綠色建筑設(shè)計理念及應(yīng)用分析

深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司

摘要：綠色建筑設(shè)計與實施作為我國發(fā)展低碳經(jīng)濟，促進社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個重要舉措。本文主要結(jié)合實際工程進行綠色建筑設(shè)計理念的實踐，以供參考。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；設(shè)計；理念；應(yīng)用

1 建筑項目簡介

該項目總建筑面積 804 m2，共 4 層，臨湖而建，地勢東北高西南低、依山傍水。建筑的主要功能房間包括：辦公室、資料室、客房、接待室、會議室等。當(dāng)?shù)貧夂蛩募痉置鳎瑢儆诘湫椭衼啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候的夏熱冬冷地區(qū)，夏季高溫高濕，冬季寒冷、較干燥。

2 綠色建筑理念應(yīng)用于本項目的設(shè)計實踐

綠色建筑理念的實施往往是通過綠色建筑技術(shù)的使用來實現(xiàn)的，但又不是簡單的綠色建筑技術(shù)的堆疊，而是從實際出發(fā)，在建筑和環(huán)境之間建立起良性通道，充分考慮當(dāng)?shù)亟ㄖ诘赜虻臍夂颉①Y源、生態(tài)環(huán)境等特點，因地制宜，最大限度節(jié)約資源，提高能源使用效率，通過對建筑空間的靈活運用、配合以適宜的技術(shù)措施，最終為使用者提供一個健康、適用和高效的舒適空間，與自然和諧共生的建筑環(huán)境，并為建筑賦予綠色、可持續(xù)的理念。經(jīng)過選址微氣候?qū)崪y和分析，選擇本項目的綠色建筑設(shè)計方案為：循環(huán)節(jié)能墻體材料應(yīng)用和種植屋頂、湖水資源作為飲用水直接利用、湖水源熱泵系統(tǒng)供衛(wèi)生熱水和空調(diào)、外遮陽結(jié)合自然通風(fēng)改善室內(nèi)熱環(huán)境等。

2. 1 可再生能源的利用

在本項目中，對可再生能源的充分利用主要體現(xiàn)在以下兩方面：

2. 1. 1 冷熱源選用

該建筑位于湖邊，經(jīng)過測試，位于湖水淺表層水深 3 m 位置處，夏季湖水溫度為 17～18℃ 左右，冬季為 6～8℃ 左右，湖水容積為 1800億m3，可作為一個天然的儲能庫為空調(diào)系統(tǒng)提供巨大的冷熱源，能為水源熱泵空調(diào)機組水源側(cè)提供良好的運行環(huán)境。和空氣相比，水溫波動范圍很小，水溫較為穩(wěn)定，且水質(zhì)符合國家 GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二類標(biāo)準(zhǔn)和 CJ 3020—1993《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)，不需要進行復(fù)雜的水質(zhì)處理就能保證機組的使用壽命和運行性能，獨特的地理位置保障了取水方案的可行、可靠。因此，該建筑工程采用湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)一體化設(shè)計方案（如圖 1 所示），地表水源熱泵能獲得較高的制冷、制熱 COP 值，為建筑提供夏季制冷，冬季取暖及生活用冷熱水，滿足建筑物的使用要求。該項目位于夏熱冬冷地區(qū)，按照我國太陽能資源分布情況表，該項目位于太陽能資源一般地區(qū)，年平均太陽能總輻照值為4 492 MJ/m2，年平均日照時數(shù)為 1 247. 8 h。在春秋季節(jié)太陽能資源豐富條件下，利用太陽能熱水系統(tǒng)制得該建筑所需生活熱水；在冬季，利用空調(diào)供熱熱水通過冷凝器換熱取得；同時，在特殊天氣、特殊不利情況條件下，生活熱水兩種制取方式可以臨時切換，因此本設(shè)計采用地表水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的熱回收和太陽能熱水系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計，高質(zhì)高用的利用生活熱水，降低了工程設(shè)計的能源的消耗，提高了生活熱水系統(tǒng)的用能效率。

