景路。距离新南京北站交通枢纽3 公里，交通便利。

根据南京市江北新区管理委员会规划和自然资源局工程建设项目规划条件《宁江北规划资源条件（2020）00093 号》 文件，项目用地性质为B29a 科研设计用地，用地面积：46316.25m2，容积率5.0，建筑高度≤150m，建筑密度≤35%，绿地率≥30%。项目总建筑面积：351568.68m2，地上总建筑面积约230591.64m2，地下三层总建筑面积约120977.04m2，其中人防建筑面积29426m2，功能为核六、常六级二等人员掩蔽部及固定电站。

项目地上共有八个子项，一栋超高层办公楼和七栋高层综合楼；建筑规划布局策略为北高南低，使中心花园拥有充足的南向阳光，而北侧塔楼可以越过周边底矮的建筑享有西南侧的老山景观。同时北侧高层塔楼可以阻挡寒冷的东北季风进入地块，南侧小体量的总部办公和整体的架空底层使凉爽的东南季风更容易进入中心花园，形成宜人的微气候环境。

本项目在规划布局上吸取传统建筑的绿色空间营造智慧，充分考虑建筑与气候、技术、文化三者之间的纽带关系，打造一个适应气候、延续文化兼具生态性的绿色科技园区；在技术策略方面充分挖掘传统建筑的生态价值，通过被动式节能设计，使城市的绿色建筑具有现代空间形态和场所精神，兼有传统建筑的灵魂，实现创新设计、打造绿色创意空间。

2 项目所在地域气候特征

图1 总体规划鸟瞰图（图片来源：设计团队绘制）

从气候分区上看，南京属北亚热带湿热气候，四季分明，雨水充沛。在中国气候分区属于夏热冬冷地区A 区，一年当中有相当长一段时间处于湿热的气候状态。从建筑热工设计区划一级指标来看，最冷月平均气温在0℃～10℃，且日平均温度≤5℃的天数在90 天以内；最热月平均温度在25℃～30℃，且日平均温度≥25℃的天数在40 ～90 天以内，根据规范必须满足夏季防热要求，兼顾冬季保温；从建筑热工设计区划二级指标来看，以18℃为基准的采暖度日数在1200 ～2000 小时之间，根据规范要求应满足保温、隔热设计要求，重视自然通风、遮阳设计。综合以上分析，夏热冬冷地区的建筑为回应地域气候，需要重点处理隔热、降温、通风、防潮、遮阳等问题。

3 南方传统建筑气候适应性特征

江南地区的建筑聚落通过历史的演变逐渐反映出了一系列朴素的建筑思想，并形成了从建筑规划到房屋建造的地域性生态策略。归纳起来影响传统建筑热舒适性的自然气候因素主要有自然通风、太阳辐射得热、空气温度、空气湿度等。

（1）热舒适与自然通风

南方传统民居利用群体围合，形成合院或者天井，从而可以有效地组织场地与建筑物室内外的风环境，通过风环境模拟发现，对于1.0m/s 的风速，相对湿度50%时，室内气温达到29℃，人们仍然会感觉舒适；对于2.0m/s 的风速，相对湿度50%时，室内气温达到30℃，人们仍然会感觉舒适；当空气流动速度达到6.0m/s 的风速，相对湿度50%时，人体舒适度可以提高到34℃。

（2）热舒适与辐射得热

太阳辐射是建筑物的主要热源，自然地利用太阳能加热建筑被称为“被动式太阳能采暖”，是一种自然利用太阳能加热建筑的过程。南方传统建筑通过建筑组群、景观水系、建筑材料很好地处理了室外微气候和室内微环境的太阳辐射得热：如厚重的砖石材料有很好的隔热作用；玻璃及膜结构等材料视线通透，有较好的散热作用。

（3）热舒适与结构蓄热

维护结构（材料）的蓄热系数是指材料储存热量的能力，在夏热冬冷地区可以选择蓄热系数大的建筑材料，减少室内外温差对建筑内部空间的影响，实现被动式节能设计。夏季，白天温度升高的时候，维护结构可以存贮热量，减少辐射到建筑室内的热量，减少空调负荷，提高建筑内部热舒适性能；冬季，白天太阳照射建筑，可以通过维护结构的材料吸热，在夜间释放到室内，提高室内空间的热舒适性。

（4）热舒适与维护结构保温隔热

维护结构对室内热环境的影响主要是通过建筑内表面温度体现，内表面温度太低会影响人体的舒适度，也会造成室内结露、影响结构安全性等问题。根据气候特点和建筑使用功能，选择合适的轻质材料和重质材料，充分发挥材料的热工性能，可以起到很好的保温隔热效果。

维护结构采用新材料、新技术、新构造，对降低建筑能耗来说有重大的意义，成为建筑节能的新思路，使维护结构从单纯的被动适应气候到主动利用气候中的有利资源，既是维护结构未来的发展方向，也是被动式节能技术的新动向。

