□文/刘存发 钟 亮

现阶段，我国经济水平快速上升，但生态环境也同时遭受着前所未有的破坏，一些频繁发生的自然灾害和陆续出现环境的问题，使可持续发展的呼声越来越高。建筑是能源消耗大户，对环境影响巨大，《中国建筑能耗研究报告（2017）》中指出，建筑消耗的能源约占全国能源消耗的40%～50%，北方地区供暖季PM2.5浓度贡献度约占全年的30%。发展绿色建筑本身就是节约能源，减少碳排放，降低对环境的污染，同时，绿色建筑是生态建筑、可持续建筑，能为人们提供更加舒适的生活环境。绿色建筑与传统建筑的最大区别就在于绿色建筑使用节能、环保、可再生、可循环利用的建筑材料建造；同时采用科学、有效的技术措施，保证能源效益的最优化和对环境污染的最小化。有限的自然资源和无限增长的人口矛盾日益突出，倡导与自然和谐相处，实现“天人合一”是绿色建筑人文、自然和经济的完美结合，是当前社会的大势所趋。

1 工程概况

红砖坊位于天津静海经济开发区华厦科技园内，是天津华厦设计有限公司静海公司新办公场所之一。该建筑为3层框架结构，建筑面积2628.95m2。建筑东西向布置，四周通透且能接受太阳光的照射，建筑周边留出的较大公共空间，与其南侧的建筑万和堂共同组成统一的园林庭院，建筑置于丛林之中，小桥流水，阳光普照，视野开阔，建筑与环境融和一体。

一层以大堂接待为主，东、南侧布置办公用房，玻璃落地，房间阳光明媚且与室外水景融合，视野开阔、通透；西、北侧布置职工餐厅、晒图室、楼梯间、卫生间等。二层是开敞办公场所，砖廊环绕，桌台置于绿丛中，员工在工作中享受绿色建筑带来的愉悦，开心、舒畅，提高创作欲望。三层为公司后勤、接待用房，房间环廊布置，宽阔的前厅花团锦簇，落地玻璃窗与顶棚光影交错，屋顶泻下的水流飞宕，瀑布下水稻、高粱碧绿繁茂，犹带田园特色，见图1。

图1 建筑平面

从围护结构节点设计，节能、环保、再生材料利用，清洁能源利用等诸方面，使建成后的建筑自然舒适，达到了三星级绿色建筑设计标准，建筑能耗超低，近于零能耗。该项目荣获“海河杯”2017天津市勘察设计优秀设计一等奖。

2 绿色建筑理念在红砖坊建筑设计中的应用

绿色建筑设计主要是从整体环境规划及个体建筑设计两个方面开展。首先，建筑是城市的一部分，应与城市空间环境融合、统一；其次，要有合理的功能布局和先进的设计理念并采用科学的技术措施，对建筑的认识不应仅停留在外形上，而是看建筑与人文、与环境是否做到了和谐统一。

2.1 建筑平面及体型设计

单体建筑呈回字形布置，平面紧凑，中间3层通高中庭，砖廊环庭，地植兰草、榕树郁郁葱葱，顶棚云来晖去，栉比楼台花团锦簇，三叠瀑布水滴天籁，房间周边环绕，环境宜人。主要功能房间以东、南侧为主，对空调使用要求不高的次要房间及楼梯布置在北、西侧，功能区细分后相应地降低了能耗。建筑采光以东西向为主，天井顶光漫射为辅，遮阳结合平面和立面造型设计，沿周墙向外挑出2m断续、转折环廊，在保证建筑自然采光的同时，又避免太阳直射，减少了外窗的太阳辐射冷负荷，环廊及屋顶边沿设计预留了若干直径0.8m的孔洞，既丰富了立面光影效果，又使外墙局部滞留的热气流顺孔洞及时导至屋顶排出。

建筑体形系数直接影响建筑能耗，体形系数越大，单位建筑空间的散热面积越大，能耗就越高；在相同体积时，分散布局模式要比集中布局的建筑热耗大。该项目设计时采用规则平面形式，尽量减少凹凸变化，体型系数为0.28，立面仅通过外廊的断折变化，大片实墙与玻璃的虚实对比，达到了建筑的形体美，这样处理也解决了建筑的采光、通风和遮阳、隔热。加之外墙将红砖融入现代建筑中，经人工精致组合，使看似传统的红砖砌筑的建筑细部，更加丰富精美，为现代建筑增添了新的视觉符号，提升了建筑的外观装饰的审美情趣，见图2。

