实现我国社会绿色可持续发展，践行大国责任和担当，中国政府在2021年初的政府工作报告中提出“2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和”的目标。建筑业碳排放量占全国碳排放量的比例约50%，在实现温室气体减排方面扮演重要角色。
建筑业的碳减排和碳中和发展程度对我国实现“双碳”目标有重大影响，因此推广绿色低碳建筑刻不容缓。建筑业是我国实现碳达峰、碳中和目标的主战场。未来，建筑业如何实现“双碳”目标，是摆在建筑从业者面前的重要课题。
在繁荣时代背景下，建筑早已不仅仅是“实用功能的静态呈现”，而是创作者结合各方条件表达出的“城市雕塑”或“个性名片”。建筑师往往会赋予建筑多重的含义。建筑的本质是空间，空间设计合理是建筑应具备的初级条件，设计师深入地思考并平衡多方条件选取出最优的空间方案。
建筑早已不再局限于建筑本身，而是更加侧重处理人与空间的关系。建筑的魅力与生命力在于建筑师的创作追求，绿色低碳的理念应当融入建筑师的血液中。这样的创作思维可避免建筑创作与建筑绿色技术出现“两层皮”的情况，有助于设计更绿色、低碳。
根植于我国西北地区的建筑师，根据地域性的气候特点，应考虑建筑耗能等问题：考量建筑布局的合理性;在不同季节平衡对阳光的利用与规避;充分挖掘清洁能源及其循环使用;对外围护结构体形系数与气密性进行精细化设计等。
本文将以两个实际工程为例，回顾设计团队在西北地区气候特征条件下，在低碳技术指导下进行的建筑创作思考，寻找低碳技术在不同气候条件下，不同类型项目中，不同空间需求中，追求建筑高性能化的路径，从而探寻建筑丰富多彩的生命力。
1 主动式建筑设计策略——陕西省沣西新城游泳馆
游泳馆项目业主在提出游泳馆设计任务书时，除了提出相关技术指标的要求外，还希望游泳馆在西安市冬冷夏热的气候特点下保持恒温并阳光充足，保证使用者在室内畅游时不被季节与温度限制。同时，为迎合西北地区的气候特点，西北体育建筑通常为空间较为封闭、形体厚重、开窗较小的造型传统。因此，打破西北地区原有体育建筑呆板造型和室内空间封闭的特点，营造出动感的线条，开放的视野，使建筑与自然充分交互，成为本次设计的着眼点。
沣西游泳馆外景
沣西游泳馆室内
作为常年参加游泳锻炼的游泳爱好者，笔者立刻领会了业主的意图：在北方寒冷的冬天，游泳者能在有阳光的泳道上游泳，其体验感更佳。所以，在设计之初笔者团队便设立了目标：追求室内场馆空间的仿自然属性;追求运动中人的身心愉悦感，追求光随影动的自然水域体验感。笔者团队希望这是一个冬季可以阳光覆盖全泳道的游泳馆，彻底摆脱运动场馆封闭的传统模式，但游泳馆是一个相对不易处理的建筑空间，防冷恒温、通风除湿等往往是其能耗痛点，传统的被动式措施也并不适合这样的建筑空间。
经过反复论证，笔者团队最终选择了主动式建筑路径，即追求建筑的“呼吸”性能——建筑可以自我感知，自动调节，具备能动性，让项目成为一座可“呼吸”的场馆。项目建成后的实际能耗尚待跟踪监测，但毫无疑问这是一座超低能耗游泳馆：池水在阳光下波光粼粼，水波荡漾，微风拂面，有种自然水域中光随影动的美好。该项目获得了国内第一座近零能耗游泳馆建筑认证和中国第一个体育场馆类AH国际认证。
沣西新城游泳馆是全民健身综合游泳运动馆，也是少有的惧冷、不惧热建筑空间。沣西新城游泳馆充分利用这一空间使用特性，巧妙利用阳光房效应、主动蓄热、自然通风等手段解决游泳馆面临的制热、除湿、除热等能耗痛点，让场馆室内空间在春、夏、秋三季的大部分时段内自然且“呼吸”可控，从而彻底避免空调的高能耗。项目大量运用清洁可再生能源解决冬季采暖、淋浴水加热、泳池水加热等主要高能耗问题，不再需要对围护结构加大建设投入的情况下，实现零能耗，甚至产能的设计诉求。
