林建康 陈雄 陈艺然 | 传承地域文化的绿色建筑设计实践——以深圳宝安国际机场卫星厅为例
全文刊登于《当代建筑》2022年第8期 p17-21
作者简介
林建康 | Lin Jiankang
广东省建筑设计研究院有限公司机场设计研究院室主任
陈雄 | Chen Xiong
广东省建筑设计研究院有限公司首席总建筑师
陈艺然 | Chen Yiran
广东省建筑设计研究院有限公司机场设计研究院室主任
摘要：2022 年是我国“双碳”战略持续深化推进的一年，绿色建筑将迎来大力发展的新机遇。航站楼建筑作为一种对城市和公众影响大、功能和流程复杂、设备和系统众多、技术和材料比较新颖、投资和规模较大的交通建筑类型，其建设过程和使用过程的能耗远远高于其他类型建筑。因此，绿色机场的建设在机遇和需求方面都迫在眉睫，同时绿色建筑的创作应与地域文化有机融合，在当代建筑实践中保持地方性语言的表达。本文通过深圳宝安国际机场卫星厅的设计实践，总结绿色建筑与地域文化的传承，探索绿色建筑的“减碳”和“可持续发展”道路。
关键词：减碳；可持续发展；航站楼建筑；绿色建筑；岭南建筑
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在全球气候变暖，二氧化碳排放量逐年递增的情况下，坚持可持续发展，寻求技术突破，探索能源转型，降低碳排放量，已成为全世界的共识。据《2021 年中国建筑能耗与碳排放研究报告 ：省级建筑碳达峰形势评估》统计指出，2019年全国建筑能耗总量占全国能源消费总量的比重为 45.8%，建筑碳排放总量占全国碳排放总量的比重为50.6%，且有逐年增长的趋势。①建筑行业能源消耗是我国能源消耗的重要部分，绿色建筑在推动建筑行业的“减碳”和“可持续发展”过程中发挥重要作用。然而，在绿色建筑发展成为国家重要战略部署的同时，也存在诸多深层次的问题，除体制、机制和政策等因素外，在价值理念方面的“重技术、轻文化”倾向也是其中的关键问题 [1]。谈及绿色建筑，不能脱离建筑物所在的外部环境，不能割裂建筑物的文化承载。广东省建筑设计研究院有限公司（以下简称“广东省院”）在探索绿色建筑发展的过程中，一直注重当代绿色建筑与自然环境、地域文化、建筑技术等多层面因素的复合应用。例如 ：广州白云国际机场T2航站楼和珠海横琴保利国际广场，尊重岭南地区的地域文化，融入本土环境，坚持可持续发展设计理念，创作出极具岭南建筑特征的绿色建筑。通过设计实践，广东省院总结出新时代岭南地区绿色建筑的理念参考和示范路径，将绿色建筑的设计策略引入深圳宝安国际机场卫星厅（以下简称“卫星厅”）的建筑创作中。
卫星厅位于深圳宝安国际机场 T3 航站楼北侧，距航站楼1.8 km（图1）。深圳市地处南亚热带区域，纬度较低，夏季持续时间长，属亚热带海洋性季风气候，雨热同期，降水充沛，具有岭南地区典型的“湿、热、风、雨”气候特征。卫星厅绿色建筑的气候适应性策略，借鉴传统岭南建筑中的绿色理念，充分考虑隔热、遮阳、通风等问题，采用被动式建筑技术，减少气候对建筑室内空间的影响，同时辅以一定程度的主动式建筑技术，进一步降低建筑能耗。
1 被动式建筑技术
1.1 内、外遮阳设计
根据过往大型航站楼设计经验，设计团队认为航站楼建筑实体墙面较少，玻璃幕墙较多，窗墙比较大，因此全年能耗量大，运行费用高。航站楼建筑采用外遮阳百叶，可以达到遮阳且透影的效果，同时能有效降低能耗。外遮阳的设置需要考虑岭南地区太阳运行的规律和建筑朝向 ：东西向的窗口采用水平和垂直相结合的综合式遮阳，南向的窗口采用通长水平式遮阳，北向窗口不设遮阳 [2]。设计团队利用深圳市海洋城市“鱼群”的意象特质（图2），借鉴岭南建筑“夏氏遮阳”的形式，创造了一种全新的“L”形飞鱼铝合金外遮阳构件（图3），产生独特的建筑效果。在设计过程中，设计团队运用三维图像技术，对多种尺寸的外遮阳构件进行多方案对比，充分考虑弧形幕墙的太阳入射角差异，最终把遮阳构件标准化为4种标准构件，自上而下深度分别为650 mm、520 mm、390 mm、260 mm，从而使遮阳效果达到最优（图4）。