圖 1 湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與太陽能熱水系統(tǒng)一體化方案原理圖

2. 1. 2 通風(fēng)方式

本項目在春、夏、秋季節(jié)充分利用自然通風(fēng)，減少空調(diào)設(shè)備運行時間，節(jié)約能源，保障室內(nèi)空氣品質(zhì)，提高建筑物內(nèi)人員的熱舒適性。

根據(jù)現(xiàn)場測試以及氣象參數(shù)顯示，該地區(qū)受到氣候條件的影響，建筑區(qū)內(nèi)平均風(fēng)速較大，夏季平均風(fēng)速達 3. 0 m/s 以上，且建筑物處于山體和一個山坡之間，自然通風(fēng)條件優(yōu)越。夏季南風(fēng)帶入湖面蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣，對夏季干燥空氣加濕，增加了自然通風(fēng)的冷卻效果。在過渡季節(jié)充分利用溫度較低的室外空氣，改善室內(nèi)熱環(huán)境，提高熱舒適性，減少房間空調(diào)設(shè)備的運行時間，節(jié)約能源。通過運用通用流體分析軟件 PHOENICS 對目標(biāo)建筑進行夏季室外風(fēng)環(huán)境模擬，由于建筑物南北向壓力值 >10 Pa，通過窗戶的開啟，自然風(fēng)在風(fēng)壓作用下可達到形成良好自然通風(fēng)的條件。

通過風(fēng)速和風(fēng)壓對比，在夏季自然通風(fēng)情況下，通過窗戶的開啟自然通風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)良好，建筑內(nèi)部基本沒有通風(fēng)換氣的死角。因此，在夏季自然通風(fēng)條件下，建筑物能獲得較好的通風(fēng)效果，自然通風(fēng)的設(shè)置有利于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，提高建筑物房間的舒適性。

2. 2 外遮陽改善室內(nèi)環(huán)境和建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能

2. 2. 1 外遮陽對室內(nèi)熱環(huán)境的影響

窗戶采用可調(diào)活動水平百葉外遮陽技術(shù)，不僅為建筑塑造一個美觀的外形，而且能夠較大限度地阻擋夏季過多的太陽輻射進入室內(nèi)，減少建筑物的夏季得熱，降低空調(diào)系統(tǒng)的制冷，提高室內(nèi)熱舒適度水平，從而一定程度上改善室內(nèi)熱環(huán)境。在冬季可以通過北向窗戶百葉的關(guān)閉，減少建筑物的換氣次數(shù)，降低冬季建筑物的熱量損失。

2. 2. 2 外遮陽對室內(nèi)通風(fēng)的影響

通過合理的調(diào)節(jié)外遮陽百葉葉片傾角，一定程度上改變氣流進入室內(nèi)的流速和流向，通過百葉的引導(dǎo)，使氣流更易形成流動的一致性，有規(guī)律的加劇上下運動，加強在春、夏、秋充分利用自然通風(fēng)的目的。另一方面，通過開啟建筑物南面窗戶活動百葉外遮陽系統(tǒng)，下部橫向百葉遮陽板能把室外氣流引入室內(nèi)，室外新鮮氣流與室內(nèi)氣流通過混合交換熱量后，在熱壓作用下，由上層橫向百葉流出室外，在室內(nèi)形成微置換通風(fēng)的效果。外遮陽系統(tǒng)的設(shè)計很大程度上提高了建筑物的自適應(yīng)能力，基本滿足以較少的投入獲得全年建筑物的靈活調(diào)節(jié)。圖2為活動百葉遮陽室內(nèi)通風(fēng)效果示意圖，圖3為活動百葉遮陽系統(tǒng)。

圖 2 活動百葉遮陽室內(nèi)通風(fēng)效果示意圖

圖3 活動百葉遮陽系統(tǒng)