沣西游泳馆通透的立面效果1.1 “以人为本”的核心设计理念本文从建筑的气候适应性、舒适度设定及场馆使用者体验等方面出发，对项目进行分析。设计团队通过日照模拟分析确定项目最优的朝向布局，采用“温度分区法”进行平面空间布置，结合精心设计的透光斜屋面采光体系，利用阳光房的集热效应，确保冬日阳光覆盖泳池八条泳道，最大限度地让冬季太阳辐射得热被泳池空间存储利用。
常规游泳场馆空间独立，相对封闭，自然通风不足。根据游泳馆的使用属性，项目尽量采用被动的自然通风方式，追求自我感知、主动调节、自然呼吸的自然水域体验感，追求低能耗、高品质的空气质量体系。
沣西游泳馆中阳光下的泳道
沣西游泳馆开窗
1.2 量体裁衣的主动式建筑能耗策略设计不追求极致节能，提倡能源效率与环境可持续保持平衡，即采用能效平衡策略，追求具有适宜性的外围护措施，规避高性能外围护结构指标下造价成本过高的情况，在追求健康、舒适基础上，保持能源效率的平衡。
建筑形体简洁，体型系数达0.15。设计提升南朝向的窗墙比，减少北朝向的窗墙比，以提高太阳得热系数。围护结构结合钢结构，以及金属面岩棉夹芯一体板外挂体系;外窗及玻璃幕墙采用高性能被动窗(断桥铝合金双银Low-E+12 Ar+6 mm+12 Ar+6 mm，传热系数1.550 W/㎡，K<1.60，太阳得热系数为0.280);为防止夏季太阳直射辐射过强，在南向幕墙和屋顶天窗部分均设置了可调节的电动遮阳帘。
在气密性方面的设计中，项目外墙采用全装配式建造体系，整体密闭性强，金属幕墙板内外侧接缝处、金属屋面板邻水侧接缝处，以及所有穿透金属幕墙板的连接螺钉均进行专用的气密性处理，保证关窗下的场馆气密性要求。
结合游泳馆夏季不怕热的特点，项目在南侧幕墙、北侧高窗及屋顶天窗均设置电动开启窗，有利于形成穿堂风，与室外空间形成对流，自然通风换气次数达19次/h以上。夏季闭馆时，工作人员开启电动窗系统通风除湿，清晨时工作人员关闭窗系统集热蓄热，以达到室内的温度需求，有效消除室内余热、余湿及有毒氯气;春、秋两季，游泳馆利用空间的可呼吸性能，实现自然通风换气场馆自然呼吸系统除湿(极端天气除外);冬季，游泳馆利用阳光房的集热效应，让阳光转变成热量，在空间和池水中，提升游泳馆的室内环境温度和舒适度，并采用地敷采暖，根据天气状况有选择地开启热泵空调系统，最大限度地降低系统制热能耗。
1.3 多能互补的清洁能源策略项目采取干热岩系统进行日常能源供给，中深层地热不仅可以作为游泳池水的加热系统热源，亦作为沐浴生活热水的预热系统，有效降低辅热热泵机组功率，降低场馆能源消耗。空气源热泵系统作为补充，设多功能除湿热回收热泵系统，通过转移、回收和综合利用能量，实现空调、除湿和池水加热的功能，做到“一机三用”。此外，游泳馆在南向斜坡屋面设置太阳能光伏系统，铺设光伏板，面积为2 800 ㎡，年发电量约49万度并采用多能互补的清洁能源策略，节约了传统能源消耗量，大幅减少了建筑运行产生的碳排放。
1.4 可循环利用的水资源项目结合自身用水特点，在室外设置了体积为300 m³的收集水池——可收集雨水用于泳池反冲洗，放空排水，还设置了屋面天窗自清洁循环系统，循环利用非传统水源。该系统通过变频加压供水设备，将非传统水提升至天窗进行自动冲洗;利用优质杂排水打造中水回用系统，解决场馆冲厕用水的问题;利用非传统水进行室外绿化浇灌及道路冲洗，达到节约水资源目的。
