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引言
人類社會對與能源的惡性開發和過度索取,不僅直接導致了生態危機的出現,也逐漸引發了人們對可持續發展理念的思考。可持續建筑,作為一種基于可持續發展思想產生的建筑設計理念,一方面可以減少施工過程中的能源損耗,另一方面也可以在建筑的整個生命周期中保持良好的生態環境。目前,建筑行業已成為我國三大能源使用領域之一,每年在建設工程中產生的能源損耗占總能耗的30%左右,基于這一現狀,我國政府大力支持可持續建筑的整體發展,但這種政策上的支持以及技術上的引導目前還主要集中在住宅建筑和大型公共建筑領域,對中小學校園建筑的關注存在一定不足。根據英國建筑研究協會的研究顯示,如果學校可以采用一定的節能措施,每年可減少排放100萬噸的CO2,并為地方議會節省6000萬英鎊,由此可見,在能源資源日益緊張的今天,針對中小學校園建筑的可持續研究顯得尤為重要。由于歷史遺留原因,長期以來缺乏對夏熱冬冷地區建筑節能設計的研究與應用,導致該地區大量的既有建筑并沒有進行節能設計,屬于高能耗建筑。綜上所述,本文以夏熱冬冷地區為例,通過對合肥市若干中小學校園建筑的調研,以及對優秀可持續建筑設計案例的學習,從現有的可持續建筑設計一般性方法理論中提煉出適用于中小學校園建筑的專有策略,具有一定的現實意義。
1現有中小學校園建筑的不足
1.1缺乏合理的規劃設計,導致資源上的浪費
早期建設的部分中小學校園,由于沒有進行合理的校園規劃設計,隨著時間的推移,逐漸出現教學用地及教學用房緊缺的情況,而擴建教學用房,要么,只能占用校園內部原有的綠地空間;要么,只能另尋校區,導致教學資源上的浪費。以合肥市科大附中為例,從最初的科大附中東區校區擴張到科大附中南區校區,最終又由于兩處校區不方便統一管理,將東區的學生遷至南區,東區校園拆遷以作他用。總體而言,校園的拆遷以及重建,不僅是一種資源上的浪費,也會出現諸多難以預料的社會問題,例如在合肥市南門小學5~6年級搬遷至原八中老校區的過程中,因為新校區裝修未完工氣味難聞,甚至一度出現了家長攔在桐城路上抵制搬遷校區,是一種典型的不符合可持續發展思想的做法。
1.2教學建筑設計中的不足,導致高能耗的產生教學建筑產生高能耗主要有以下四點原因
(1)教室單元在設計中,開間大而進深長,自然通風采光效果差;(2)教學建筑中極少采用地源熱泵技術等生態策略,僅靠空調系統調節冬夏季的惡劣氣候;(3)建筑設計中缺少對夏熱冬冷地區西曬現象嚴重的回應(如豎條窗設計、側向遮陽板設計等等);(4)建筑墻體保溫性能差,從而導致冬季能耗較高。1.3可持續技術及設計的缺失可持續技術及設計的缺失主要有以下兩點原因:(1)歷史原因:我國1996年才正式引入“綠色校園”這一概念,目前可持續中小學建筑也未形成一套系統的指導理論與設計方法。在中小學建筑設計中,大多欠缺對可持續技術的考慮,偶有進行綠色設計的,也以國外的可持續設計案例為參考,在實際使用中很難適應我國的具體情況,尤其是夏熱冬冷地區的特殊氣候條件。(2)經濟原因:以2009年為例,我國的教育投入僅占GDP的2.41%,遠低于歐美等西方發達國家。教育經費的不足,直接導致了很少有中小學建筑在設計之初就考慮到可持續技術的應用。
2北京四中房山校區案例分析