2. 2. 3 外遮陽對室內(nèi)光環(huán)境的影響

合理的外遮陽設(shè)計，不僅可以有效阻擋太陽直射光線進入室內(nèi)，防止室內(nèi)光線的強烈變化產(chǎn)生炫光，同時通過一系列反射和折射作用對進入室內(nèi)的光線進行再調(diào)配，提高室內(nèi)照度的均勻度，改善室內(nèi)光環(huán)境。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內(nèi)照度，在陰雨天更為不利。

本項目所在地屬于Ⅳ類光氣候區(qū)，根據(jù) GB50033—2013《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，Ⅳ類光氣候區(qū)的光氣候系數(shù) K 值為 1. 10，室外天然光臨界照度為 13 500 lx?？头看皯粼O(shè)置外遮陽百葉，玻璃為雙層中空玻璃，太陽光透過率為 0. 71。表 1 為Ⅳ類光氣候區(qū)公共建筑的主要功能房間最小采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 Ⅳ類光氣候區(qū)公共建筑的主要功能房間最小采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

采光等級房間名稱側(cè)面采光

采光系數(shù)最低值

/%室內(nèi)天然光臨界

照度/1x

Ⅲ會議廳、辦公室3.3450

Ⅳ大堂、客廳、餐廳、

多功能廳2.2300

Ⅴ走道、樓梯間、衛(wèi)生間1.1150

2. 2. 4 節(jié)能墻體材料應(yīng)用和種植屋面設(shè)計

采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的新型環(huán)保建筑材料—蒸氣加氣混凝土砌塊作為建筑墻體材料。蒸氣加氣混凝土砌塊是以粉煤灰、水泥、石灰、石膏、發(fā)泡劑以及水為原料生產(chǎn)的新型復(fù)合墻體材料，它具有導(dǎo)熱系數(shù)小，質(zhì)量輕強度高的特點，抗壓強度高，保溫隔熱性能好，符合綠色建筑理念中節(jié)材與材料資源利用，本地化的節(jié)能產(chǎn)品的使用既能減少材料運行過程當(dāng)中的資源和能源消耗，同時也能降低環(huán)境污染，產(chǎn)品的節(jié)能型要求，是一種可循環(huán)利用的新型綠色環(huán)保建筑材料。種植屋面選用適宜當(dāng)?shù)厣L的紅景天科植物，設(shè)計成由上至下依次為植物、土層、砂石層、鵝卵石層、防水層，防水層的橡膠材料致密，可防植物根穿透，鵝卵石層設(shè)幾處排水，使得暴雨季節(jié)淤積雨水能夠及時排出。種植屋面既能夠提高建筑物整體保溫效果，也有利于建筑物與周圍環(huán)境的整體協(xié)調(diào)和微氣候調(diào)節(jié)。

2. 3 水資源利用

由于水資源豐富，且經(jīng)質(zhì)檢部門檢測，水質(zhì)符合國家 GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二類標(biāo)準(zhǔn)和 CJ 3020—1993《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)，充分利用當(dāng)?shù)氐乃Y源，采用直接利用湖水資源作為生活飲用水，通過潛水泵將湖水抽至中轉(zhuǎn)水泵，經(jīng)過沉淀消毒再泵入山頂?shù)纳罱o水水箱，水箱底部高度高于建筑高度 5 m，完全能夠靠自身重力送往建筑物內(nèi)，考慮到了綠色建筑理念中的節(jié)水與水資源利用，有利于節(jié)約水泵運行能耗。

通過全面運用新型節(jié)能環(huán)保建筑材料及綠色建筑節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)，統(tǒng)籌考慮綠色建筑設(shè)計理念中節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、保護環(huán)境、滿足建筑功能。

3 結(jié)束語

通過對建筑物設(shè)計應(yīng)用綠色建筑理念，充分考慮建筑所在地區(qū)域的風(fēng)資源和冬夏氣候條件，采取滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)措施，使得經(jīng)綠色建筑節(jié)能設(shè)計后形成的該項目圍護結(jié)構(gòu)熱工性能滿足規(guī)范限值要求，可見綠色建筑理念用于指導(dǎo)節(jié)能設(shè)計實踐是可行的。