1.5 追求全寿命周期的低碳诉求游泳馆通过被动式设计，大幅度降低建筑供热、供冷的用能需求;通过主动技术措施大幅度提高能源设备与系统的效率;充分利用可再生能源，用最少的能源消耗提供舒适的室内环境，最终达到近零能耗建筑的能效指标要求。此外，游泳馆采用装配率可达到91.77%的钢结构技术建造，追求高集成化、一体化、免湿作业的建造诉求，追求全寿命周期建造及运行的低碳诉求，最终成为全国首个近零能耗游泳馆。该项目获得首个AH国际认证的体育场馆类建筑、首个陕西省AAA级装配式建筑。
沣西游泳馆鸟瞰
沣西游泳馆绿色技术示意图
2 近零能耗建筑设计技术路径——西安际华园滑雪场
西安际华园滑雪场项目开始于2017年，总建筑面积约为54 000 ㎡，场馆由室内滑雪场、多功能综合健身训练馆、服务区及配套设施组成 。当时，国内在公共建筑高性能的标准上尚不完备，仅有《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)》(居住建筑)标准。2020年，业主在工程主体已部分施工的情况下，对场馆内部做出调整，将原滑雪场改为滑雪场和国际真冰馆(短道速滑馆)两个主要场馆。
随着2022年北京冬季奥运会全民滑雪热潮的兴起， 以及鳌山滑雪场拉动西安市周边地区旅游服务业态的蓬勃发展，滑雪场借势扩容升级。2019年国家颁布了GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技术标准》，西安际华园为项目打造高性能建筑带来了契机。滑雪场和速滑馆在造雪、制冰及维护方面能耗都很高，打造超低能耗，甚至零能耗建筑，可以彻底解决未来场馆淡季运营的能耗痛点。
滑雪场的构造很特殊，原设计采用了内胆式高性能围护结构体系，场馆巨型屋面刚好是南向光伏的最佳角度，同时滑雪场和速滑馆本身具有多能、互补的可行性，这些特性和机缘让这座规模超大的体育建筑的零能耗设计成为可能。
迟到的改变成就了场馆最终的高性能设计。该项目于2021年获得了国家近零能耗建筑认证，也是目前国内获得认证的、规模最大的体育场馆。西安际华园滑雪场项目的清洁能源利用率非常高，达到了90%以上，所以设计团队期待其建成后成为国内最大的零能耗体育建筑。
西安际华园滑雪场鸟瞰
西安际华园滑雪场近景
2.1 复杂空间下多性能的大型冰雪运动场馆空间设计
西安际华园滑雪场是集室内滑雪、室内滑冰、运动休闲及生活配套于一体的多功能大型场馆建筑，呈现出功能类型多、空间跨度大、结构超限复杂、性能需求差异大、运行能耗高等特点：项目结合场地设计，针对滑雪场雪道的特点，基于空间利用最大化原则，将多功能健身训练馆和设备用房布置在滑雪区底部，将真冰场布置在滑雪区南侧，使其与滑雪区在功能上形成呼应，将配套酒店布置在项目朝向和日照最好的南侧，最终形成了既相互关联、又相互独立的平面布局。
2.2 大跨度结构设计及体型系数与窗墙比控制
场馆大尺度的空间特征对热能耗影响最为明显，过大的建筑外表面面积，极大增加了建筑供冷与供热能耗。项目分为钢结构及钢筋混凝土体系(辅助用房为钢筋混凝土框架结构，国际真冰馆为钢排架结构，多功能综合健身训练馆为“钢筋混凝土框架—抗震墙”结构，滑雪场屋盖为钢桁架结构)。建筑形体简洁，设计体型系数仅为0.10，避免建筑呈现不必要的凹凸。较小的窗墙比(东、南、西、北向窗墙比分别为0.05、0.01、0.01、0.03)有利于降低能耗，也便于节点设计兼顾采光要求，从而实现建筑节能最优化设计。
西安际华园滑雪场立面开窗比控制
西安际华园滑雪场雪道
2.3 适宜的建筑保温构造场馆使用具有间歇性及短期内负荷急剧增长的特点，而设备的介入则无形中增加了建筑的能耗。项目着重提高了建筑保温性能，减小建筑的制冷能耗，使建筑本体具有适应室外气温波动的能力，从而减少对设备辅助的依赖。
