綠色建筑設計的技術實現(xiàn)

詹鳴

【摘 要】綠色建筑是全壽命周期內(nèi)節(jié)約能源、資源、環(huán)保舒適的建筑。被動房屋、裝配式房屋、鋼構房屋是綠色建筑的主要形式，綠色建材、先進材料的使用可進一步實現(xiàn)建筑的綠色化。建筑師應樹立綠色建筑設計理念，在新的技術形式下創(chuàng)造新的建筑藝術。

【關鍵詞】綠色建筑；綠色建材；被動房屋，裝配式房屋

0 引言

隨著人口增長和社會發(fā)展，資源、環(huán)境方面的壓力逐漸增大，可持續(xù)發(fā)展的理論日益深入人心，低碳、節(jié)能、環(huán)保已成為生產(chǎn)和生活等各方面應遵循的基本準則。建筑作為人類生活的必需品，可以為人們提供舒適的生活環(huán)境，同時，建筑的生產(chǎn)和使用也消耗大量的資源和能源。據(jù)統(tǒng)計，全國每年房屋建材消耗量占同種材料消耗量的比例為：鋼材占25%、木材占40%、水泥占70%、玻璃占70%。能源消耗方面，建筑有逐漸超過工業(yè)和交通，成為第一耗能大戶的趨勢。根據(jù)《中國建筑能耗研究報告（2016年）》的數(shù)據(jù)，2014年我國建筑能源消費總量在全球排名第二，僅次于美國。我國現(xiàn)有建筑95%以上是高耗能建筑，建筑能耗占全社會總能耗的30%左右。目前我國人均建筑用能處于較低水平，是美國人均建筑能耗的1/5，德國的1/3，日本、韓國的1/2，甚至低于世界平均水平。隨著人民生活水平提高，我國建筑能耗還將持續(xù)上升。就已有建筑來看，如果達到同樣的室內(nèi)舒適度，單位面積能耗可能達到同等氣候條件發(fā)達國家的2至3倍。因此，不論是城鎮(zhèn)化推進、新農(nóng)村建設，還是老舊建筑改造，建筑節(jié)能潛力巨大，基于綠色理念的建筑設計大有可為。

所謂綠色建筑，是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。綠色建筑當然是節(jié)能建筑，但節(jié)能并不能涵蓋綠色建筑的全部意義。綠色建筑的定義明確了通過提高能源、資源利用效率，減少建筑對能源、土地、水和材料資源的消耗，提升建筑內(nèi)部環(huán)境品質(zhì)，減少建筑對外部環(huán)境影響的核心任務。同時，突出了在“全壽命周期”范疇內(nèi)統(tǒng)籌考慮的原則，強調(diào)了健康、適用、高效的使用功能要求，體現(xiàn)了“與自然和諧共生”、營造和諧社會的思想。

1 實現(xiàn)綠色建筑設計的技術途徑

1.1 被動房屋

被動房屋是基于被動式節(jié)能策略而建造的建筑物。被動房屋是將自然通風、自然采光、太陽能輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等各種被動式節(jié)能手段與建筑圍護結構高效節(jié)能技術相結合建造而成的低能耗建筑。這種建筑在顯著提高室內(nèi)環(huán)境舒適性的同時，可大幅度減少建筑使用能耗，最大限度地降低對主動式機械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴。

被動房屋節(jié)能的關鍵是采用高性能的圍護結構，通過極低的傳熱系數(shù)和良好的密封性減少熱量的傳遞，在冬季可以憑借房屋自然得熱維持室內(nèi)溫度達到20度以上，在夏季則足以抵抗太陽幅射不傳到室內(nèi)。被動房屋的墻體、屋面以及地基的傳熱系數(shù)不應高于0.15W/（m2·K），保溫材料的厚度一般在200到400mm左右，邊沿、轉(zhuǎn)角、連接處以及滲透處均需采取適當措施，避免熱橋的產(chǎn)生。窗戶是普通建筑保溫、隔熱、隔音的薄弱環(huán)節(jié)，普通雙層玻璃不能滿足被動房屋的隔熱要求。目前已有傳熱系數(shù)較低的真空玻璃、三玻兩腔中空玻璃等可供選用，加上適當?shù)拇翱虿牧虾痛翱虮卮胧?，可以極大地降低熱損失，即使增大窗洞面積也能滿足要求，這有利于自然采光和冬季提高室內(nèi)溫度。外遮陽系統(tǒng)也是被動房屋的重要構件，它可以最大限度減少夏季陽光直射造成的室內(nèi)溫度升高，同時最大限度地利用自然光，使室內(nèi)照度分布均勻，防止眩光。被動房屋需要新風系統(tǒng)保持空氣衛(wèi)生、調(diào)節(jié)空氣溫、濕度等。高效熱量回收系統(tǒng)、太陽能、地熱資源、生物質(zhì)可再生能源等的利用等也是被動房屋的有效節(jié)能途徑。

被動房屋的節(jié)能效果可達到普通建筑的90%。在國家大力推進下，被動房屋建設目前已有許多成功的例子，為今后設計和建設起到良好的示范作用。在城市化進程和新農(nóng)村建設中推廣被動房屋，必然為我國的節(jié)能減排做出巨大貢獻。當然，我國地域遼闊，氣候區(qū)涉及到嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、青藏高原等多種類型，設計適應不同氣候特點的被動房屋將是建筑師面臨的巨大挑戰(zhàn)。

