零碳生活——北京顺义某社区空间示范项目

业主：旭辉集团北京区域事业部

建设地点:北京市顺义区 

建筑设计：SUP素朴建筑工作室 

主创建筑师：宋晔皓、陈晓娟

建筑设计：林正豪、解丹、孙菁芬、褚英男、韩冬辰

结构设计：孙晓彦、史荣祥 

设备机电设计：于庆广、李高楼、张玥 

照明设计：清华大学建筑学院张昕工作室

智能控制系统：北京华广元光电技术有限公司、北京幻腾科技有限公司 施工：河南京大建设工程有限公司北京通州分公司（土建总包方）、苏州昆仑绿建木结构科技股份有限公司（木结构）、北京森泰雅致木结构工程有限公司（木表皮）、河北奥润顺达窗业有限公司（玻璃幕墙）

总建筑面积：157m2

项目状态：建成

摄影/图片版权：陈溯、方淳

项目背景及概况

项目位于北京市顺义区的旭辉26街区，受业主旭辉集团北京事业部委托，设计团队在开放式街区中央的一片休闲公园中打造面向周边居民的小型共享活动场所，居民可通过智能系统随时预约使用。项目 作为中国北方寒冷地区的近零能耗可持续示范项目， 与英国BREEAM体系及美国LEED体系合作，通过可持续设计降低运营能耗，提供舒适环境，在日常生 活中宣传可持续理念，并围绕环境及可持续主题开展活动，在环境问题日益严峻的当下，期待可以起到积 极推进的作用。除作为体现可持续理念的社区共享设施外，本项目还是生态规划与绿色建筑教育部重点实验室(清华大学)和清华—旭辉可持续住区联合研究中心的案例项目，承担着实验平台、原型研究的需求，对已有的研究和实验成果进行延续、改进和对比。

项目概况

项目位于一片树林绿地中，南侧是社区运动休闲公园，从公园的整体环境出发，定位为融于景观环境中的小型休闲构筑物。因此，不同于可持续示范项目经常采用的紧凑集中式布局，主体建筑分为三个相对独立的单元，分别是健身房、会客厅和书吧（兼科 普展厅）。每个单元基本构成类似，约30~35 平方米， 作为一组小体量的木结构景观小品分散于树丛中，方 便居民独立预约使用，互不干扰。各单元围绕下沉式 砂石渗水庭院布局，使用者从外部园路穿越雨水花园中的木栈道进入共享组团，架空木栈道及其下方的设备管沟连接了三个单元，并与半覆土的能源及智能控 制中心连通，形成一拖三的基本布局。

建筑与可持续策略的整合设计

基于上述背景，示范楼明确了建筑与可持续策略整合设计的方向，以被动式策略为主导确定了建筑空间的原型形体，适当结合主动式技术，兼顾先进技 术的示范性。建筑与周边自然环境一体化设计，主体结构和围护结构均采用木材等可持续材料，并将手工化个性化的设计与工业生产结合。

顶部拔高——促进自然通风与采光的整体空间布局

北京市属于寒冷地区，夏季高温多雨，冬季寒 冷干燥，春、秋短促。过渡季气候舒适，本项目每个 单元规模较小，通过合理利用自然通风，可以在过渡 季和夏初夏末提高室内环境的舒适度，缩短夏季空调 的使用时间。因此，项目首先确定了一个基本原型，即5m×6m左右、坐北朝南的矩形单元，北侧屋顶局部高起，顶部设有电动控制的通风窗，通风窗的外侧上部设有集成了太阳能光电设备的导风遮雨板，侧墙的底部设有门和通风窗，可以作为进风口，利用顶部拔高的热压通风效应促进室内自然通风，鼓励使用者在天气较好时少用或不用空调。顶部高起的区域南侧采用彩色薄膜光电玻璃， 每个单元选用一种不同颜色，与室内环境色彩和功能布局配合，例如健身房高起区域的下方为带有镜面的 瑜伽区，会客厅高起区域的下方为沙发区等，延伸拓 展了小面积单元的室内空间感。这种空间原型的选取也延续了工作团队2015年在贵安新区设计建成的清控人居科技示范楼项目的空间研究，均以优化自然通风为导向确定了基本空间 布局，前者是面积约700平方米的二层办公兼展示空间，后者则是30平方米的起居活动空间（健身、会客厅、书房等共享休闲活动空间，作为小户型街区 居住空间的共享延伸）。