外遮阳系数 ：有遮阳情况下外窗和幕墙的外表面辐射量与无遮阳情况下外窗和幕墙的外表面辐射量之比。其与外窗幕墙面积无关，因此设计团队选取外侧幕墙15 m×15 m的幅面进行全年太阳辐射模拟分析（表1、图5）。从模拟对比结果可以看出（图6）：东、南、西、北四个朝向在有遮阳措施和无遮阳措施时，平均太阳辐射吸收量差异巨大，通过设置“L”形飞鱼外遮阳百叶，卫星厅整体太阳得热降低了 47%，大幅度降低了建筑能耗。
室内采光天窗的下方，则使用了水滴形格栅和渐变式铝板遮阳器相结合的遮阳方式，有效地过滤太阳直射光线。依靠铝板遮阳器自身的三角形穿孔，设计通过自然光塑造出如雕塑般的室内遮阳及采光带（图7、图8）。
在夏季平均风速条件下，卫星厅周边距地面1.5 m高度处：流场分布情况为建筑背风面局部区域流场较弱，周边整体流场较强，不影响室外散热和污染物的消散；风压情况为建筑立面风压基本在-15～9.5 Pa，室内外表面风压差大于0.5 Pa的面积大于50%，有利于夏季室内自然通风（图9）。
在过渡季平均风速条件下，卫星厅周边距地面1.5 m高度处：流场分布情况为建筑背风面局部区域流场较弱，周边整体流场较强，不至于影响室外散热和污染物的消散；风压情况为建筑立面风压基本在-15～6.8 Pa，室内外表面风压差大于0.5 Pa的面积大于50%，有利于过渡季室内自然通风（图10）。
从模拟结果可知 ：在夏季、过渡季典型工况的条件下，卫星厅室内外表面风压差大于0.5 Pa的面积大于 50%，符合自然通风要求。设计团队结合模拟结果，在二层到港通道1.5 m高的幕墙上设置手动通风侧窗（图11、图12），实现室内外空气的自然流通。通过计算，通风侧窗面积与幕墙面积比例大于10%，因此在夏季和过渡季节通过侧窗自然通风，能有效降低空调系统能耗，节约资源（表2）。
2 主动式建筑技术
岭南文化是兼容并蓄的多元文化，是各种异质文化交融相汇的结果。建筑是文化重要的载体之一，因此岭南建筑也是岭南文化的重要组成部分。[3] 岭南建筑在漫长的历史进程中，善于吸收先进文化和创新技术。新时代岭南建筑的创作过程也随着时代发展，具体到绿色建筑的设计上，则采用被动优先、主动优化的设计策略。
2.1 理性的热环境分析
卫星厅外立面为大面积的玻璃幕墙，室内空间体量巨大，上、下层的连通部位较多。其中，三层旅客候机区中央设计3个中庭，沿幕墙采用退台式设计，与二层旅客到港通道在空间上相互连通。为充分掌握候机区室内空间的空气分布情况，实现节能、低碳目标，设计团队采用现代模拟仿真技术CFD（计算流体力学）进行模拟和预测，得到候机区空气速度、温度等物理量的详细数据。设计通过提升三层中庭玻璃栏杆高度，改善了冷射流下沉现象，并采取调整商铺立面风口高度和水平送风角度、风柱单排送风口改双排送风口等优化措施，重组空调系统的气流组织，明显改善了二层、三层连通空间空调冷风下沉的问题，显著降低了空调冷量损失，大幅度减少建筑能耗（图13）。
2.2 充电桩车位设计
据不完全统计，地面车辆消耗的汽油、柴油约占机场总能耗的13%，因此减少地面车辆的燃油消耗是实现节能减排工作的重要措施。[4] 卫星厅沿楼前服务车道设计了256个停车位，充电桩安装数量为99个，占总车位数的38%，是全国首个按照停车位总数1/3设置充电桩的航站楼。其中，45 kW的直流充电桩为96个，105 kW的直流充电桩为3个，总安装功率达到4 635 kW。充电桩的设置实现了民航工具车“油改电”的目标，满足了机场拖头车、清水车、污水车、电源车、气源车、引导车、维修升降平台车、飞机牵引车、传送带车、通勤车等10余种车辆的充电需求（图14），基本涵盖目前民航适合电动化的所有车型种类，可显著减少燃油消耗，实现“减碳”目的。
