长满玉米高粱的绿色零耗建筑万和堂 刘存发

　　在2017年“海河杯”天津市优秀勘察设计评优中，天津乐鱼体育设计有限公司设计的万和堂项目，以其独特的艺术特点，赢得专家评委的好评，荣获“绿色建筑”和“装饰设计”两项一等奖。

　　一首“水调歌头”道出了其中的真谛。“漫道梦中阁，世有万和堂。玉阶丹壁追古，质朴见堂皇。曲水平桥迎客，修竹幽兰邀友，“和”字满栊墙。恍入山荫路，鸟语唱花香。 地源热，零耗能，太阳房。中庭高阔，宽敞佳气绕环廊。屋内四时青翠，廊上三冬绿罥，玉石壁龛藏。藻井银河灿，洒地是星光”。

　　万和堂坐落在乐鱼体育科技园内，是天津乐鱼体育建筑有限公司下属，静海公司办公用房之一，主要功能为奇石展示、会议。项目占地882.21平方米，地下一层，地上五层，高24.10米，建筑面积2178.54平方米。

　　建筑以两个四面体叠合而成,上面的四面体旋转45 º后略作挑出，浮在水面，雕刻的花岗岩“和”字镶嵌于整个外墙面，国内2000余名书法家墨迹与建筑融于一体，和谐、和顺、和睦、和畅、和气、和美的寓意，尽显于建筑每一细部。

　　方案设计时，巧妙地把太阳能光伏发电技术、被动式太阳能采暖技术与建筑很好的融合，太阳能利用达到极限。

　　建筑设计中还把呼吸墙体技术、清水混凝土施工技术、植物降温、地源水制冷、地下室冷湿空气制冷等较好应用其中。该建筑达到了三星级绿色建筑设计标准,实现环保、节能、绿色、零能耗。

　　万和堂选址时，充分考虑到被动太阳能及光伏发电利用，建筑需要得到最大限度的光照。建筑于基地一隅，东西向布置，周边留出较大的公共空间，做庭院绿化，东、西、南、顶均能最大化地接受太阳光的照射。

　　万和堂置于绿树丛之中，溪流环绕，阳光洒地，视野开阔，建筑与环境共生共荣、和谐统一。

　　建筑在不影响使用舒适度的情况下，充分利用地下空间冬暖夏凉的特点，将部分展厅布置在地下，地下空间面积占整个建筑空间的21.1%，最大化合理地利用了土地资源。

　　各层功能区，将卫生间、设备间、储物等对空调要求不高的次要房间布置在北侧，也变相的节约了能源。

　　建筑虽为东西向布置，但东西一至三层45°挑出4米特殊的造型，使下部三层掩在阴影之下，又有围护结构的双层呼吸墙包裹，上部房间掩蔽在太阳房内，上下通风，节能效果明显。

　　建筑节能与当地的气候条件、建筑物朝向、围护结构保温情况、太阳辐射强度等因素关系很大，通常在这些条件一定的情况下，建筑物体形系数控制在0.3以下，对建筑节能非常有利。

　　万和堂建筑外形简洁，紧凑，体型系数为0.28，北侧只占围护面积的15.5%，东、西、南、顶暴露在阳光照射之下，建筑得热、隔热设计做到了极致，建筑外表皮双层可呼吸墙体，并有保温措施及通风处理，既便是夏季炎热阳光直射，对围护结构的保温隔热也影响甚微。

　　围护结构的节能设计，主要是提高和改善围护结构的热工性能，如墙面可用真空玻璃技术、复合保温技术；屋面采用新型保温隔热材料、种植屋面。

　　门窗采用节能玻璃、节能型窗框，在太阳辐射较强的地区，选用好的遮阳材料和设备；地面选用热工性能好舒适度高的装饰材料等。

　　万和堂建筑节能按节能75%设计，围护结构与被动式太阳能采暖设施完美结合，外墙为双层呼吸墙体，内侧墙为保温墙体，外侧为花岗岩及保温玻璃幕墙，两层墙体之间留有最小为15cm厚的空气层；被动太阳能阳光室二层底部及幕墙最高处窗扇设计成可开启、关闭。

冬春季窗扇全部关闭，阻止热量外泻，太阳辐射能量留在阳光房内。

夏秋季，窗扇开启，从底部经空腔、阳光室到顶部形成一个贯穿的通风道，类似烟囱效应引导热压通风，空腔内的热气流自然上升，在顶部窗口自然排出，形成穿堂风，有效降低了围护结构的表面温度，减小了围护结构向室内传导的热量。

