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档案系指公共机构、社会组织及个人在社会治理、经济运作、科技创新及文化传承等实践活动中直接形成的,具有凭证价值与历史记忆功能的原始信息载体,其物质形态涵盖文书、图册、声像及数字化记录等多模态表现形式。档案凭借其原始记录属性与不可逆改性特征,构建了区别于衍生性史料的法定证据效力,成为追溯事实真相的核心依据。档案馆是集中统一地管理档案和史料的建筑类型,作为其职能定位包含“档案存续保障—历史记忆传承—社会服务供给”的复合体系,通过专业化的空间组织与物理环境控制技术,确保档案载体的原始性、完整性与可溯性,形成具备长期保存能力的记忆存续载体系统。同时档案馆在时代发展中也具备国家文化基础设施属性,需要兼顾市民服务、科教宣传、文化传播等功能。
碳达峰与碳中和背景
碳达峰是指CO2排放量达到历史最高值后进入平稳下降阶段,是碳排放由增转降的拐点。碳中和是指通过植树造林、节能减排、碳捕集等方式,抵消人类活动产生的CO2排放,实现净零排放。2020年9月第七十五届联合国大会上,我国庄严承诺:“CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。
我国的“碳达峰”和“碳中和”目标是应对全球气候变化、推动绿色低碳发展的重要战略部署,体现了中国在全球气候治理中作为负责任大国的担当。
政策驱动与档案馆建设情况
近年来,随着中国对文化遗产保护和公共文化服务的重视,各地档案馆建设进入快速发展阶段。在政策推动和技术升级的双重助力下,全国新建或改扩建了一批现代化、智能化的新型大型档案馆,形成覆盖省、市、县三级的档案基础设施网络。2014年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于加强和改进新形势下档案工作的意见》,提出要扎实推进各级国家综合档案馆建设;2016年—2020年“十三五”期间,国家档案局实施《全国档案事业发展”十三五”规划》,全国新建、改扩建档案馆馆舍达876个(其中国家级3个,省级21个),总建筑面积达228万㎡;2019年,国家档案局紧跟国家发展战略规划目标,颁布实施《绿色档案馆建筑评价标准》,“十四五”档案事业发展规划提出,要开展副省级以上综合档案馆绿色档案馆自评工作,多个档案馆建筑相应号召,深入贯彻落实绿色低碳发展理念,把低碳节能、绿色发展贯穿于项目管理全生命周期,按照《绿色建筑评价标准》及《绿色档案馆建筑评价标准》进行项目分项对标,在改善室内环境、节约能源等方面进行探索创新。
档案馆建筑的显著特点
档案馆建筑通常分为档案库房、阅览区、办公区和技术处理区等功能区域,根据功能需求进行合理布局,确保了档案的安全性和使用便利性。严格区分档案流线、人员流线和物流线,避免交叉干扰,确保档案的安全和保密。
同时由于档案馆的核心功能是长期保存和管理档案资料,为确保档案的物理和化学稳定性,对建筑的环境控制(如温湿度、光照、空气质量等)有严格要求,所以档案馆建筑通常为高能耗建筑类型(年能耗约150~200 k Wh/m2)。1
湖北省档案馆新馆建设项目概况
湖北省档案馆新馆位于武汉东湖新技术开发区花山生态新城花山大道以东430m,花城大道以北,东临铁路中级人民法院用地。总用地规模为60亩,总建筑面积60053㎡,其中地上49437㎡,地下10616㎡,建筑高度63.7m,层数为地上15层,地下1层。地下室为设备用房、机动车停车库和平战结合人防地下室,地上包含档案库房、对外服务用房、档案技术业务用房、办公用房、附属用房等功能。档案库房面积22417.76㎡,占馆库总建筑面积43.49%,主要包括纸质档案库、音像档案库、特藏库、实物档案库、图书资料库等;为具备良好的档案保管条件、智能化的安全保护设备和现代化的档案服务设施。
