碳中和目标下体育场馆的低碳建筑设计

朱云峰

(湖南环境生物职业技术学院,湖南 衡阳 421001)

0 引言

本文首先分析了低碳理论，通过理论和调查分析认为：区域气候、尺度、材料和结构、运营和使用是决定整个体育馆低碳发展的重要因素，这四个因素是相互关联的，是一个系统的过程。本文还论述了建筑规划设计阶段体育馆低碳化的总体设计方法，希望能在未来的体育场低碳设计创作中起到一定的指导作用。

1 我国体育建筑能耗现状

当前我国比较发达的中等城市普遍拥有1～2座大型体育场馆，大城市通常拥有3座或更多体育场馆。从第五次全国体育场地调查(截至2003年底)及第四次全国体育场地调查(截至1995年底)结果来看，全国体育场地总面积增加了110.28%，大约11.8亿m2。多年来，体育馆场馆总投资达1 914.5亿元。近10年来，随着中国综合国力的增强，已成功承办了2008年北京奥运会、2010年广州亚运会、2011年深圳大学生运动会和2013年沈阳亚运会等世界级和全国性大事[1]。我国对于能频繁举办赛事的优质场馆需求不断增加，同时人民群众生活质量不断提高，健康观念逐步增强，对于全民健身体系构建更加重视，这些因素推动体育建筑大规模兴建[2]。

目前，国内的体育场馆面积增长较快，投资较大，耗材较多，能耗较高。经调研与统计，中国体育场馆的能源消耗与国际同类场馆相比，约高出40%，且同一种场馆与相同场馆在使用年限上存在较大差别。因此，运动场所在能源利用方面有着巨大的潜力。建筑材料的高排放，体育场馆运营过程中的耗能装置产生的高能耗，举办大型比赛时的碳排放，以及体育场馆拆除后的建材回收，以及是否会产生环境污染，这些都为体育场馆的节能减排指明了发展的方向。在“低碳”的背景下，体育场地的节能减排已不仅局限于其在使用过程中的能耗，更多地表现为其在整个寿命周期内对其所产生的各种环境效应[3]。在国家的节能减排目标中，体育建筑的能源消耗与碳排放的控制是一个关键环节。

2 体育场馆建筑设计全生命周期

2.1 规划设计阶段

在项目的起始阶段，规划设计阶段的决策将对后续的建设、使用和运营产生深远的影响，为项目的顺利实施奠定坚实的基础。现阶段由于能源消耗导致的直接碳排放很小，基本可以忽略不计。尽管没有特定的二氧化碳排放量，但是由于建筑物的位置，结构类型，所用材料，建造计划，照明，加热和通风等都与规划设计阶段紧密联系在一起。

2.2 施工建造阶段

其中，建设期是对建筑物进行“实体化”与“塑形”的过程。其内容包括：建材及施工过程中产生的碳。在此过程中，需要耗费大量的处理能源和辅料。施工中的各种工作十分繁复，与施工没有多大关联。

2.3 使用维护阶段

建筑使用和维护阶段是建筑碳排放时间概念最长的阶段，也是能耗和碳排放占比最大的阶段。建筑工程节能的探索一直集中在这个环节中，包含保持工程建筑正常的中央空调、采暖、照明灯具、供电等服务所产生的碳排放。维修改造新项目应用中产生的碳排放主要包含节能项目、设备升级和环境改造[4]。

2.4 拆除回收阶段

在建筑拆除回收的过程中，在拆除时所产生的燃料等能源消费，还有在拆除后所产生的废旧建筑材料的运输、分拣、回收、处置等能源消费，都会对这一过程中的碳排放造成一定的影响。

3 体育馆低碳化影响因素

3.1 地域气候

区域气候一直是影响建筑低碳设计能耗的最基本条件，由于气候因素的影响，各区域体育馆的碳排放变化规律有较大的差别。由于各区域的气候环境差异，导致了各场馆的通风规律也不尽相同。比如，在北方地区，冬天取暖的二氧化碳排放量明显高于其它地区，而在南方地区则集中于夏天的冷却过程。冬季北部场馆的空调温度比南部场馆低得多一些，场馆的设计若忽视了区域气候的影响，一味追求大规模幕墙或透明房顶等高科技方式，不仅会让展览馆物理学环境恶化，还会造成极大的资源浪费。为了能追求时长遮盖，顺从“低碳”这个概念，在没有任何有效运算可行性分析认证的情形下，将太阳能光伏板和建筑紧密结合，不但不会获得良好的节能减排实际效果，并且可能导致极为厚重的经济压力[5]。因而，考虑到气候是体育场馆低碳设计方案的关键参考标准，在设计中应予以充分重视。