　　阳光室四、五层挑台、退台及屋顶，阳光充沛，温湿度适宜，补足紫外线光后，火龙果，西红柿等蔬果，高粱、玉米等农作物长势良好，芭蕉、绿竹、花卉等更是四季如春。

　　被动式阳光房，不但为本建筑提供所需采暖、电力清洁能源，还为员工提供了设施农业的温室，使员工在工作之余，享受到了农业劳作、采摘的愉悦。

茂盛的植物也起到了吸热、遮阳和调节局部空气环境的作用，减少了室内对空调的依赖，达到节能效果。

万和堂设计中，卫生设备全部选用节水型；给水系统竖向分为两个区，一至三层为低区，由市政压力直接供水，四、五层二次供水设备供水；生活污水经乐鱼体育科技园室外管道集中后统一处理，一部分中水回用冲洗厕所，一部分用来作为景观绿化用水。

　　屋顶及地面的雨水通过室外雨水收集系统导入景观水池；室内绿化景观采用滴灌系统，并利用中水和雨水，最大限度地节约自来水。

室外透水地面采用拆迁回收的粘土砖铺砌，面层预留种植绿草的孔洞，下铺粗砂、碎石做成雨水收集层，雨水汇入收集层，多余部分通过管道导入景观水池。

　　万和堂在设计中坚持简约理念，结构及装修材料全部选用对资源消耗低、环境污染小的绿色建材，还尽可能少使用装饰材料，室内大空间没有多余的装饰，梁、板、柱使用清水混凝土。

室内墙体地面、清水墙，成品砖是以废弃的工业炉耐火砖，经粉粹重新压制，循环利用，而且质感特别好,经过人工精致组合，丰富精美。

　　幕墙采用天然花岗岩及三层中空LOW—E玻璃、光电转换玻璃；围护墙选用YL组合保温砌块，砌块使用炉灰、工业废渣等废弃物加工制成；室外地坪采用拆除建筑回收的旧粘土砖等。

　　万和堂项目在设计中，充分利用了地下恒湿、恒温、冬暖夏凉的特点。

地下层与首层空间设计7.200米x8.00米的中庭，上下两层联通一体，空间通透、宏大，南北两侧山墙下，设置天井窗口，地下也可以享受到自然通风及阳光。

地上各层房间设计了与地下室底部直通的暗装管道，上层房间如需要冷湿空气时，可直接开启风机，通过暗装在墙体及架空楼板内的管道，将冷湿空气送进上层所需房间。

　　送风口均匀布置在混凝土楼板内，向下送风（类似风机盘管吹冷湿风）。上层的热干空气因负压作用，通过楼梯间、竖井回排至地下层。

　　地下室地板、墙体又不断地吸取土壤层冷量，这样循环往复，昼夜运行换热，不断地把地下冷量导入上部房间蓄存。

室内梁、板、柱为清水混凝土,墙面、地面装修材料耐火砖，房间内的梁、板、柱使用的混凝土约871立方米，耐火砖708立方米，以及室内存放的奇石均为导热系数较大的重质材料。

　　重质材料蓄能（热能、冷能）能力很强，平时吸收储存房间内多余的冷量，当室内温度提高时，蓄藏在重质材料中的冷量缓慢释放出来，供房间使用。

地下室梁、板、柱与底板联在一起，地上与上层结构联在一起，地下结构与土壤接触，地下的冷源一部分也会通过混凝土结构体自身传至地上各房间一部分，这就有效地降低了夏季室内温度。

　　地下室全天能够提供的冷量约为510.1兆焦耳，在供冷过渡期及供冷高峰期的中午之前，地下室的冷空气均可满足全楼使用，极大地降低了空调的使用率。

　　在炎热的夏季，随着室外温度日益升高，室内需要更大的冷量供应，地下室的冷空气已不能满足供冷要求时，可通过空调自动控制系统，开启水泵，抽取地源侧循环水制冷。

地源侧约15°冷水，在不通过热泵主机的情况下，直接进入地面辐射系统，辐射供冷，室外地埋管的水与土壤换热循环使用，减少夏季热泵主机能耗。遇极端天气时，自动开启热泵主机，7℃/12℃的冷水直接通入地面辐射系统供冷。