（5）热舒适与建筑遮阳

建筑得热形式通常分为太阳直射得热、热传导得热等形式，透明维护结构（幕墙）有很大一部分热量是太阳的直射得热，因此随着每天的太阳高度角和方位角的变化，建筑室内外温差也随着变化，夏热冬冷地区的日照强度通常于午间至下午两点最大，室内外温差也最大，为了减少直射进入室内的太阳得热，建筑通常需要遮阳，通过建筑遮阳可以有效地阻止这部分热量进入室内，从而减少太阳得热量，同时避免室内眩光。

图2 场地风向研究（图片来源：项目设计团队绘制）

南方传统建筑为了实现遮阳，衍生出了多种形式，骑楼是南方传统民居实现遮阳的一种常见模式。它临河沿街，在河沿的廊柱间设有长条凳，形成一条给住户及路人遮风避雨、歇脚荫凉、人际沟通的水式街廊。过街楼是另一种形式，实现了借空间不碍交通，既将街两边的楼房连成一体，又实现了遮阳效果。

（6）建筑形式与文化传承

传统江南建筑气候适应性生态文化归结为“组群”“廊桥”“屋顶”“材料”四大要素。

图3 屋顶花园、垂直绿化、建筑间连廊组合的空间效果图（图片来源：项目团队绘制）

3.1 夏热冬冷地区建筑自然环境因素设计策略

建筑布局上，江南地区传统建筑以组群和院落的形式为主，建筑族群通常临水而建，跨河建桥，滨水建榭，亭榭之间有廊相连，充满着诗情画意。现代园林和各类科技园区的建筑规划与设计也多借助传统建筑的布局手法，通过水系来营造微气候环境，临水建亭和休闲平台等。

3.2 夏热冬冷地区建筑人文环境因素设计策略

建筑形式上，江南地区传统建筑有徽派四水归堂式建筑、合院式建筑、干栏式建筑等。通过各地区的多元文化的交流、碰撞，产生了丰富的聚落组织模式和建筑形态，但随着现代人们生活方式的转变和生活质量的提高，江南传统建筑的型制和空间也逐渐有了较大的转变，如利用现代钢和玻璃材料打造传统建筑礼制空间的南京大报恩寺以及利用传统木材打造的类似园林亭榭空间的茅洲河碧道工程驿站。

3.3 夏热冬冷地区建筑技术因素设计策略

建筑材料上，江南地区由于多雨潮湿，建筑设计注重保温隔热、遮阳、通风、防潮与防水，这些性能决定了建筑内部空间的舒适性和建筑的节能率。传统建筑以砖石为主，屋顶通常采用钢木结构，轻盈又环保，通过骑楼、回廊和廊桥形成各式各样的灰空间，创造宜人的微环境。

4 本项目绿色建筑设计

4.1 气候适应性规划设计

南京属于北亚热带湿热气候，夏热冬冷。夏季主导风向是东风和东南风，冬季主导风向是西北风，最大风速不超过7m/s，平均风速是4m/s。为了适应气候特征，本项目建筑布局充分考虑风向和风速的影响，力求各栋建筑夏季可以实现穿堂风，冬季又可以抵御寒风，并避免形成风漩涡。因此通过将超高层和高层建筑布局在场地北侧，将小高层建筑布局在场地南侧，实现对冬季寒风的阻挡，同时打开东南侧建筑界面，形成开口，使夏季风可以通过。

根据《绿色建筑评价标准》对于夏季工况的要求，建筑周边有人活动的区域不应出现风涡旋或无风区。本项目通过合理的建筑布局，夏季可以形成有效的巷道风，通过风环境模拟，项目人行区域无风漩涡且不会出现无风区。

夏热冬冷地区的建筑在夏季需要充分利用自然通风获得良好的室内外风环境，形成合理的窗内外表面风压差，从而确保开窗时良好的通风效果，形成较好的室内风环境。

4.2 建筑空间被动式节能策略

4.2.1 建筑空间调节策略

夏热冬冷建筑应优先综合采用遮阳、采光、隔热、通风等被动式节能设计措施。

本项目通过底层架空、有盖开敞连廊、屋顶花园、建筑连廊、遮阳花架、空中花园等设计，创造多重层次的建筑过渡空间，起到很好的遮阳作用；设计中也充分利用了植被遮阳：在建筑地面、建筑立面、建筑屋面分别形成了绿园、绿瀑和屋顶绿色农场。

同时将建筑朝向偏东方向，避免南向阳光直射。中心花园的水景可以改善地面的微气候，室内中庭的设计又可以增强室内的通风效果。

图4 项目建筑BIM 图（图片来源：项目团队绘制）

图5 裙楼设计理念（图片来源：项目团队绘制）

4.2.2 高热工性能的建筑材料

通过采用新技术和新材料，降低热工性能薄弱的透光幕墙的太阳得热系数和传热系数等，减少炎热夏季建筑室内的直接太阳得热和辐射得热，营造舒适的热环境。

本项目采用的高性能三银系列玻璃幕墙系统比传统玻璃幕墙系统的热工性能可以提高30%以上，在实现室内外建筑空间观感的基础上，充分利用天然光源，改善大进深、大空间办公建筑的室内光环境，实现绿色办公的良好光照。