北京四中房山校區坐落于西南五環外的一個新城中心,其規劃總建筑面積為54414㎡,地下一層、地上六層。建筑功能包括教學樓、宿舍樓、圖書館、體育館、食堂。借用孔子“習禮大樹下,授課杏林旁”的典故,生動地描繪了一幅以自然為課堂、在自然中講習的教學場景。而如今的城市學生長期困于書本與教室中,已然與自然空間產生了深深的隔閡。房山校區為了消減這種隔閡,不僅在美學層面與第一自然建立了積極的聯系,還創造了以“花園學校”為主題的第二自然:(1)與第一自然的聯系:為了最大程度上地利用自然通風和自然采光,同時盡可能地減少冬夏兩季的冷熱負荷,被動式的節能設計策略被盡可能地運用到了設計的方方面面之中,大到校園規劃中建筑布局和幾何形態的總體控制,小到單體設計中窗戶遮陽的細部設計。(2)對第二自然的創造:一方面是在垂直方向上創造了多層次的地面空間,另一方面是將教學樓屋頂設置為供學生學習、實踐及體驗的農場空間。大地、屋頂農場以及處于它們之間的“花園空間,相互滲透,相互連接,體現創造第二自然的多種可能性。
3中小學校園設計中的可持續策略
3.1校園的開發性
這里的“開放性”是指以可持續思想的角度考慮校園規劃,也是一種對社會效應的回應。開放校園通過規劃將學校作為社區生活的核心結構,賦予其更多的社會職能,形成學校與社區環境間緊密的合作關系,從而實現二者在資源上的共享。具體而言,可以通過對教學活動的私密性進行分級,將校園分層級地對社區生活和社會生活開放,例如局部開放校園中的活動中心和室外場地。
3.2對場地的回應
在現有條件下充分利用基地內的地形地貌,合理調整場地內的豎向標高設計,避免過多的土方改造。例如重慶市梁平縣新金帶小學,為了盡可能減少對基地原有生態系統的破壞,建筑師決定保留校園基地中央3000㎡的農田,將之作為孩子們的“playground”,以及該區域內小動物們的棲身之所。整個校園總體規劃以此為中心,建筑呈現分散布局,組群之間通過連廊和一個200m的環形架空走廊連接。這一布局將對高低起伏的基地的改動減到最小,同時最大程度地擴大了學生與生態環境互動的可能性(見圖3)。
3.3總體規劃措施
為青少年營造宜人的建筑物理環境應當是單體建筑設計的首要考慮要素。夏熱冬冷地區的獨特氣候特點,決定了該地區對太陽的利用是以夏季“防”冬季“用”為主。因此在建筑布局中應當結合氣候條件綜合考慮建筑朝向和布局方式:(1)夏熱冬冷地區的理想朝向為正南北朝向,這樣可以同時獲得南向日照和北向自然光源;(2)在布局方式上應該重點考慮防西曬問題,例如減少開窗面積、改變窗戶朝向或是采用雙層玻璃幕墻等等;(3)除此之外,可以綜合考慮適宜的布局方式,利用建筑的陰影相互遮陽。
3.4室內環境改善措施
針對夏熱冬冷地區的具體氣候特點,既可以利用地形中的諸多自然要素調節校園環境微氣候,也可以設置地源熱泵技術和獨立VRV空調系統等主動式的生態策略改善室內環境。除此之外,設置雙層換氣幕墻、屋頂太陽能光電板以及雙層封閉屋頂,也可以起到良好的調節效果(見圖4)。
3.5節水可持續設計
以北京四中房山校區為例,建筑師在場地鋪裝設計中使用地面透水磚從而減少地表徑流,同時,三個位于地下的大型雨水回收設置從操場回收利用雨水,用于灌溉農田和花園。事實上,房山校區整個校園可以被理解為一個完整的生態系統,雨水自屋頂留下后,經地面透水磚滲透后通過地下雨水回收設置統一收集,再用于灌溉農田和花園。從屋頂農場到中間地帶的“花園空間”再到地面綠化,房山校區的可持續設計不再只是停留于紙上談兵,也不是從景觀層面上對場地的修補,而是參與到整個校園生態系統的平衡中去,鼓勵師生的介入和使用,從而使得可持續建筑設計被賦予一種新的教育意義,抑或是社會價值。
4結語
當下,環境污染和能源緊缺的問題依然廣泛存在,尤其對于氣候條件相對特殊的夏熱冬暖地區。可持續思想的普及有助于加強國民總體生態意識,而可持續中小學校園建筑的推廣,不僅可以為青少年提供一個積極融入大自然、學習和了解保護環境的場所,同時也能以校園本身作為生動的教材,幫助他們更好地理解建筑與自然和諧共存的思想,并將這種思想傳遞給更多的人們,這既是可持續中小學校園建筑的特殊所在,也是研究其的意義所在。
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作者:許婧婧 單位:合肥工業大學