3.2 规模体量

体育场馆通常被设计和建造为标志性的公共建筑，因此，这些建筑的体积会变得更大，对建筑的要求也会变得更大，更多的材料，更多的能量，更多的二氧化碳。现如今，体育场馆的建设大多都与大型赛事的举办有关，对座位尺寸的需求远远大于赛后的使用。场馆规模过大，有时还会因为规模过大造成的高能耗而难以运营，体育场在使用过程中最大的碳排放来自于空调、制冷、供暖和照明的能源消耗。

3.3 材料及结构

随着时代的快速发展，结构技术也在不断地进步，在球场的设计上，经常是以宏伟的效果为目标，对建筑结构、材料等提出了特别的要求，从而产生了一些奇形怪状的体育场，这类建筑设计成本非常高。在设计层面，结构与材料的选择决定了建筑原材料的碳排放量。尽管在使用过程中不会造成过多的排除污染，但在建筑的整个生命周期中也是占比较大的一个方面(施工阶段的碳排放主要来自材料的生产、运输和加工)。忽视结构效率，追求新颖独特的形象，存在与结构无关的建筑构件进行造型，造成了极大的材料浪费，也导致了大量的碳排放(来自材料的生产和施工等)。体育场馆的基本建设必须遵循方式以及构造的统一，以体现其艺术美。太复杂和忽略结构形式的体育场品牌形象，失去了对体育场层次感形象的要求[6]。因而，科学合理的结构形式和适度的原材料运用是体育场低碳设计不可或缺的一部分。

4 体育馆总体低碳规划设计策略

4.1 融于地形气候

不同地区的体育馆设计要考虑不同的主要气候因素，但地形地貌的整合有一定的相似性。将其与天然地貌相结合，将会降低对现场及周边的干扰，进而降低其对生态系统的冲击。因为场地很大，所以在地上和地下都有很大的空间。对这些土地进行治理将耗费巨大的能量，从而产生更多的二氧化碳。所以，在降低土建工程造价的同时，应尽量使整个工程的土建工程造价达到均衡。地势上的斜坡能与球场内的大看台形成呼应，同时，地势较低的地方也能被提升，从而形成一个与外部世界沟通的过渡空间。以不同的地形情况为依据，对其进行差异化的设计判定，这样既可以有效地减少建设费用，又可以将建筑与周围的环境完美地融合在一起，让建筑的区域特征变得更为突出。

还需要采用不同的设计方案和方法，以适应不同的需求和情况。自然采光、风力发电等都需要合理设计布局，使之达到最好效果。在气候学中，自然风和太阳是最基本、最生动形象的元素，它们在自然界中扮演着至关重要的角色。根据地形特点合理设计布局，使其自然形成良好空气流动条件。在规划建设过程中，必须充分考虑到场地内自然风的利用，以优化场馆选址，提升场地内部的自然氛围。同时还要注重冬季寒冷地区体育馆内空气流通，提高空气湿度。通过运用地形地貌、其他建筑结构、配置绿色植物以及合理的水分配，将夏季轻风引导至体育场区域，并科学规划体育场方位，使得风力能够自由地穿越体育场，从而有效降低体育场自身温度，同时尽可能避免风阴影区建筑的自然通风；同时也要加强对室外风力的控制与管理，以降低风速为主要目的，使其达到一定范围内的最小值[7]。在寒冷的季节里，安装防风林可以有效减缓冷气速率，从而降低建筑本身的温度变化。另外，为了保证体育活动期间能够提供足够的空气流度，应尽可能多采用自然对流通风方式。在考虑建筑系统软件时，需要精心规划和设置进通风口，以确保其有效性。根据不同地区气候特点选择合适的空调系统，以达到节能减排目的。为了充分利用阳光，规划中需要考虑引进或阻挡辐射源以满足体育场的需求，并在考虑到周边建筑物和植物的屏蔽效果的前提下进行。

