農村既有建筑零碳改造實施路徑初探
——以溧水區山凹村游客中心改造項目為例

江禎蓉 高 鋼 張

1 研究背景

隨著《巴黎協定》的簽訂，世界各國以全球協約的方式應對氣候變化，減排溫室氣體，我國由此提出“2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”的目標[1]?！暗吞肌卑l展成為一個全國性的話題，深入到包括建筑界在內的各行各業。

在建筑全生命周期碳排放過程中，通過建筑設計、技術提升可實現減排的階段為建筑運行階段，在各類建筑中，既有建筑因存量大、能耗高等特點比新建建筑更需要對運行階段的碳排放進行控制[2]，值得關注的是我國仍有36%的既有建筑（約254億m2）[3]在農村，如何通過建筑設計、技術改造實現農村既有建筑運行低碳甚至零碳建筑，是時代賦予當代建筑師的責任。

農村既有建筑由于建造背景和建造技術的原因，在使用過程中大多存在室外公共活動空間缺乏、能耗水平高、室內熱舒適度差等問題，農村建筑的零碳改造面臨三大難點。

（1）如何融合傳統文脈對公共空間進行有機更新

傳統村落是歷史遺留給現代的寶貴財富，在傳統村落中又尤以公共空間最具多樣性、最能反映當地風俗文化，如何融合傳統文脈對公共空間要素及整體進行有機更新，處理好資源的保護與發掘，空間形態的完整與和諧，功能的傳承與置換等一系列問題，為傳統村落適應現代化需求的發展開辟了新的思路。

（2）缺乏農村既有建筑零碳改造設計經驗

我國零碳建筑領域的研究目前尚處于起步階段，零碳建筑的相關標準、政策文件尚未出臺，受經濟水平的制約，在農村推行零碳建筑的難度較大，公眾參與度也低，目前農村既有零碳改造項目較少，缺乏相關零碳改造的設計經驗。

（3）缺少控制成本的有效手段

目前，隨著產品的技術更新和進步，用于零碳改造的相關技術例如光伏等，存在一定的技術優勢，但在具體實施的過程中仍有一定的增量成本，村民接受度不高，主要依靠政府的政策補貼，用于一些示范項目。

本文以溧水區山凹村游客中心零碳改造為例，在對村落傳統文化、建筑風貌充分調研的基礎上，對游客中心周邊環境進行更新改造，營造適合交往活動的公共空間，并從“節流”“開源”和“增匯”入手，運用新技術，進行零碳改造，實現設計優化和建筑技術的結合，以期對農村公共空間的營造和零碳化改造、建設有所裨益與啟發。

2 改造項目概況

改造項目位于南京市溧水區傅家邊風景區深處的山凹村，村落四周群山圍繞，通過村落主入口的道路與外界聯通，村落內部建筑風格為古色古香的徽派建筑，那頗具特色的粉墻黛瓦馬頭墻造型，似乎在訴說山凹村的蛻變（圖1）。村莊每年會舉辦大量的旅游活動吸引游客：2～4月有梅花節、草莓節；農歷三月底，有省非遺蒲塘祠山廟會；8～9月有采摘節。村落依托當地的自然環境、建筑風貌和傳統文化形成了獨具特色的農家樂旅游產業，吸引著周邊游客前往（圖2～3）。

圖1 項目區位圖

圖2 村落內現狀農家樂實景之一

圖3 村落內現狀農家樂實景之二

山凹村整個村落的空間格局較為清晰，村落入口處保留著地方特色的村牌，通過入口村牌（圖4），經過四個對稱布局的景亭（圖5），即進入了山凹村。村落布局由主要道路串聯起公共活動場所、居住休息場所、觀光游覽場所等三類空間節點：①游客集中聚集、活動的場所——游客服務中心，是整個村落的標志性建筑物，進入村落后的第一棟建筑；②各具特色的農家樂建筑，順著村落主要道路南北兩側布局，為游客提供吃飯、住宿的場所；③遇園景點，位于村落主要道路的盡頭，打造“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的意境，作為游客游覽、觀光場所。

