北方綠色居住建筑設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)措施研究

文｜河北建筑工程學(xué)院 建筑與藝術(shù)學(xué)院 邵旭 段國(guó)強(qiáng) 王奕

引言

綠色建筑體現(xiàn)了人與自然的和諧共存、時(shí)代的必然發(fā)展和社會(huì)民生的需求，是建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，我國(guó)自發(fā)展綠色建筑以來(lái)，綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)項(xiàng)目數(shù)量一致保持著增長(zhǎng)勢(shì)態(tài)。大力推廣綠色建筑，對(duì)社會(huì)解決能源短缺和保護(hù)環(huán)境等問(wèn)題具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，據(jù)此，本文從建筑規(guī)劃、單體設(shè)計(jì)、技術(shù)構(gòu)造及可再生能源的利用上以北方某住宅小區(qū)為例，探討北方寒冷地區(qū)綠色居住建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)措施。

1 綠色建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)措施

綠色建筑不是單純綠化建筑，它需要將建筑設(shè)計(jì)、建筑技術(shù)、建筑建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多方面綜合協(xié)調(diào)，最大程度地降低建筑的能源與資源的消耗，盡量減少對(duì)自然環(huán)境的破壞與影響，同時(shí)增加人居環(huán)境的健康與舒適性。還需要強(qiáng)調(diào)在前期策劃、建筑規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮建筑所在地的氣候、資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和人文等特點(diǎn)，遵循可持續(xù)發(fā)展原則，整合最佳綠色建筑理念，集合可再生能源、圍護(hù)措施、采光通風(fēng)、綠化配置、雨水利用等技術(shù)手段，達(dá)到建筑與人和自然和諧共處的目的。

北方寒冷地區(qū)的綠色建筑設(shè)計(jì)要充分滿足日照，使建筑獲得良好的日照、采光和通風(fēng)。本次所選擇的北方某居住區(qū)項(xiàng)目地塊東、北兩側(cè)臨城市道路，均無(wú)建筑物，西側(cè)為住宅小區(qū)，規(guī)劃建筑布局時(shí)，南北日照間距以1.74的日照間距系數(shù)計(jì)算，建筑間距達(dá)到28.71米時(shí)，可以滿足大寒日3小時(shí)的日照時(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最后設(shè)計(jì)建筑間距做到了29米，同時(shí)沒(méi)有降低周邊建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)。

北方寒冷地區(qū)冬季太陽(yáng)能的利用主要是依靠南側(cè)建筑立面直接吸收熱量，應(yīng)本著夏季獲得良好的自然通風(fēng)和避免過(guò)多的日曬、冬季獲得充足日照和避免西北寒風(fēng)侵襲的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以本項(xiàng)目通過(guò)模擬對(duì)比將建筑的主朝向面向正南，避免西曬，保證夏季良好的采光和通風(fēng)，大面積的南向開(kāi)窗在冬季能使陽(yáng)光充分進(jìn)入到建筑內(nèi)部，提升建筑的室內(nèi)溫度，同時(shí)降低了建筑供暖設(shè)備的供熱量，減少能源的消耗，北向縮小開(kāi)窗面積，能大大阻擋冬季西北季風(fēng)的侵襲（圖1）。

圖1

綠化是環(huán)境之本，綠化可以改善環(huán)境、調(diào)節(jié)微氣候、創(chuàng)造適宜的生存空間。設(shè)計(jì)為充分節(jié)約用地，將停車位與宅間綠地相結(jié)合，做環(huán)形機(jī)動(dòng)車路，人車分流，在整個(gè)居住區(qū)內(nèi)加大對(duì)綠化率和人均綠地面積的設(shè)計(jì)，豐富綠化方式，如停車位采用草坪磚形式、圍墻垂直綠化等，利用綠地調(diào)節(jié)區(qū)域性的微氣候。合理的選擇綠化方式，科學(xué)配置綠化植物，喬木、灌木結(jié)合地被植物綜合配置，遮陰降溫，最大限度的將整體小區(qū)融合自然環(huán)境。

2 綠色建筑單體設(shè)計(jì)技術(shù)措施

寒冷地區(qū)的建筑體型設(shè)計(jì)需注重建筑與環(huán)境的關(guān)系，因此建筑體型系數(shù)成為建筑體型的關(guān)鍵要素，體形系數(shù)的大小對(duì)建筑能耗的影響非常顯著，體形系數(shù)越大，單位建筑空間的熱損失面積就越大，能耗就越高。所以在本項(xiàng)目策劃時(shí)就首先考慮了建筑的體型與環(huán)境的關(guān)系以及體形系數(shù)大小問(wèn)題，做到滿足建筑使用面積的同時(shí)將建筑體形系數(shù)降到最小，體形系數(shù)達(dá)到0.27，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.3的最大要求。

對(duì)于建筑平面力求做到平面布局緊湊和形狀規(guī)整，平面不規(guī)整易造成建筑與室外空氣接觸的面積增加，提高耗熱量。規(guī)整的建筑平面布局可以達(dá)到自然調(diào)節(jié)的作用，在當(dāng)?shù)叵娜諙|南季風(fēng)的作用下，利于建筑組織自然通風(fēng)，形成穿堂風(fēng)；同時(shí)建筑平面集中設(shè)置利于保溫防寒，減小建筑體型系數(shù)，降低建筑能耗。戶型平面布局在滿足功能要求下，盡量做到冷熱環(huán)境分區(qū)，根據(jù)房間使用和人的活動(dòng)規(guī)律將熱環(huán)境需求較高、主要活動(dòng)的房間如臥室、客廳等房間集中設(shè)置在南向，滿足基本日照的需求，將利用較少的輔助房間如儲(chǔ)藏室、廚房、餐廳、書房等布置在北向，作為冷暖交替的緩沖區(qū)，達(dá)到防寒節(jié)能的效果；同時(shí)也做到了干濕分區(qū)、動(dòng)靜分區(qū)和私密與公共分區(qū)（圖2）。