围护结构依据各功能单元的构造“量体裁衣”：室内滑雪场保温选择高性能无冷热桥内胆式保温系统，保温材料采用225 mm厚的保温装饰一体板(芯材50 mm岩棉+125 mm聚氨酯保温板+50 mm硫氧镁板);室内真冰场非承重外围护结构采用280 mm厚的岩棉复合保温板(AB型);配套设施区及多功能训练馆采用复合自保温砌体(290 mm自保温砌块+150 mm岩棉)。该设计提升了建筑围护结构的保温隔热性能和气密性能，减少了建筑的热损失。
外窗均采用三层高性能被动式铝木复合窗(5+12 Ar+5Low-E+12 Ar+5Low-E)，传热系数为1.0 W/㎡·K，遮阳系数为0.32，热工性能远高于现行节能标准要求，在满足采光要求情况下，可最大限度地降低夏季空调负荷。
2.4 不同功能单元的气密性及无热桥专项设计本文依据建筑不同功能单元、用能情况，将建筑分为四个气密单元。外侧防水铝板、抹灰层、硬质的材料板、气密性薄膜等相当于常规体系的防水透气膜，内侧设粘贴密实的防水隔汽膜，整体构成连续气密层并包围整个外围护结构，形成闭环，确保整体气密性良好。另外，项目对易产生热桥的部位均设计了相应的处理方式及节点做法，最大限度地减少了热桥对建筑节能及舒适度的影响。
2.5 特殊功能需求下的空调系统设计项目的功能需求特殊。室内滑雪场的室温需要常年维持-3℃，其余区域需要兼顾采暖和空调需求，因此合理选择暖通空调机组，是项目实现近零能耗的一个核心问题。项目根据建筑布局和功能特点，独立设置服务区、雪场区及运动区的冷热源系统：服务区站房位于对应屋面专用机房;运动区站房位于五层设备夹层专用机房内;雪场区滑道下方设有专用站房。
2.6 结合建筑屋面设置太阳能光伏发电系统利用滑雪场接近10˚的倾角屋面及周边无遮挡的太阳辐射优势，项目采用了太阳能光伏建筑一体化设计，选用高效的单面单晶硅组件。光伏方阵采用沿屋面竖向平铺的布置方式，平铺面积达到11 300 ㎡;年平均发电量约为222.4万度，既能节能减排，又能充分利用可再生清洁能源。
2.7 全寿命周期的近零能耗节能效果通过对项目能耗模拟的分析，本文得到结果：建筑本体节能率为31.33%，建筑综合节能率为99.86%，可再生能源利用率达到93.53%，各项能效指标远高于寒冷地区近零能耗公共建筑要求;经估算，项目采用近零能耗技术体系设计建造后，年节约能耗为3 241 000 kw·h，按照建筑全寿命周期运营50年计算，累计可节约1.62亿度电，节能减碳示范效果显著。
西安际华园滑雪场绿色技术示意图
实现建筑零能耗成为全球建筑节能的发展趋势。在“双碳”目标下，无论建筑设计本身，还是不断涌现的绿色建筑技术，都势必影响未来建筑的发展。建造好的绿色建筑并不在于使用了多少绿色低碳技术，堆砌过多的绿色技术，反而使绿色建筑成为披着绿色皮肤的高能耗建筑。绿色建筑需要以人为本，关注使用者的感受，要量体裁衣，建设美观、节能、功能完美结合的建筑。
在冬季寒冷、夏季炎热、温差较大、气候特点明确的西北地区建设的条件下，项目功能不同，空间也不一样，尤其是空间中人的使用需求也完全不一样，对每个建筑，甚至每个体块的低碳技术策略也应有所不同。例如：游泳馆空间怕冷，而滑雪场、真冰场就怕不冷;游泳馆空间强化自然通风会大大降低除湿能耗，而滑雪场、真冰场则正好相反，通风量越大，能耗越高。依据空间的不同使用特点，制定不同的技术策略是建筑师在建筑创作中的重要抓手。根植于所在地区气候条件特征，探寻最适宜的绿色技术，将建筑艺术和绿色低碳技术完美融合，也是建筑师目前面临的机遇和挑战。