4.2 营造低碳健康的交通系统

传统体育场平面设计图必须传送到社会发展主干路，有大面积硬人行道作为新时代所使用的消防疏散广场和地下停车场。一种更直观的办法是减少私家轿车的应用，减少停车场总面积，并且在城市的各地方增加公交车数量，以专车接送去往体育场的消费者。充分考虑有很多人在低碳定义的帮助下步行或骑自行车去体育场，在计划和设计里可以选择自行车车道以及机动车车道，使体育场里的机动车辆与群体流线型彻底分离出来，不互相影响。步行系统软件针对不同场所必须有着不同的设定，包含气体、地面和地底。路面方式是很常用的一种，主要包含城市广场、人行道以及机动车道。一座新的体育场一般设在大规模的土地上，假如布局的步行系统和土地上的体育场地设施相符合，将在很大程度上激起周围人群参加锻练的热情和激情[8]。

4.3 绿化植被的配置

在降低能源消耗和降低温室气体排放量的同时，还需要考虑其对CO2的吸附作用，也就是增强其对大气中CO2的吸附作用。在计划阶段，植物的布置以提高体育馆周围的绿色植物为主，但也要自觉地把体育馆自身与绿色植物相融合。

合理配置植物可以保证固定的二氧化碳排放量，同时提高绿化率。计算表明，生态复合绿化方式，即乔灌木花卉紧密种植的混合植物配置，可以最大限度地固定CO2。上述混合植物区40年每单位面积可固定CO约1 100kg，种植方式越简单，固定CO量越低，人工草坪几乎无法固定CO。在植物配置上，尽量形成丰富的混种系统，这样的系统更接近自然生态系统。除了吸收二氧化碳和直接减少排放外，植被也可以调节建筑的小气候。首先，它能够过虑太阳辐射量。其次，绿色植物还可以起到一定的工程建筑导风功效[9]。绿色植物自身能够净化室内空气，防护噪音和有机废气，降低户外对室内空间危害。

4.4 倡导低碳生活方式

体育场是一座大型的城市公共设施，具有很强的社会效益和经济效益。所以，通过健身场所来推广低碳的生活与锻炼方法，是十分适当且行之有效的。身为一名低碳体育馆的用户，要在思想上逐步对自己的行为进行认知，并树立起自己对低碳生活的观念。比如，在体育馆中，人们可以尽可能地走路去看比赛或者参与活动，距离比较远的人可以使用自行车或者公共交通工具；体育馆楼层并不高，可以通过使用楼梯来轻松地到达每一层，如此就可以将电梯运行的频率降到最低[10]。此外，还可以进行垃圾分类等。从运营者的观点来说，碳排放管理也很重要。比如说，尽量利用自然气流来通风，减少使用空调系统，如果必须使用空调，也不要将温度设得过低，同时在阳光充足的情况下尽量不要使用人工照明，还要注意节约用电，比如及时关灯等。可以在体育馆张贴有关节能减排技术的宣传海报，让公众更深入地了解低碳技术，认识到环保是一个长期的过程，需要持续不断地参与。

5 结 语

在世界范围内，面对日趋严重的能源与环境问题，建筑这一高能耗地区，其节能与减排问题备受关注。场馆占地面积大，能耗高，碳排放大，是我国最主要的能源消耗源。在低碳经济的背景下，对运动场进行低碳设计的要求越来越高。本文通过对体育场低碳设计的理论研究、实地调研和实际工程设计，总结出危害体育场碳排放量的因素包含气候、经营规模、材料及构造、高效运行利用。这四个影响因素并不是独立的，因此，体育场的低碳设计方案是一个系统的过程。从初步规划、运营策略等方面把握场馆低碳设计的总体方向；在设计初期，应选择安全方便的场地，并根据需求的定位和规模进行周边功能的整合，形成群体效应。在此基础上，执行合理布局融入地形气候、绿色生态配备回应空间环境、交通出行设定追寻低碳健康的生活规划策略。