圖4 入口處村牌

圖5 入口處景亭

在這三類空間節點中，游客中心由于其本身具有游客接待的功能，又可供村民進行公共活動，因此具備改造成為游客、村民公共活動場所的條件，結合景觀總平面優化設計、建筑功能空間的有機更新，打造一處公共活動、共享交流的空間場所，同時結合當下碳達峰、碳中和政策的要求，將其打造成為零碳建筑，使此空間節點成為整個村落最主要的公共活動空間，成為村落生活和歷史延續的最好明證。

改造前游客中心建筑朝向為正南北向，平面布局呈“T”字形，結構形式為框架結構，層數為一層，檐口高度為3.2m，屋脊高度為5.1m，總建筑面積為99.04m2。

3 農村建筑零碳改造實施路徑

通過上述現狀調研分析，本次零碳改造的實施路徑主要包括四方面： ①“新”——對室外公共空間進行有機更新，使公共空間重新煥發活力；②“節”——加速提升建筑節能水平，包括建筑圍護結構熱工性能、設備能源利用效率的提升；③“增”——和當地風貌相融合的可再生能源建筑應用，提高建筑“產能”能力；④“固”——多方位、多層次地加大綠地面積，提高植物碳匯能力，最后，通過對標《近零能耗建筑技術標準》（GB/T51350—2019），打造全國第一棟通過零能耗建筑認證（設計階段）的村鎮建筑零碳改造案例（圖6～7）。

圖6 零碳建筑改造后實景

圖7 零碳改造技術體系

3.1 “新”——空間有機更新

（1）總平面布局更新

村落豐富的公共生活需要公共性的場所承載，村民文化自信的重塑同樣需要標志性的空間彰顯。位于村落入口處的游客服務中心改造扮演著重要的角色，通過場所空間的改造，使其再次成為村民日?；顒拥闹行?，承載更加多元的農村公共生活。

改造前游客中心外部環境質量較差（圖8），雖然配套有活動設施，但其到達流線設計不合理，無明顯的出入口，不方便進入，造成社會性活動以及自發性活動的減少，空間缺乏活力，無法吸引使用者駐足停留[4]，需要通過改造更新，激發社會性活動。同時，正對改造建筑主入口處設置一配電箱，阻擋視線，使人們心理上不想駐足停留（圖9）。

圖8 改造前周邊雜亂環境

圖9 改造前入口處配電箱

在改造過程中，將入口處配電箱移走，打開主入口處空間界面，同時在建筑西側新增一處半室外廊道，將建筑室內空間向外延伸，經過半室外的廊道空間向室外景觀綠地擴展，通過建筑室內空間—半室外空間—室外空間的設置，使得各類空間在功能上有一定的相關性；形式上有一定的延續性，拓展原本受限的空間，使主入口和西側空間設計更為舒展、開闊。為了更好地向來往游客傳遞節能減排、低碳發展的美好愿景，項目在半室外走道空間，設立發電動感單車體驗區等，利用自身平臺效應，通過趣味性方式發揮項目零碳示范宣傳作用。

室外公共活動空間的構建引導了室外行為活動的產生，室外景觀綠地改造過程中，室外廊道向綠化景觀伸出平臺，結合景觀布置1.2m高鏤空景墻、座椅、遮陽篷等景觀小品，吸引人們駐足停留，提升了人與人之間的交往欲望和交往頻次，形成一處集游憩、交流、活動的多功能公共空間[5]。改造后建筑總平面圖如圖10所示。

圖10 改造后總平面圖

（2）建筑空間功能更新

改造前功能空間僅為農產品展示空間，改造過程中加入房間預訂、低碳技術展示、自助服務休息等功能，擴大了建筑功能模塊，對流線要求更高，改造過程中將農產品展示、游客休息區等功能模塊改造至主入口處，服務咨詢臺改造至建筑內部，并另外增設出口，使得整個建筑功能布局上更為合理、順暢，同時，西側增設的出入口，使室外活動空間的到達流線更為便利（圖11）。

圖11 改造后西側公共活動空間

半室外的景觀廊道除了延展了建筑空間外，還兼具了氣候緩沖區的功能，夏季，在太陽輻射最強的西側，通過半室外空間形成一定的遮擋，減少直接進入室內的太陽輻射量，起天然調節的作用。項目東北側增設一處殘疾人坡道，方便不同使用者對空間的使用，改造后建筑平面圖如圖12所示。