图2 建筑外立面

2.2 节能环保材料利用

绿色建筑的物质基础是生态材料的大量使用，生态建筑材料又称“健康建材”“环保建材”或“绿色建材”，是指在原料选取、产品制造、应用过程和使用以后的再循环利用等环节中对地球环境负荷最小和对人类身体健康无害的材料。生态建筑在材料选择上没有统一的标准，高、新的不一定好，传统的建成后未必标准就低，重要的是要发挥材料的特性。

红砖坊项目，一方面积极采用现有的对环境和健康有益的新材料，减少对环境的污染；另一方面适度使用传统天然节能型材料来满足建筑需要。围护墙外侧采用拆旧粘土砖，内侧选用YL组合保温砌块。砌块是利用炉灰、工业废渣等废弃物加工制成，耐火、保温性能好，能抹灰、湿做法与外表皮红砖连接紧固；地面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；顶棚吊顶采用生态木格栅，该木质感与实木一样且不变形、不开裂，环保、可再生；玻璃幕墙与外窗采用3层中空LOW-E玻璃、光电转换玻璃；室外地坪采用拆旧回收的粘土砖等。

2.3 消防水池水与地源热在空调中的利用

地源热泵供暖（冷）系统通过吸收大地的能量为建筑提供冷热源，冬季从大地（包括河流、湖泊等）吸收热量，夏季向大地放出热量，再由热泵机组向建筑物供冷供热，红砖坊空调就采用了这种高效节能、无污染的空调供暖系统。

在项目西侧100m处，建有一座园区应急消防水池，容积300m3，埋于地下，水温常年保持在16℃左右。为利用这一天然冷源，在中庭设计了3层叠水瀑布景观，景观水通过管网从消防水池引出，流经顶部水池、玻璃水幕、水池、管道再返回消防水池（不供冷的季节，瀑布景观水采取自循环方式）。在炎热的夏季，凉水流过108m2的三叠玻璃水幕和110m2的四段景观水池，类似水帘制冷原理，水与周围空气对流换热产生约14kW的冷量；流回消防水池的水又与池底、池壁土壤持续换热，把土壤中的冷量交换到池水中，池水温度保持在16℃左右，循环水泵功率仅为1.1kW，每天耗电极低，水循环往复为中庭带来瀑布飞挂、溪流缠绵的自然景观外，还源源不断为房间送去冷量，降低了室内空气温度，节约了常规能源，见图3。

图3 瀑布景观

夏季，随着室外温度升高，室内需要更大的冷量供应，消防水池冷源已不能满足需要，这时空调控制系统可自动开启水泵，抽取地源侧循环水为房间增加供冷量，地源侧约15℃的循环水，在不通过热泵主机的情况下，直接进入地板辐射系统，辐射供冷，室外地埋井管内的水与土壤换热循环，免费提供地下冷源；当遇极端天气时，热泵主机开启，地板辐射系统停止使用，7℃/12℃的冷水转入风机盘管系统供冷（热泵使用率约25%左右）。当室内空气露点温度不过高于楼地面辐射供冷表面温度时，结露的凝结水由装饰层吸收，如果遇到极端潮湿天气，除湿系统自动开启，及时排除室内过高的湿气，防止地面结露、湿滑。

2.4 太阳能的利用

天津地区光照充足，适合太阳能发电。太阳能光伏发电系统是利用电池方阵，以光生伏打效应的原理制成的，将太阳能直接转化为电能，具有安全可靠、无污染、无噪声、无需燃料、无机械传动等优点并且不受地域限制，规模大小灵活，与建筑结合方便，建站周期短，故障率低，维护简便，是最重要的新能源之一。

红砖坊屋顶设计安装了136块、总面积194.48m2的10%透光组件及120块、总面积196.42m2的非透光标准组件；总装机容量42.972kW，发电量4.563万（kW·h）/a，红砖坊耗电量5.2339万（kW·h）/a，节能率为87.2%。晴朗的白天，电池板将太阳能转化的直流电，经由逆变器转化为交流电：当发电量大于用电设备的消耗时，剩余电量将被返送华厦科技园局域电网；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较少的电量，此时，消费大于发电量，不足部分由华厦科技园电网补充提供；在夜晚，太阳能发电系统不发电时，用电设备由华厦科技园局域电网供电。10%透光组件不但为中庭提供了天然照明，也减少了建筑照明所需的能耗；屋顶斜向安装的非透光标准组件，将直射屋面的阳光全部遮挡；同时，下部架空、通风，更有效地减少了屋顶向室内传导的热流。红砖坊采光、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节能灯采用红外线、声音控制等，也有效地节约了能源。

