高速公路服务区低碳设计指标体系研究

“碳中和”和“碳达峰”是我国实现可持续发展的一项长期战略部署。为了推动高碳排放量产业之一的交通运输业加快建设以低碳为特征的交通运输体系，高速公路服务区需要以更高标准进行低碳理念设计和建设。目前有关高速公路服务区环保建设的研究很多，但是大多数都将焦点集中在节水、节地、节材等传统的绿色理念上，而从碳减排的理念上研究高速公路服务区设计的研究很少。笔者在目前已有文献和规范的基础上，构建了以低碳理念引导的高速公路服务区设计指标体系，笔者选取以京雄高速公路河北路段的白沟服务区为例，进行低碳设计效果验证，并提出高速公路服务区的低碳设计策略。

一、高速公路服务区低碳设计指标体系构建

构建高速公路服务区低碳设计指标体系，一方面要考虑碳源的产生，根据含碳气体产生的来源，从源头采取措施减少碳排放；另一面是从人类本身的生产活动入手，引入新技术或新能源，主动进行碳减排。1.碳源分析新的服务区建设绝大多数都会对原有的生态环境造成破坏，尤其现代建设在施工中投入大量施工器械。一方面，对当地的土壤结构和原有绿植造成破坏；另一方面，机械在运行过程中也会消耗大量能源，排放污染性尾气。建设过程中需要考虑施工材料、施工机械的运输；运营过程中需要考虑水和电的接入位置以及服务区正常经营过程中的能源消耗。主要是由于服务区的生产活动所消耗的一些能源，如照明、空调制冷、供暖通风中所消耗的电能及化石能源。这些能源在生产和消耗过程中会产生大量的含碳气体，是主要的碳源。2.碳减排途径在能源利用方面，尽可能因地制宜，根据当地的地理条件应用太阳能、风能、地热能等清洁能源；优化照明布局和通电线路设计，灯具使用节能灯；优化供暖、通风和空调工程设计线路，避免设备工作面交叉造成的能源浪费，并优化设备选型。在建筑设计上，根据当地的日照条件和风向条件，合理选择建筑朝向，增强采光通风的效果。在建筑体形系数上进行优化。有研究结果表明建筑的体形系数对建筑能耗的影响很大，一般情况下，体形系数每增加0.1，住宅的采暖能耗增加10%～20%。在服务区整体规划上，应充分考虑汽车进入服务区的流畅度问题。对一些服务设施（如加油站、汽修厂、停车场、厂区道路等）的位置进行合理规划，减少汽车等待期间的碳排放。3.指标体系构建综合考虑碳源和碳减排两个角度，并结合现有的一些文献和规范标准，选取因地制宜、能源低碳利用、建筑设计、规划设计等4个方面的14个指标构建高速公路服务区低碳设计指标体系，如图1所示。