　　为避免地面结露，万和堂建筑设计中，将地面装饰面层用耐火砖铺设，在辐射供暖供冷地面填充层之下，敷设保温层和防水层，防止凝结水过多时向下层渗漏。

　　砖面层有良好的吸水性能，当室内空气露点温度不太高于地面辐射供冷表面温度时，则由耐火砖吸收地面凝结水，保持地面干燥，待室内空气较干燥时耐火砖吸收的凝结水可重新蒸发，增加室内湿度。

如果遇到极端潮湿天气，自动开启除湿系统及时排除室内过高的湿气，防止地面结露。

　　万和堂西北侧建筑群，是阻挡严冬北风的天然的屏障，其它三面视野开阔，对该建筑无任何遮挡，光照充沛，这就为太阳能的利用提供了良好的外部条件。

　　建筑上半部为45°两坡尖顶，东西向布置，南面及东西倾斜的大坡屋顶全部暴露在阳光照射下，856平方米（含10%透光光伏板585.5平方米）的玻璃幕与其内结构层围合成一个高11.78米的尖塔状阳光室，外围护玻璃设计成三层中空保温玻璃，太阳光透过玻璃进入阳光室，室内尖塔顶部设通风机组，风机、管道与各层房间相通。

　　当顶部室内空气温度升至20℃时，温控伐自动启动风机，阳光室内热空气自动分配，排至下层各房间，部分热能直接或间接被墙体、梁、板、柱（这些材料均为导热系数较大的重质材料）吸收储存。

日间还可以开启阳光室与房间相通的采光窗直接供暖，夜间，室内温度降低，储存在墙体、梁、板柱余热缓慢释放出来满足房间采暖使用，经计算，白天太阳辐射平均日得热量为3179.0兆焦耳，可满足室内供暖需要。

遇极端天气，太阳热能不足，再开启备用地源热泵采暖系统供暖，地源热泵机房可提供的45℃/40℃的低温热水，通过管网进入地板辐射供暖系统使用，供房间供暖。

天津地区为光照II类地区，光照比较充足，属于比较适合太阳能发电的地区。

　　万和堂南立面，采用265W单晶硅电池组，安装非透光标准组件211.41平方米，坡顶阳光房安装10%透光组件585.5平方米，每天有效标准光照数平均为3.8～4.8小时，太阳光年总辐射量为6000MJ/M2，光电转换率为28%， 系统转化效率为80%，装机容量为62.9 kwh，年总发电量为6.7万kwh，万和堂年总耗电量为4.9万kwh，节能率为136.7%。

　　晴朗的白天，太阳能电池板阵列将太阳能转化为直流电力，再经由逆变器转变为交流电力，发电电力大于用电设备的消费电力时，剩余电力将被返送回乐鱼体育科技园局域电网，物业公司将依据售电电能表记录的数值收取用户相应的费用。

在多云或阴雨天气的白天，太阳能系统根据实际的日辐射量仍可以发电，但此时发电量较少，当用电设备消费电力较大时，不足部分将由乐鱼体育科技园电网补充提供。

　　在夜晚太阳能发电系统不提供电力，用电设备由乐鱼体育科技园局域电网供电。万和堂采光、照明充分利用自然光之外，照明系统采用分区、分组控制，高亮度的LED节能灯声控、红外线控制等，也有效得节约了能源。

　　绿色建筑实施，能把各种能源有效、合理运用，设计时应根据不同的情况，从规划、设计、环境特点、建筑方式着手，利用不同的绿色技术，有效地增强了建筑室内的舒适性，而且能够保证人们舒适的生活环境，让居民的生活环境质量优良健康。

万和堂项目，为绿色建筑建设提供了一个很好的案例，建设成本，运行参数，以及建成的实际效果可控，仍需在今后运行中分析总结、改进和提高。

建筑设计是工程项目建设成功的主要因素，绿色建筑的设计则决定了绿色标准达到的程度，以及日后正常使用中能否给用户带来实实在在的好处。

　　发展的眼光看绿色建筑设计，必须有前瞻性的设计与新技术的应用，才能使绿色建筑真正在建筑领域大放异彩，广泛发展。

　　人与建筑、建筑与书法、建筑与环境和谐统一，铸就了万和堂。“一剪梅”更表达了万和堂之一团和气。

一剪梅

屋内和和屋外和，左看圆和，右顾方和。心头暖意合生和，门顶镌和，两侧雕和。

真草和和篆隶和，满壁联和，龛内藏和。屏风几案总谐和，窗外晴和，座上人和。