2.5 节水措施

绿色建筑倡导使用节水型器具并合理将雨水和污水收集处理，循环利用。红砖坊设计中，全部选用节水型卫生设备，生活污水经华厦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，一部分中水用来浇灌景观绿化；地面及屋顶的雨水通过雨水收集系统导入景观水池。屋顶及室内绿化景观采用节水滴灌系统，室外透水地面采用拆除回收的粘土砖，砖花铺地，下垫炉渣、石屑，细草长在规整的砖孔洞之中，自然生态，古朴幽静。

2.6 植物绿化利用

建筑物周边的绿化，不仅美化环境，也是建筑节能的一项有力措施。夏天，植物茂密宽大的叶子能够遮挡阳光照射，冬天植物落叶又不会影响阳光的照射。红砖坊利用植物这一特性，在周边及外环廊上设花池，种植地锦、凌霄等爬藤植物，植物顺墙攀援，既阻隔阳光照射，又装点了墙面；屋顶上是覆土为0.35m的种植屋面，地锦、凌霄爬满屋顶，有效的吸收了热量，阻挡热源，降低了墙体的表面温度，减少温室气体的排放，改善调节了局部小气候。

在室内，沿环廊外侧设计了通长的花池，覆土50cm，种植兰草、榕树、鹅掌柴等，地植与分置于窗下、廊上及各个角落的盆栽植物，使建筑内部有良好生物气候调节能力，创造出田园般和谐统一的舒适办公环境，见图4。

图4 植物绿化

3 红砖在建筑中的运用

传统的粘土砖不变形、不褪色、不变质、没有维修费用，应用千年，只是因占用农田，有的地域限制使用。随着城市规划调整以及更新需要，拆除了大量的红砖建筑，特别是农房，拆除的红砖有的当垃圾填埋道路、坑塘，有的粉碎重作砌块骨料继续使用。红砖坊就采用了小城镇建设拆除农房废弃的粘土砖作外皮，该砖看似陈旧，但经多年风吹日晒，质感自然粗犷，与用现代语言创作的建筑形成碰创，视觉震撼，表现力更强，废旧利用与建筑表现，相得益彰。室内隔墙全部用红页岩砖，该砖天然、质地优良，采用清水工艺砌筑，经人工巧妙组合，或出挑，或镂空，或平拱、或圆券，诠释了自然传统与现代简约的艺术精华，见图5。

图5 红页岩砖

红砖为重质材料，导热系数较大，有较好的蓄冷热功能，利用这一特性，红砖坊采用自然通风降低室内温度，减小对空调制冷的依赖。在炎热的夏季夜间，房间的窗户开启，凉爽的空气穿堂而过，砖墙、砖地面与混凝土梁、板、柱外表面与空气冷热交换，共同将空气中的冷量吸收储存起来；白天窗户关闭，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，平衡温度供房间使用，昼夜往复循环，有效地降低了夏季室内温度。在寒冷的冬季，采暖设备运行需要消耗电能，红砖坊充分利用峰谷电价，地源热泵在夜间开启使用，释放的热量由红砖砌筑的墙体、地面及混凝土浇筑的楼板、梁、柱吸收储存；白天蓄存在重质材料中多余的热量，随着室内温度的降低而缓慢释放出来，供房间使用，有效的利用了谷期电能，变相地节约了能源，也降低了运行费用。

红砖吸水性和透水性能较好，利用这一优势，红砖坊空调制冷系统设计时末端采用地盘管循环辐射冷量，楼板通过保温、防水等技术措施处理后，不再向下产生冷凝水及渗透，红砖作为装饰层可吸收地盘管上部因热桥产生的凝结水，保持面层干燥、不打滑，当室内空气较干燥时，砖又将吸收的凝结水重新蒸发，有效地调节了室内湿度，保证了直接使用地下免费冷能源且地盘管在空调系统中冷量没有通过动力二次转换，直接排放，节约空调运行费用。

4 结语

以绿色理念建设绿色建筑，是国家可持续发展战略的重要组成部分，在应对气候变化、促进产业结构调整、转变城镇发展模式等方面都有着积极的意义。绿色建筑要充分利用一切可利用的自然资源，多使用可再生能源，尽最大可能减少资源浪费，维护生态平衡，保证人类生活居住和工作办公环境的安全舒适，为人们的健康保驾护航。文中通过案例介绍，探讨了绿色技术在建筑设计中应用以及与建筑有机融合，实现“天人合一”的绿色设计思想，为绿色建筑设计提供了一个高效可行、可推广借鉴的示范个案。□■