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“零碳纸飞机——上海临港星空之境主题公园游客服务中心”
荣获2023年第四届Active House Award中国区建筑竞赛一等奖
一等奖
零碳纸飞机——上海临港星空之境主题公园游客服务中心
项目简述
项目编号：001019
项目地址：上海浦东新区 临港自贸区
建筑类型：其他建筑
建筑面积：2190㎡
设计完成时间：2020年06月
竣工时间：2022年12月
▲场地鸟瞰照片
“零碳纸飞机”是上海临港星空之境海绵公园内的一栋综合公共服务建筑，项目由中国院绿色建筑设计研究院刘恒设计团队负责设计，内部包含游客问询、换乘休憩、展览活动等功能，是园区内唯一一座按照零碳零能耗理念、绿色建筑三星标准进行设计的单体子项设计的单体子项。
▲建筑鸟瞰照片
“零碳纸飞机”通过屋面造型的折叠构成简单明晰的形体暗示，与园区星空航天主题呼应；与此同时，“飞机“造型的折叠屋面作为一块巨大的“能量接收器“，借助BIPV太阳能一体化光伏板提供建筑107%的能耗补给；屋面底部架空的开放空间可以容纳多样化城市活动，通过起伏高差地面限定不同活动使用区域；建筑外界面采用全开敞围护设施设计，最大化自然通风与采光，减少空调能耗空间。综合建筑的空间能耗控制与太阳能主动发电等措施，确保建筑使用运营过程中真正意义上的零碳零能耗。
▲“零碳纸飞机”设计生成过程
▲园区内远观“零碳纸飞机”
▲“零碳纸飞机”沿河道的开敞界面
01
主动性
ACTIVENESS
设计试图探寻 “用能需求”与“建筑产能”二者间的相互平衡关系，进而实现空间调控的主动性建筑示范。
▲“零碳纸飞机“主动性策略集成
“用能需求”——全开敞，少用能
游客服务中心最大限度的将功能空间向自然敞开，将屋檐下70%的空间约1750平米定义为室外非空调空间，如开放展厅、咖啡简餐区、活动发布舞台等区域，减少短暂停留空间对设备的使用，节约能耗。将办公区、后勤服务等长时间停留空间定义为空调用能空间，依靠设备提供稳定、舒适的物理环境。在电动车换乘休息区区域设置室外喷雾降温装置，确保炎热季节等候的舒适性。经测算此举每年为建筑节约用电14.16万kWh。
▲用能空间与开敞空间分区示意
▲在开敞的屋檐下承载城市活动
▲全开敞的外围护界面
“建筑产能”——光储能，自发电
折叠的屋顶“机身”表面采用BIPV建筑光伏一体化的方式，灰白色不透光薄膜发电玻璃与铝板的组合屋面进行全覆盖，使之成为一艘名副其实的“太阳能飞船”。装载的薄膜发电BIPV光伏组件单片功率25.5W，总装机量44.5kwp，年发电量46280kwh,1750平米的光伏覆盖面积帮助建建筑实现日常能源用电的107%供给，多余的无污染能源反补园区内其他建筑。在保证能耗全覆盖的前提下，灰白色的BIPV光伏组件也成为天空中一道亮丽而优美的景色。
▲可再生能源利用示意
▲BIPV一体化光伏组件安装过程及节点
▲BIPV一体化光伏屋面
▲BIPV一体化光伏组件“叠瓦”式的构造方式
在确保“用能需求”与“建筑产能”的相互平衡下，设计还采用家具布置划分不同功能分区。以确保檐下开敞空间最大化后期使用可变性，该区域同时设置有8个温湿度感知器，自动感应超过阈值时将自动启动冷暖风扇及水雾降温，室内无障碍坡道及卫生间确保全员友好。
02
舒适性
COMFORT
“零碳纸飞机”折叠屋面一方面作为光能收集的物理载体，另一方面也肩负的景观视景限定与檐下空间遮阳与两种作用。悬浮于生态本底之上的建筑屋顶，根据不同景观朝向起伏变化，好像对周边自然景观的环境切片，构成一幅连续曲折的自然画卷，为使用者提供美好的自然环境体验。
▲景观切片与视景限定示意
▲景观切片视景效果
“纸飞机”屋檐下的空间由一系列连续起伏的阶梯状地面构成，地面的高低差变化一方面限定了大空间下不同功能的使用区域。另一方面也营造出类似星球地表起伏地面的空间体验，唤起游客对异星表面行走的想象。
▲檐下空间功能示意
▲檐下空间起伏屋面
借助“零碳纸飞机”的形体自遮阳效果，可保证檐下使用空间全季节较高的舒适度体验。根据现场温度传感器实测数据显示，夏季7~9月檐下空间85%区域可保证在27度以下，冬季12月~2月借助局部设置的暖风扇，可保证75%的区域体感温度控制在15度以上。除以上时期段外，建筑檐下空间无需任何空调耗能设施提供舒适体感温度。
▲檐下空间温度模拟分析
▲檐下空间自然通风与地表温度模拟分析
▲景观水面降温与休息的人群
03
能源
ENERGY