湖北省档案馆新馆于2018年4月开工建设,2022年6月建成,同年10月投入使用。该建设项目作为湖北省重点工程,是湖北省近十年来最大规模文化公共建筑,重要性十分突出,先后荣获了湖北省建设优质工程(楚天杯)和国家优质工程奖。2
新馆设计风格及低碳实施路径
建筑设计风格——
湖北省档案馆新馆裙楼整体设计充分借鉴随州出土的鹿角立鹤造型,两端微微翘起,流畅的曲面屋顶与古代青铜器的造型有异曲同工之妙,具有浓郁的浪漫神秘的荆楚风韵。裙楼连续完整地铺展开来,形似摆满卷宗的书案,空灵而古朴。荆楚古建筑中深挑檐的做法转化为现代的入口灰空间。主塔楼则设计成印章模式,印章是档案密不可分的组成元素,方正的档案库房犹如一枚精致的印章,通体采用层层垒叠的档案卷宗纹理,高度契合了档案行业特质。高大的档案库房耸立在舒展的裙房屋面上,像一艘巨轮昂首航行在波涛起伏的历史长河中。整体建筑将古朴的荆楚风韵用现代的手法进行演绎,与档案特色融会贯通,在建设设计中弘扬了传统文化,践行了文化自信的核心价值观。
塔楼石材幕墙采用开放式幕墙,通过不同厚度的樱花红石材组合进行拼接,表现外立面的凹凸有致,使得建筑立面神似“卷宗堆叠”的肌理感。将不同凹凸的石材组合成几种不同单元,并根据立面效果对单元进行编号排布,在实现随机效果的同时,又能便于施工控制识别。裙楼采用双层幕墙,里层为铝合金中空玻璃,外层加一层仿石材穿孔铝板进行遮阳,既达到立面纹理如档案层层垒叠的效果,又满足室内的采光通风需求,从外看与石材纹理浑然一体,从室内往室外看增透如一层窗纱,实现了材料与立面设计的完美契合。
裙房主入口前设置一个17m×46m的巨大灰空间,是传统建筑出挑深远的屋檐的抽象表达,具有模糊的内外空间属性,可内亦可外。灰空间恢弘浪漫,大气磅礴。在平时是入口主大厅的前序过渡空间,完成了室外喧嚣环境到宁静文化氛围的自然转换,同时又是主大厅外部一个遮阴的大门廊,避免了阳光对主大厅的直晒。在举办活动时又可以成为一个半室外的活动场地,举办档案相关展览、展会、开幕式、学术报告、青少年演出和各类宣教讲演等活动。
被动式建筑设计——
(1)被动式建筑构造设计
建筑外围护结构为保温墙体,热惰性大,削减了室内外环境之间的热传递,有效地降低了围护结构的传热系数,具有更好的保温性能。
档案库房是建筑的核心。档案库房的围护结构设计是确保档案长期安全保存的核心要素之一,其核心目标是隔绝外部环境干扰、维持内部温湿度稳定、防止有害因素侵入,围护结构性能的好坏直接影响档案库房的功能效果。库房外墙采用双层加气块轻型墙体,带内外双层岩棉保温设计,有效保证库房内的温湿度控制,节约空调能耗能源,减轻室外温差变化对档案库房的影响。库房采用密集架,提高档案储存效率。玻璃幕墙采用断热铝合金双层中空低辐射玻璃,同时采用竖向、横向格栅,遮挡西晒,保证建筑的遮阳、通风、采光、视觉等物理性能。
(2)自然采光
裙房技术用房区域利用中庭玻璃幕墙和电动遮阳帘实现了自然采光和遮阳控制,能够将大量自然光引入室内,人工照明设施采用高效节能灯。有研究表明建筑照明能耗约为运行总能耗的20%~40%,自然采光减少了人工照明的碳排放,同时也有利于工作人员的视力健康。
主动式建筑设计——
(1)可再生能源利用-地源热泵系统(GSHP)