圖12 零碳建筑改造后平面圖

在建筑功能空間改造更新的同時，引入了低碳新技術，如：室內空氣質量監測系統、建筑能耗管理系統等。室內空氣監測系統，實時監測PM2.5、CO2、TVOC、溫濕度等環境參數，當空氣質量不佳時，啟動新風系統，改善室內空氣質量。能源管理系統，設立工作站，逐時監測項目用能情況、屋頂光伏產能情況，根據監測數據合理計劃和利用能源，降低單位產品能源消耗，提高經濟效益。

各類空氣質量監測數據、能源生產及消費數據均以生動化、清晰化的形式展示在室內東側墻面大屏上，利用信息化手段向公眾呈現項目零碳運行成果。此外，項目信息化系統中還設置有智慧旅游模塊，通過互聯網獲取溧水山凹村旅游相關信息，例如交通、餐飲、住宿、景點客流等，新技術的運用與展示，使得低碳技術更能被感知、體驗，并融入村民的生活中，起到良好的教育、示范、推廣作用。

3.2“節”——建筑能效提升

項目原外墻采用混凝土砌塊，屋頂為瓦屋面，窗戶為單層玻璃窗，整體圍護結構未見相關保溫措施，室內未有相關提升舒適度的技術措施，造成單體建筑能耗較高、室內熱舒適性差等問題。

項目零碳改造采用“被動優先，主動優化”[6]的原則，利用“微改造”措施，如：增加圍護結構保溫隔熱性能、提高空調系統能效、節能照明能效，降低項目使用階段能耗、增設全熱回收新風系統，提升室內環境舒適度，倡導一種因地制宜的零碳改造模式。

（1）圍護結構能效提升

項目在保留原有基礎構造的前提下對圍護結構熱工性能進行提效升級，屋頂增設120mmB1級擠塑聚苯板，在南側坡屋面檐口處，將下側室外走道區域的保溫層厚度適當減薄，使檐口部位的設計更為輕巧，改造后屋面傳熱系數為0.29W/（m2·K）（圖13）。

圖13 屋頂保溫構造做法詳圖

外墻增設120mmA級巖棉板，改造后傳熱系數為0.36 W/（m2·K）（圖14），外窗采用塑鋼窗高透雙銀Low-E暖邊5Low-E+19Ar+5+9Ar+5，傳熱系數為1.70 W/（m2·K）。建筑南、北、西側窗戶均設置寬度大于1.5m的走道，作為固定遮陽設施，東側窗戶，采用玻璃自遮陽的形式，或結合內部高反射率涂料進行遮陽設計。改造后各部位熱工性對標《近零能耗建筑技術標準》（GB/T51350—2019）參數如表1所示。

圖14 外墻保溫構造做法詳圖

表1 圍護結構指標對比表

（2）能源設備和系統效率提升

①高效空調系統。為了提高能源設備的利用效率，項目在改造過程中采用輸配能耗低，能效比高的多聯式空調系統（VRF），空調系統的綜合能源效率IPLV（C）達到6.2，在提升能源設備效率的同時，增設全熱回收新風系統，引入健康新風，提高室內舒適度（圖15）。

圖15 空調系統節能改造示意圖

②照明設計。項目建筑功能為房間預訂及農產品展示等，對照明要求不高，在改造過程中，選用照明功率密度為6.0W/m2的LED燈，滿足功能照明要求的同時，照明功率密度在《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）目標值的基礎上提升25%（圖16）。

圖16 照明系統節能改造示意圖

③吊扇。為了倡導低碳節能的生活模式，宣傳行為節能理念，改造過程中在房間內增設吊扇，在過渡季節室內使用者較少的情況下，關閉空調，開啟吊扇和外窗，采用自然通風的形式，節約能源。

3.3“增”——建筑“產能”增強

可再生能源是零碳建筑必不可少的實施路徑之一，改造過程中，如何將光伏技術與建筑瓦屋面融合滲透，最終創造出融合了地方文化，又體現零碳[7]效果的技術措施是本次改造的重點。