零碳与主动性的实施路径一方面建立在空间的调节控能，通过减少用能空间，自然通风采光而大幅降低使用需求，另一方面利用建筑光伏一体化提升建筑产能，在一负一正的平衡中实现运营阶段的零碳零能耗。项目自竣工以来运营将近一年，根据现场反馈的能耗数据测算，建筑年用电量43252kWh，光伏发电量46280kWh，由此推测建筑全生命周期碳排放量减少可达4982吨，其中约3690吨来源于来源于空间设计手段实现调蓄，1212吨来源于可再生能源利用，80吨来源于高效能的设备设施。
▲全生命周期能耗示意图
▲雷达图
04
环境
ENVIRONMENT
“零碳纸飞机”的建设用地紧邻滴水湖，土壤基层较差，因此设计选择一种“轻介入式”的方式让建筑置入场地——即通过最少量的独立柱基点式生根，让建筑悬浮于场地之上，减少大面积封闭混凝土底板对原有生态的不可逆覆盖。此举也是对现场土壤表层松软、含水量大，地耐力较差的合理回应。
▲轻介入式的环境友好策略
与此同时，建筑采用全钢结构装配式建筑，并标准化钢结构设计节点，实现主体结构的98%可回收。
▲钢结构建构示意
05
技术亮点说明
TECHNICAL HIGHLIGHTS
亮点一：自然通风采光下舒适性设计
本项目主要室内功能房间采光系数均可达到3%以上，具有非常好的采光效果。更多的半室外空间具有更加开阔的户外视野和更加良好的自然通风采光效果。
▲夏季主导风向东南风，室外风速3m/s情况下，室内85%区域有明显吹风感
▲采光系数分析图
亮点二：与建筑形态一体化的BIPV新能源设计
折纸飞机造型屋面采用灰白色一体化BIPV光伏组件设置，与建筑折纸形态完整契合，为底部开放空间遮阴避雨的同时，组织屋面雨水排水收集。光伏一体化面板内置薄膜电池，光伏单片功率25.5W（厂家实测），光伏使用面积1380平米，总装机量44.5kw。全年发电量=44.5kw*1300小时（上海地区光伏发电时间定值）=57850kwh根据统计数据，在同样装机容量条件下，水平面光伏组件的光伏发电量约是最佳倾角光伏组件发电量的90%，考虑到屋面的不规则造型，大部分光伏组件都不能设置为最佳倾角，且存在一定程度的自遮挡，综合考虑折减系数约为0.8，因此：全年发电量=57850*0.8=46280 kwh。本项目空调房间面积仅450平米，采用高效的变频直流多联机空调系统，IPLV高达9.3，全年空调耗电量仅位24kwh/平米，空调系统节能率高达52%。
▲镂空金属网外围护
▲镂空金属网外围护
亮点三：主动性感调设备
1）本项目在办公区域设置有温湿度、PM2.5、CO2及TVOC浓度传感器，根据传感器数据联动控制办公室内的多联机机组及新风机组，当污染物浓度过高时增大新风送风量。所有主要功能房间均有感知功能和主动调节功能，面积约450㎡。
2）本项目通过智能照明控制平台控制灯具，设置有办公、午休、夜间等不同控制场景，并可根据人员感受情况调节自然采光区域照明亮度。
3）本项目设置能耗计量管理系统，实时监测建筑用电量、用水量。用电计量采用高供高计；在变压器出线处及低压馈电回路设计量表，各层照明总配电、公共照明配电箱、二次出租区域照明插座用电等照明负荷；空调、送排风机组、水泵等动力负荷按区域、负荷性质分别设置远传电能计量表。用水计量通过设置有智能远传水表，按照不同用途（卫生间、餐饮厨房、绿化灌溉、消防水池及生活水箱补水）单设水表计量，并对建筑物用能用水数据进行大数据分析，提炼优化策略。
此外，本项目太阳能光伏发电系统的年发电量完全可以负担项目全年耗电量，成为真正的正能耗建筑，每年可多发点3027kWh，按照当地电价0.8731元/度计，每年可盈利2642元。
总结
“零碳纸飞机“项目创新性的提出”用能需求“与”建筑产能“二者间的平衡调控关系，利用”纸飞机“造型屋顶搭建”光能接收器“，并将檐下近70%的空间开敞于自然，减少用能空间面积，钢结构轻型屋架轻触碰场地，最大景观利用与环境友好，是一栋真正意义上的零能耗Active House。
06
项目图纸
DRAWINGS
▲总平面图
▲首层平面图
▲剖面图
▲立面图
▲典型墙身大样详图
▲光伏屋面节点详图
由Active House国际联盟主办，浙江大学平衡建筑研究中心、浙江大学建筑设计研究院、威卢克斯（中国）有限公司、AH成长学院联合承办的2023年第四届Active House Award中国区建筑设计竞赛已完美落幕。
收到的作品异彩纷呈，参赛者通过作品对“Active House”进行多维度的诠释，突出建筑应以使用者利益为核心，打造健康舒适与节能环保的平衡模式。评审委员会以行业院士领衔，业内知名专家学者组成，共同评选出本届大赛优秀作品。
竞赛围绕中国双碳战略目标，将绿色低碳、健康舒适和环境可持续理念融入建筑全寿命期内，倡导以建筑使用者的身心愉悦（Well-being）为最终目标。通过提升建筑主动性性能，实现健康舒适、节约资源和保护环境的综合平衡。