高性能围护结构——双层表皮围护体系

围护结构一直是低能耗可持续建筑的关注重点之一，采用合适的材料和构造做法可以有效提高建筑的热工性能，此外，选择何种材料也直接影响到建筑在全生命周期中的表现，以及建筑直接表现出来的形 象效果。本项目采用了预制装配式碳化木表皮的双层表 皮复合系统，在提升围护结构热工性能的同时，将功 能和立面效果整体结设计考虑。碳化木耐腐蚀易维护的特性可降低后续运营维护成本。建筑主要外立面设计为双层表皮复合系统。内层墙体结合建筑主体木结构，采用了密肋木龙骨外墙，满足保温防水等外墙的基本需求。外层大部分区域为 附加的碳化木百叶表皮，通过工厂预制的垫块控制木百叶的角度，在外墙顶部和底部设计百叶通风口。碳 化木表皮与内墙之间形成一定厚度的空腔，起到夏季 遮阳和冬季防风的作用，并通过上下百叶的开口促进空腔内的自然通风，在夏季带走空腔内的热量，避免闷热。健身房的南立面为面向公园的落地玻璃窗，窗 外上方利用碳化木表皮和墙体之间的空隙，隐藏有电 动遮阳帘。除碳化木表皮外，建筑还尝试将太阳能光热光电与外层表皮结合。书吧（兼展厅）的南立面设计为 被动式双层通风保温空腔，内层为玻璃窗，外层为复 合了透光率较高的太阳能双玻组件的玻璃幕墙，空腔下部设有手动控制的推拉窗，上部设有电动保温百叶窗，空腔内部设有电动遮阳帘。在过渡季，内层窗户 与外层下部的通风窗同时开启，促进室内自然通风。夏季，室内空调开启时，内层窗户关闭，外层上下的 通风窗开启，通过通风带走空腔内的热量。冬季，内 外层窗户和通风窗均关闭，形成保温缓冲层。会客厅 的南立面则采用透光率更低的太阳能双玻组件玻璃幕墙，作为外挂遮阳表皮。

可再生能源利用

可再生能源一直是建筑关注的重点之一，例如应用较为广泛的太阳能、地源热泵，以及探索尝试的地道风、生物质锅炉等等，结合项目实际条件选择合适的可再生能源，将其与建筑设计融为一体，而不仅仅是简单的附加，需要可持续建筑的综合设计考量。在众多可再生能源之中，太阳能的应用最为广泛，即 便太阳板等设备技术还存在造价成本、维护及储能、 回收的种种问题，但随着技术进步，依然是目前最具潜力的选择。本项目尝试了多种太阳能产品技术，将光热和光电设备与建筑整合设计。在空调系统方面，建筑采用了空气源热泵与太阳能光热结合的设备系统，夏季 靠空气源热泵供冷，冬季以空气源热泵供热为主， 阳能热水为辅，天气好时可利用太阳能热水减少空调的消耗。此外，建筑结合屋顶、立面等多处融入了太阳能光电系统，在设计之初通过能耗模拟保证发电量可以自给自足。这些光电设计包括，屋顶最高处的导 风遮阳板上方设有光伏板，屋面高起部分的南立面采 用了彩色薄膜光电玻璃，会客厅南立面采用了低透光率的双玻组件作为外挂遮阳幕墙，书吧（兼展厅）的南立面采用了双层保温通风缓冲间层，并将高透光率的双玻组件与外立面玻璃幕墙结合，保证采光和视线的同时丰富了立面效果。这些光电设计不仅提供了能源，也作为立面元素，向公众展示了太阳能与建筑融合设计的可能性。

水资源与生态景观

水资源的收集、处理和回用已经有各种成熟的系统，本项目室内用水需求较少，主要结合雨水的收集与回用进行了设计和展示。每个单元的屋面雨水收集后，通过单元东西立面的外露雨水立管排入建筑周边填有卵石和陶粒的排水明沟中，再经过明沟导向建 筑南侧的雨水花园，下渗补充土壤水分。三个单元围绕中央下沉庭院布局，场地内部和栈道平台上的水找坡排向下沉庭院的砾石表层，在雨量较大时起到滞留 和下渗的作用。雨水花园和下沉庭院期待滞留雨水的 作用，尽量使雨水就地留在自己场地内部，不外排到雨水管网。南侧的雨水花园景观和种有元宝枫的下沉庭院 形成了半围合的庭院组团，行人经过坡道穿越雨水花园来到组团庭院内部，与休闲公园适当区隔。此外， 书吧（兼展厅）的屋顶为可上人的休闲活动平台，并局部结合设计了小片种植槽屋顶绿化。

可持续材料利用

基于业主对于零碳的定位，建筑选用了木材作为主要材料，从全生命周期来说，木材本身是一种零碳甚至负碳的材料，并且具有自然亲人的特性，与项 目的使用功能契合。建筑的主体结构采用了框架木结构，外墙采用密肋木龙骨墙体以及碳化木百叶表皮。室内墙面和主要柜体家具采用了麦秸板。 