2.3 太阳能光伏发电
卫星厅建筑外观与T3航站楼协调一致——洁白、明亮的建筑，其本身并没有设计太阳能光伏发电系统，而机场物流园区建筑屋面则设有光伏发电系统。设计团队将光伏发电系统引入卫星厅建筑内部 ：整个光伏发电系统采用240 W多晶硅光伏组件，共采用240 W多晶硅标准板23 056块，由并网逆变器逆变，经变压器升压至10 kV并入内部点网。通过光伏发电系统，卫星厅运营阶段获得了可再生资源，在一定程度上降低了能耗，可维持长远的可持续发展。
2.4 建筑信息模型（BIM）技术
设计团队搭建了BIM模型，通过直观的三维设计方式，协调复杂建筑的形体、构件、空间及设备管线间的关系，进行各专业错、漏、碰、缺的检查。在不同阶段，设计团队利用BIM技术与绿色分析软件间的可传输格式，将BIM模型导入绿色建筑分析软件，避免在绿色分析软件中重建模型。这样既减少了重复建模的工作，也保证了分析模型与设计模型的一致性，体现设计团队的精细化设计[5]。
设计团队还创新地采用BIM智能设计与建造技术（图 15），在设计、深化、加工、安装全过程中，建立一套完整的钢结构智能建造体系，并进行数字化虚拟拼装，对施工过程中可能涉及的应力应变工况、节点构造与碰撞、施工机械安排与可行性进行全面的综合评估与预判。BIM智能设计与建造技术极大地减少了钢材的耗损。
2.5 建筑碳排放计算分析
2021 年 10 月，住房和城乡建设部批准 G B 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》为国家标准，自2022年4月1日起实施。该规范要求新建、扩建和改建建筑均需进行建筑碳排放分析报告。
设计团队于 2018 年中旬完成卫星厅建筑碳排放计算分析报告，并根据报告结果，通过采用碳排放系数低和回收系数高的建材、就近采购建材、使用节能型照明用具等多个措施，使单位面积碳排放量从原来的 29.78 kgCO₂/㎡ ·a降低到28.59 kgCO₂/㎡·a，实现有效“减碳”目标（表3）。设计团队对碳排放计算分析报告要求的提出时间，比住房和城乡建设部要求的提出时间提早了3年，体现了设计团队致力于推动绿色建筑发展的理念。
3 结语
在“双碳”战略背景下，绿色建筑在迎来大力发展新机遇的同时，也任重而道远，需要解决人们对绿色建筑理解的片面性与误解[6]，并需要凝聚更多建筑师的智慧、经验、心血和汗水。本文通过深圳宝安国际机场卫星厅的设计实践（图16），为广大建筑师提供绿色建筑的一些设计思路。在设计手法上，本文探索适应气候和环境特征、体现地域性和创新性、反映新时代建筑特征的绿色建筑 [7] ；在设计手段上，本文探索更低成本、更高成效、更具先进性的节能低碳建筑技术。深圳宝安国际机场卫星厅的建筑创作植根于自然环境和地域文化，以传承岭南建筑文化为设计理念，借鉴传统，使用创新改造的遮阳百叶、自然通风、架空层、隔热屋面等被动式建筑技术，并辅以水蓄冷、CFD模拟、车辆“油改电”、太阳能光伏发电、非传统水源利用、土建装修一体化、智能建造、可循环利用材料等主动式建筑技术。创作积极回应时代诉求，努力寻找适合我国绿色建筑的可持续发展道路，助力我国实现 “双碳”目标。■
①详见https://www.baogaoting.com/artical/10390。
图1 ： 中国建筑股份有限公司提供
参考文献
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本文发表于《当代建筑》2022 | No.08
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