為了更好地保留山凹村粉墻黛瓦的傳統建筑風貌，選用銅銦鎵硒雙玻三曲光伏瓦作為建筑屋面構件進行鋪設，選擇在日照充足的建筑南面、東面、西面鋪設約162m2薄膜太陽能光伏瓦，在基本無日照的北面鋪設配套的裝飾瓦，瓦屋面改造過程中還配套有收邊瓦、溝瓦、檐口瓦等（圖17）。

圖17 雙波三曲瓦柔性可彎曲薄膜太陽能發電組件

改造后建筑產能側光伏瓦總裝機容量為13.35kWp，預計年發電量為1.3萬kWh，折合單位建筑面積可再生能源發電量為133.1kWh/m2，建筑用能側折合一次能耗為111.25kWh/m2，滿足建筑運行階段零能耗目標要求，指標如表2所示。3.4“固”——碳匯能力提升

表2 建筑能效指標核算

除了降低建筑碳排放的建筑功能空間更新、本體的能效提升措施，抵消建筑碳排放的可再生能源利用措施外，低碳建筑的實施路徑還包括了固碳能力的提升，即綠化植物對空氣中CO2的吸收。改造過程中，在項目東立面設置約13.56m2的垂直綠化，平均單位綠地面積固碳量按4.7tCO2/萬m2計，項目垂直綠化固碳量為6.37kg。

4 農村建筑零碳改造后評估及碳排放計算

4.1 零碳改造造價分析

根據改造工程量統計，項目零碳改造完成后，整體建設費用約為921835.20 元，具體各單項費用如表3所示。

表3 項目單項工程費用清單

其中，拆除工程包含原屋頂瓦、外立面的拆除；改造工程涵蓋了圍護結構保溫節能改造、新增景墻及廊道費用、外立面出新費用等；室內空調及管道安裝工程包含了空調系統、新風系統改造及管道配套工程；太陽能光伏瓦改造工程包含了光伏瓦造價、設備系統、服務費等內容。

項目總造價中，占比較大的2項為改造工程、太陽能光伏瓦工程，分別占總造價的49.41%、43.19%，高昂的光伏組件成本仍然是現在零碳改造無法突破的難點，但隨著技術的進步以及國家推動農村光伏落地舉措的進行，相信在不久的將來，農村低碳改造的成本能夠得到大幅度降低。

4.2 碳排放計算

（1）全生命周期碳排放計算

改造完成后，根據工程量清單，運用軟件進行項目全生命周期的碳排放計算，計算結果如表4所示。

表4 全生命周期碳排放數據

各階段碳排放比例示意圖如圖18所示。

圖18 LCA（50年）碳排放比例

（2）可再生能源減碳量

項目可再生能源減碳量如表5所示。

表5 項目碳補償數據匯總

根據計算結果，本項目全生命周期的碳排放可通過可再生能源抵消，滿足全生命周期內碳排放量和碳吸收量平衡的要求。

結語

溧水山凹村游客中心零碳改造項目是農村地區建筑零碳改造的一次初步探索，在項目全生命周期改造過程中，通過設計及分析得出如下結論。

①隨著經濟社會的進步和人民生活水平的提高，零碳建筑在農村的實施意義不僅是打造一棟高科技建筑，更多地需要結合當地傳統文脈特征，營造體現鄉土文化的公共活動空間，繼承“傳統”的同時進行有機更新，使傳統村落適應現代化的使用需求。

②屋頂光伏技術將成為農村零碳改造的必要技術。農村必須規?；赝七M光伏技術，如整縣推進，才能有效解決光伏價格的瓶頸。

③以目前的建造技術水平結合成本因素，對于農村地區既有建筑的能效改造目標初步界定為超低能耗建筑，零能耗建筑甚至零碳建筑可作為示范項目，在前期對廣大群眾進行零碳技術的宣傳與教育，為今后零碳建筑在農村的大范圍推廣打下堅實的基礎。

資料來源：

圖17：http://www.hanergy.com/channel/hanWa.html；

文中其余圖表為作者自繪。