智能控制系统

智能控制系统的设计基于两方面的考虑。一方 面，项目设有各类探测器，对室内外环境进行持续监测，实时反馈到空调、新风等设备系统进行自动调控， 保证在提供适宜环境的同时减少能源消耗。这些数据也会储存记录在服务器中，便于后续的研究和分析。作为可持续实验平台项目，按照经验以及技术模拟进 行设计和建成只是第一步，只有持续进行检测、分析 甚至做必要的调整，才能使设计理念更好的落实， 并且积累应用到更多项目中。另一方面，智能系统也与使用者息息相关，不仅服务于管理，也提供了更好的使用体验。除了系统自动调节室内环境条件外，使用者可以通过手机APP轻松预约使用时段，并将室内电器整合为多种使用模式，以共享会客厅为例，使用者打开密码门后，室内灯光自动打开到合适亮度，到沙发区落座后，可通过茶几边的按钮一键切换到观影模式，灯光自动调暗，投影幕布及落地玻璃的遮阳帘同时落下，使用完 毕离开，室内灯光会在门锁后延迟关闭。从人的使用 习惯出发，细化设计，提升空间使用体验。

适度定制的预制装配体系

项目在明确木结构的同时，也确立了预制装配式的基本思路。三个单元采用类似的构成，并将建筑元素划分为若干种标准模块——门窗模块、屋顶升高 模块和金属收边模块，将可持续技术融入模块，保证了装配式节点的标准化，并在此基础上进一步变化组合，适应不同的使用空间，对多样化的可持续技术进 对比研究及展示。主体采用木结构，外立面采用预制装配式的碳化木通风百叶表皮，通过垫块调整固定百叶的角度，并结合通风口和单元使用功能局部设计百叶凸凹图 案，尝试个性化定制丰富建筑立面。 

实验平台的流程机制与原型研究

本项目作为近零能耗预制装配式建筑实验平台，建立了“设计—建造—测试—反馈”的全流程机制， 结合信息化与数字化技术，验证并归纳预制装配式建 筑的可持续性能指标及其实现方法，不仅可以转化并体现于寒冷地区城市与乡村领域的新建/改造建筑， 更可以作为系统原型应用到公共与住宅建筑类型。除实用层面的转化应用外，在学术层面的迭代优化也是原型研究的意义所在。项目团队自2010年 始对近零能耗轻质装配式建筑的相关研究，并搭建 了一系列实验平台，包括北京动物园装配式水禽馆（2010年）、清华大学O-HOUSE零能耗模块化住宅（2012年）、贵安清控人居科技示范楼（2015年） 以旭辉可持续示范项目（2017年）。在此语境下， 本项目的蓝本价值则更加凸显。在本次项目实验中，研究团队不仅局限于实际落成使用的三个单元，更在后续基于“测试”环节的实验成果，对影响建筑可持续性能的关键设计要素进 行萃取，并将其进一步“再原型化”，在气候条件类似的天津市宝坻区建设了新的对比试验平台，重现关键设计要素，如双层表皮原型等。“再原型化”虽褪去了建筑表观的审美意趣，却使设计具备了与科学研究链接基础与条件，其迭代结果也更能直指设计与性能的本质关联。这就是原型设计的理性之美。

结语

整体思维的可持续设计是一个长期的实践过程，既需要科学理论的支持，更需要实践经验和实际数据的积累。设计团队以近零能耗装配式建筑为研究课题，持续在不同地区，针对多种功能类型，在项目所处的自然环境、社会人文条件下积极发掘适宜材料和技术，将大批量工业化与定制工艺化结合，以可持续原则为指导，进行整体化思考和设计。

SUP素朴建筑工作室（SUPAtelier）

由清华大学建筑学院教授宋晔皓于2011年在北京与合伙人共同创立，致力于可持续城市与建筑的研究与实践。坚持通过朴素的建筑设计、自然和本土材料的构造研究、对场地及自然环境的谨慎处 理，让建筑消隐于环境，贴近人的生活，以实现自然资源和人文社会的同步可持续。

建成作品多次获得国际和国内国重要奖项，并刊登于国际、国内期刊。此外众多学术研究成果亦 在国际、国内重要学术期刊发表。

宋晔皓

清华大学建筑学院教授，所长，博士生导师，SUP素朴建筑工作室创始主持建筑师，清华大学生 态规划与绿色建筑教育部重点实验室副主任。

陈晓娟

任职于北京清华同衡规划设计研究院有限公司，SUP素朴建筑工作室合作主持建筑师。

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本文来源：《中国建筑装饰装修》2019,(08)期