二、实证分析

通过建立服务区低碳设计指标体系，结合《河北省公共建筑节能设计标准》DB13（J81-2016）、《建筑照明设计标准》（GB50034）等国标和地标，对京雄高速河北路段的白沟服务区进行评估，研究白沟服务区在各项指标上是否满足低碳要求。1.因地制宜白沟服务区地处保定市东北方向，距离白沟镇约6公里，日常物资采购比较方便，且紧邻荣乌高速和京雄高速的交汇处，并与地方公路相交，车流量很大。在服务区原址生态保护上，不但对适宜植物生长的原址表层土进行了回收利用，而且对原有的一些高大树木进行了移植保护，其他一些植被和水域也采取了措施进行保护，以维持场地内外生态系统的整体性和连续性。白沟服务区设计绿化率为35%，高于规范要求的30%。在绿植建设方面，考虑到植物适应性的问题，故选择了适应保定地区天气条件和土壤条件的本土绿植种类，并且为植物生存设置了合理的覆土深度和灌溉水量。2.能源低碳利用（1）照明系统。服务区照明系统主要研究室内照明。因为室内照明比较隐蔽，相对于室外照明系统更不易观察。按照不同设施分别统计白沟服务区室内照明参数，见表1所列。从表中数据不难发现，白沟服务区照明密度最大值在综合楼的超市和特色商业区，照明密度值都为8.03，低于国家规定的照明密度目标值10，其中，照明节能效果最好的是在超市区的休息室，照明密度计算值仅仅为国家规定标准值的50%，其他设施照明密度也满足国家规定，而且白沟服务区中所有照明光源及配型电子镇流器均采用节能型，灯具的功率因数不小于0.9，所以白沟服务区在室内灯光低碳设计上效果表现良好。（2）通风及空调设计。通风系统设计上，通风系统的单位风量耗功率均符合《公共建筑节能设计标准》（GB50189）的规定。服务区新风换气组为全热回收，设备单位风量耗功率不大于0.24瓦/（立方米·小时），其中，显热回收效率不低于75%。在空调设备选型上，服务区多联机空调室外机的压缩机选用变频涡旋喷气增焓压缩机。有研究表明，这种变频技术与喷气增焓技术组合使用后的压缩机，制热和制冷能力比不带喷气增焓的变频压缩机时有较大的提高。（3）太阳能。白沟服务区所用到的可再生能源主要是太阳能，集中设置在两处：一处在白沟服务区东区超市、厕所的屋顶，设置有4台太阳能热水器，每台净容量208升，集热器面积2.77平方米，专门用来为公共洗手间提供用水；另一处太阳能热水器布置在综合楼二层的楼顶，采用的是太阳能集热器，朝向南方设置，安装平面集热面积达到了156平方米，若按人均用水量70升/（人·天），可供24人正常使用。（4）绿色材料。白沟服务区建设中绿色建材的应用比例超过了70%，装饰装修工程中工业化内装部品达到3种以上。建筑中钢材、门窗、电气电缆均可再利用，而且此类可循环建筑材料用量达到15%。500公里以内的建筑材料的重量占总建筑材料的比例达到60%以上，运输过程中消耗化石能源大大降低。3.建筑设计（1）体形系数。体形系数是指建筑暴露在空气中的表面积和建筑实际体积的比值。有研究表明，体形系数和建筑物的能耗有很大的关系，同地区的建筑，体形系数越小，单位体积对应的表面积就小，建筑能耗越低。据计算，白沟服务区的综合楼的外表面积为11954.79平方米，建筑体积为46101.71立方米，体形系数为0.26，超市的体形系数为0.3，《公共建筑节能设计标准》（GB50189）中综合楼类型的建筑的体形系数限制不超过0.5，所以从体形系数的角度来说，服务区整体的保温效果表现良好。（2）围护结构。围护结构的热工性能好即保温性能好，相应在供热的能源消耗上就越小。白沟服务区外墙材质为300毫米厚加气混凝土墙和100毫米岩棉的组合，屋面构造为120毫米钢筋混凝土板和100毫米硬质聚氨酯，传热系数外墙为0.29，屋面为0.27。良好的传热系数会显著减小建筑的能耗。白沟服务区所处的位置在我国的寒冷划分等级为寒冷B区，相关规定综合楼外墙的传热系数不能超过0.5，屋面的传热系数不应超过0.45。服务区各设施的传热系数都符合国家规范。（3）建筑窗户。门窗对建筑物得热或失热影响很大，所以在门窗和墙体之间要选择合理的窗墙比和门窗材料。白沟服务区综合楼和超市窗户使用的材料和构造都相同，窗框上采用断桥铝合金中框，玻璃采用3层镀膜玻璃，保证了窗框的耐久性，隔热性能上也比较有保障。服务区所有的外窗气密性均为6级，窗缝之间的热量散失、抗风性能、水密性和隔声效果性能良好。4.规划设计白沟服务区东区受面积限制设施整体布置较密集。比较好的是东区停车场，大车位采用了斜嵌式布局，节省空间，而且不容易和前面行驶的车辆发刮蹭事故。加油站设置在西北方的角上，距停车场较远，游客停车和加油不发生冲突。不足之处是大车和小型车辆停车位相对布置，游客想要如厕和购物要通过无障碍停车位和小型车辆停车位之间的一条甬道，盲区较大，有发生事故的风险。西区的进口和出口设置在服务区的两侧，进出口的匝道由高速公路直接通到了服务区后方的停车场，所以其它服务设施的位置并不影响车辆的流动性，设施和车的分离设计良好。西区的停车场留设停车位的种类很齐全，带充电桩的车位、无障碍停车位和大车停车位等一应俱全，而且数量充足。大型车辆车位依旧采用了良好的斜嵌式的布局，并且单独占了一块区域，小型车辆和大车停车位错位布置，各种类型车辆的分离设计良好，极大程度上避免了各类车辆停车时堵塞和刮蹭事故的发生。

三、结论及建议

通过建立高速公路低碳服务区设计指标体系，结合国家相关规范对白沟服务区各项标准进行评估，并结合白沟服务区进行验证，表明白沟服务区在低碳设计方面表现良好，但仍存在一些不足之处，据此提出相关建议。（1）加强可再生能源利用。目前，高速公路服务区多注重电能和化石能源的节约利用，但可再生能源的利用无论是在种类还是在使用量上仍然有很大的提升空间。如何因地制宜，提高可再生能源的占比是一个需要考虑的问题。（2）优化规划设计。规划设计主要指建筑设施、停车场、绿化和场区道路之间要合理规划布置。车辆等待的时间越短，排放的尾气就越少。（3）制定低碳规范标准。目前，绿色建筑和建筑节能都有相关的规范，但低碳方面此类标准很少，对于建筑是否达到了低碳的标准多以前两者为参考，没有统一的定论。所以，亟需制定切实可行的低碳建筑评定标准。

作者：彭亚涛 池雪雷 阎西康 徐良 王世超