4.3 高效的机电系统

4.3.1 空调系统

项目公共部分大空间区域采用地埋管加冷却塔的地源热泵复合系统。

超高层T1 号楼在第二个避难层以下4 ～23层、高层T2 号楼在4 ～12 层采用地埋管加冷却塔复合水冷多联机系统，总部办公采用风冷多联机系统，由总部办公业主根据工作需要自行控制运行模式。建筑公共部分空调形式为水冷媒空调系统，分各个不同的版块区域采用能量表单独计量。办公室内设置单独新风系统，设置独立的新风室外机，配合单独区域的高静压新风内机来满足室内新风的需要。在人群密集场所设置CO2浓度实时监测和控制。

采用水冷媒带热回收功能的高温地源热泵机组（制冷、制热、蓄冰）和一台磁悬浮冷水机组（调峰）组成。冬季运行开启1 台热泵机组制热模式满足采暖要求，夏季运行开启2 台热泵机组、2 台磁悬浮冷水机组（调峰）模式来满足空调制冷的要求，同时预留生活热水接口。地源热泵主机及水冷多联机采用闭式冷却塔辅助散热，磁悬浮冷水机组采用开式冷却塔辅助散热空调主机系统在标准工况下的供回水温度：生活热水在冬、夏季空调季节由机组部分热回收制取，非空调季节直接开启一台热泵机组制取生活热水。

4.3.2 给排水系统

项目采用转输水箱+变频加压供水系统，变频加压供水设备中，变频器配置与加压供水泵一一对应；地下一层热水机房地源热泵夏天热回收1533kW。

项目采用一套雨水收集处理回用设备，雨水处理后统一供给回用。雨水收集、处理后用于绿化浇灌及道路浇洒。雨水处理工艺：初期雨水弃流-回收池沉淀-过滤-消毒-清水池。雨水回收池660m3，雨水清水池10m3，雨水处理量为15m3/h，雨水回用量为1809m3/a，年径流总量控制率80%。雨水收集面积约为22369m2，约占整个地块面积的54%。雨水回收处理后排入清水箱，用于绿化浇灌、道路浇洒以及地库地面冲洗。

利用地块内部土壤渗透性能较好，地下水埋深也适合雨水下渗的特点。充分利用场地内绿地、土壤的净化能力，使园区雨水径流经土壤渗透后进入地层，涵养地下水，达到有效削减城市地表径流污染负荷。采用的低影响开发技术有：（1）植生滞留槽。（2）下凹式绿地。（3）植草沟。（4）透水路面。（5）雨水调蓄池660m3。通过以上措施可以使本工程实际年径流控制率达75%，面源污染削减率达78.2%。

4.3.3 电气系统

项目设置有综合能源管理系统，解决基础能耗数据的智能化、自动化、可视化、可量化的采集与存储，并提出能耗管理奖惩方案，从而降低能源使用费用，为建立节约型社会发挥作用。项目设计的能源管理云平台系统，监测现场各设备数据；可以实时反馈能耗折标及碳排放等数据。

4.4 全生命周期BIM 技术

本项目由业主推动实施项目建设全周期全专业的BIM 技术应用，在设计、施工、运维各个阶段通过三维BIM 技术实现设计方案的多方案比选和优化，指导施工和运维。

4.5 建筑文脉传承

本项目设计希望实现将办公空间与共享平台空间、服务配套空间紧密融合串联，提供便利高效的工作生活体验，促进交流与互动，激发灵感与创意，打造品牌文化形象，吸引高端企业和人才，提升区域竞争力。

在当今大数据时代，数据信息是最重要的资源，流动网络给予数据信息支持的同时，促成了数据信息的交换流通、迭代升级，以产生价值。设计从数据信息和流动网络的这种关系中获得灵感。办公塔楼和企业总部就如独立的数据信息处理中心，共享平台和服务配套设施（有如流动网络）必须给予他们充分的支持，串联各建筑并与其紧密融合，才能促进互动与交流，充分激发效率和创意，将竞争力最大化。

共享配套服务设施对于办公空间的支持，如同传递与承载数据信息的流动网络。本案以此为灵感，以曲线和退台的裙楼建筑形态，表达流动网络载体，以其串联各个办公塔楼及总部，打造共享空间，促进互动和交流，激发效率与创意。

结语

传统建筑的设计策略及营建智慧建构了一套完整的绿色建筑体系，为现代绿色建筑设计提供了方法支撑。本项目以气候适应性建筑特点为源头，通过对自然条件、传统文化等分析，从设计阶段就采用被动式建筑设计策略，选用地域性材料及传统建造手法，关注后期运营维护，注重资源节约，实现低能耗、低碳排，并同时达到国家标准的绿色建筑三星标准，为“双碳”目标下的江南地区高密度产业园区的绿色建筑设计提供良好的示范。