建筑的窗墻比影響到了建筑立面效果、建筑能耗及采光通風(fēng)等問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用情況和環(huán)境因素整體調(diào)節(jié)。在建筑南向設(shè)計(jì)較大的窗口，窗墻比值為0.42，窗扇的開(kāi)啟方向利于夏季東南主導(dǎo)風(fēng)向的引入，充分利用自然通風(fēng)的技術(shù)達(dá)到節(jié)能和改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求，而在冬季可以吸收大量的熱輻射，提高室內(nèi)溫度，降低建筑能耗。在北向，自身處于陰面，冬季西北主導(dǎo)風(fēng)向加重了建筑耗熱量，窗的傳熱系數(shù)又大于墻體的傳熱系數(shù)，所以在滿足采光系數(shù)的前提下，采用較小的窗口，窗墻比值為0.27，減少建筑的耗熱量。東西向夏季太陽(yáng)輻射最大，冬季西北主導(dǎo)風(fēng)向強(qiáng)烈，所以在這兩邊沒(méi)有開(kāi)窗。

3 綠色建筑技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)措施

建筑入口是不可小覷的地方，它是整棟建筑使用率最高的地方，北方寒冷地區(qū)的冬季，大量冷空氣會(huì)從此處侵入建筑內(nèi)部，所以建筑入口要做到阻擋冷空氣直接吹入和防止室內(nèi)熱量流失。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了門斗的方式，改善入口處的熱環(huán)境，門斗的設(shè)置使室內(nèi)外形成一個(gè)過(guò)渡空間，這個(gè)空間在風(fēng)壓的作用下可以阻擋室外冷空氣吹襲，防止冷風(fēng)滲透，還可以保持一定的溫度，減少室內(nèi)熱損失（圖3）。

凸窗作為熱橋存在一定的熱工缺陷，易造成室內(nèi)結(jié)露。通過(guò)計(jì)算在沒(méi)有保溫的情況下傳熱系數(shù)K值達(dá)到4.3W/(m2·k)，如果加上40厚的保溫，傳熱系數(shù)K值達(dá)到0.57W/(m2·k)，但視覺(jué)過(guò)于笨重，凸窗的外窗傳熱系數(shù)也有較高的要求，固然會(huì)大大增加建筑的成本，所以寒冷地區(qū)不宜采用，本設(shè)計(jì)在各個(gè)方向均沒(méi)有使用凸窗，降低了建造成本，提高了窗口的保溫性能（圖4）。

圖2

圖3

建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱層的性能直接影響到建筑的能耗，對(duì)建筑外墻進(jìn)行節(jié)能保溫設(shè)計(jì)可以有效地降低建筑采暖設(shè)備的負(fù)荷，減少設(shè)備使用時(shí)間，改善室內(nèi)舒適度。在建筑的外墻、屋頂、首層及地下室均設(shè)計(jì)了保溫或防水，減少了外墻、屋頂傳熱系數(shù)和結(jié)露問(wèn)題，經(jīng)過(guò)計(jì)算南北外墻貼40厚擠塑聚苯板的傳熱系數(shù)K值等于0.45W/(m2·k)，東西外墻貼60厚擠塑聚苯板的傳熱系數(shù)K值等于0.39W/(m2·k)，屋面加80厚擠塑聚苯板的傳熱系數(shù)K值等于0.45W/(m2·k)，均小于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值。

4 綠色可再生能源的利用技術(shù)措施

太陽(yáng)能為無(wú)污染、可再生的清潔能源，對(duì)自然環(huán)境影響較小，是綠色建筑新能源的最佳選擇，應(yīng)加大在建筑上的利用，既可以節(jié)能低碳綠色，又能給居民帶來(lái)生活的便利。太陽(yáng)能可用于建筑室內(nèi)發(fā)電、供熱和加熱水。目前在我國(guó)建筑領(lǐng)域中應(yīng)用最普遍的是家用太陽(yáng)能熱水器，本項(xiàng)目將太陽(yáng)能與屋頂結(jié)合，高效利用屋頂空間，并為居民生活用水帶來(lái)方便（圖5）。

圖4

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的綠色居住建筑設(shè)計(jì)以節(jié)能設(shè)計(jì)為主，注重建筑功能、環(huán)境及配套設(shè)施，通過(guò)規(guī)劃、建筑體型、建筑平面優(yōu)化、建筑構(gòu)造及可再生能源的被動(dòng)式的設(shè)計(jì)，即改善了建筑內(nèi)部的居住環(huán)境，提升建筑的品質(zhì)，又能大幅度降低建筑能耗損失，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。綠色建筑在利用高效節(jié)能、減排的綠色關(guān)鍵技術(shù)路線的同時(shí)，也應(yīng)著重使用被動(dòng)式的辦法來(lái)解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，兩條腿走路，使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段來(lái)完成綠色建筑設(shè)計(jì)，尊重北方的自然環(huán)境與氣候，使其相互和諧，這是綠色建筑的基本要求，也是整個(gè)社會(huì)文明發(fā)展的要求，人、建筑、社會(huì)與自然和諧共處才能是綠色建筑的未來(lái)。

圖5