地源热泵系统为清洁能源,通过地下埋管换热系统实现建筑温度调节。在冬季工况下,系统利用垂直“U”型管或水平螺旋管(两种典型埋管形式)提取浅层地热资源,通过热泵机组提升热能品位后为建筑物供暖;夏季则逆向运行热力循环,将建筑物内部热量转移至地层介质存储,从而达到制冷效果。这种闭式循环系统通过地层蓄能体实现跨季节能量调配,有效提升能源利用效率。
根据《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366)要求,项目团队通过地埋管系统岩土热物性响应试验获取关键设计参数,试验区竖直钻孔有效深度100m,钻孔直径为150mm,采用双U型埋管,直径d25。测试夏季每延米释热量为60.5w/m,冬季每延米取热量为43.8w/m。经全年动态负荷模拟,确定按冬季负荷进行埋管。设计垂直钻井数量共计448口,埋管有效深度100m。
系统运行参数:地源热泵机组夏季空调供回水温度15℃/20℃,地埋管侧供回水温度32℃/37℃,冬季空调供回水温度45℃/40℃,地埋管侧供回水温度10℃/5℃。地源热泵系统分别供给档案馆公区冷热负荷及档案库区双冷源空调系统中高温冷源部分,系统高效节能。库房双冷源高温冷源与显热负荷耦合,系统稳定。档案库房外围护结构保温隔热性能好,冷热负荷相差不大,有利于地源热泵系统土壤侧全年热平衡。
(2)排风热回收系统
档案库房温控系统集成显热—潜热热回收装置,通过双向空气处理流程实现能量的梯级利用。该技术体系在排风侧设置全热交换器,基于传热传质耦合原理,在排风与新风循环中回收能源。冬季运行时,排风携带的显热(温差能量)与潜热(水蒸气相变能)经换热芯体传递至低温低湿的新风气流;夏季则逆向转移新风中的热湿负荷至排风系统。该系统可实现50%~60%的焓热回收效率,符合《公共建筑节能设计标准》(GB50189)中对空调系统能量回收装置的技术要求。
(3)太阳能光伏和太阳能热水系统
太阳能是地球可再生能源中最基本的也是最重要的能源。风能、海洋能、生物能等其他可再生能源的源头都是太阳能。现阶段,对于太阳能的利用主要通过光电利用和光热利用两种方式,光电利用是将太阳能转化为电能,光热利用是通过太阳能获取热能[5]。该建筑在裙楼屋顶设置太阳能光伏发电系统,每年节省电力10.77万度,相当于9000户家庭的单日用电量之和;在塔楼屋面设置太阳能热水系统,热水系统总集热面积达75m3,可提供3m3的热水,满足全楼餐厅的热水需求。
(4)给排水技术
室外采用透水性地砖铺设人行道、孔型混凝土砖铺设室外停车场地,综合场地内透水地面可以做到45%以上,改善地表水渗透能力,减轻排水系统负荷。项目设计有雨水回用系统,将部分屋面雨水进行收集、储存、处理,水质达到绿化浇洒用水标准后作为绿化浇洒、道路冲洗等用水,从而节约水资源。档案库房采用高压细水雾系统,能有效灭火,承受一定的自然或主动通风,可以有效抑制深位火复燃,对人体无害,可持续使用,运营成本低,一次性安装,永久性使用。
(5)管理与控制系统
本工程配置有建筑设备集成管理系统,集成管理系统提供开放式的集成平台,集成档案馆内各种建筑设备的信息是物业对档案馆内建筑状况进行总体运维监控的平台。建筑集成管理系统实现对建筑设备、物业设施、环境状况、能耗的集成监控,满足节能与舒适的目的,并且达到绿色建筑的建设目标。
结语
湖北省档案馆新馆建筑通过系统性整合被动式建筑设计策略、主动式能效优化技术等核心低碳技术路径,在确保室内环境热舒适性的前提下,成功构建了具有显著减碳效益的建筑设计模式。该项目通过精细化设计实现了主被动式节能,依托光伏、给排水技术与地源热泵系统达成可再生能源利用,借助智慧建筑管理系统构建动态能效调控机制,为公共文化类建筑的低碳转型提供了可复制的技术案例。