1.2 裝配式建筑

裝配式建筑是用工廠預制部品部件在工地裝配而成的建筑。原則上木料、鋼材和混凝土都可生產(chǎn)預制構件，但主要的還是采用預制裝配式混凝土結構，即PC構件。構件經(jīng)工廠預制，現(xiàn)場進行裝配連接，并可在結合部分現(xiàn)澆混凝土。預制構件的工廠化高效、高標準生產(chǎn)是裝配式建筑的主要優(yōu)勢，而大開間設計和輕質(zhì)材料分割墻的使用有利于空間的靈活運用，便于滿足用戶的不同需求。由于現(xiàn)場澆注往往難以完全避免，因此盡量提高建筑的“預制率”和“裝配率”才能最大程度地發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢。預制率是衡量主體結構和外圍護結構采用預制構件的比率，預制構件類型包括外承重墻、內(nèi)承重墻、柱、梁、樓板、外掛墻板、樓梯、空調(diào)板、陽臺、女兒墻等結構構件。裝配率是衡量建筑所采用工廠生產(chǎn)的建筑部品的裝配化程度，建筑部品類型包括非承重內(nèi)隔墻、集成式廚房、集成式衛(wèi)生間、預制管道井、預制排煙道、護欄等。

發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是國家大力倡導的建筑形式。傳統(tǒng)建筑主要是現(xiàn)場手工作業(yè)，由搭腳手架、支模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土等工序組成，主體建筑完工后還需內(nèi)外裝修，工期長、資源浪費大、環(huán)境污染嚴重。裝配式建筑在綠色、節(jié)能、環(huán)保方面較傳統(tǒng)建筑模式有明顯優(yōu)勢。工廠化生產(chǎn)具有較高的生產(chǎn)效率，能源、材料的利用率高，便于新型保溫材料、綠色環(huán)保材料和可再生材料的使用。建筑現(xiàn)場主要是吊裝作業(yè)，人員少、工期短，廢水、粉塵、噪聲等污染較小，產(chǎn)生的建筑垃圾也非常少。裝配構件甚至可以預先完成室內(nèi)外裝飾，極大地節(jié)約了資源，減少了裝修造成的浪費。

1.3 鋼構房屋

鋼構房屋以冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構件作為承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構。與傳統(tǒng)混凝土結構建筑相比，鋼構房屋具有諸多優(yōu)勢，具備綠色建筑的主要特征。首先，鋼構房屋有較長的使用壽命，且結構的易拆除和可回收重復利用性是混凝土建材不具備的。其次，鋼結構強度高、質(zhì)量輕，其自重一般為鋼筋混凝土結構自重的1/2至3/5，因此采用鋼結構可以減少建筑物約40%的自重，具有更好的抗震性能，還可簡化基礎構造，降低成本。高強度的鋼結構便于設計較大開間，使建筑平面能夠合理分隔，滿足不同用戶的需求。鋼結構斷面小，約占建筑面積的3%，遠低于普通混凝土建筑的7-9%，可以提高房屋有效面積。鋼結構可以開孔穿管線，不需預留管線位置，可降低層高。另外，鋼構房屋便于工廠預制構件，具有裝配式房屋工期短、污染小、節(jié)能、降耗的特點。endprint

1.4 綠色建材

傳統(tǒng)建筑材料水泥、粘土磚等的生產(chǎn)能耗大、污染重，較大的傳熱系數(shù)又使建筑保溫性能差，大大增加了建筑使用中的能耗，大量使用這些材料的建筑不能稱為綠色建筑，采用綠色建材部分或全部替代水泥、粘土磚等傳統(tǒng)建材，是打造綠色建筑的必然要求。根據(jù)中國建材聯(lián)合會公布的定義，綠色建材應具備“四個環(huán)節(jié)五個特征”，即在原料選用、開采加工、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品應用過程中，能夠有效利用廢棄物，少用天然資源和能源，資源可循環(huán)再利用的，不僅性能功能符合建筑物等配置的要求，而且全生命期內(nèi)與生態(tài)環(huán)境和諧，對人類健康無害的建筑材料。綠色建筑材料具有節(jié)能、環(huán)保、低碳、安全、可循環(huán)、長壽命的特征；生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)使用過程中貫徹清潔文明、凈化環(huán)境的特征；充分利用廢棄物，減少天然資源和能源消耗，具有可循環(huán)再利用的特征；具有低排放、無污染、無毒害、與生態(tài)和諧的特征；滿足綠色建筑和其它應用領域配置要求，有利于改善和提升人類生產(chǎn)生活水平的發(fā)展進步特征。

使用廢棄物生產(chǎn)建筑材料，減少了天然資源的消耗，消除了固體廢物對環(huán)境的污染，符合綠色建材的要求。含有無定形SiO2 和Al2O3或活性較高的CaO的廢棄物，可加入混凝土中參與水泥水化反應，從而減少硅酸鹽水泥的用量，這類廢棄物主要有粉煤灰、煤矸石、鋼渣、磷渣、煤渣、赤泥、鋰渣、錳渣、垃圾焚燒灰、低溫稻殼灰等。惰性廢棄物如礦山廢石、粗粒尾礦、廢玻璃甚至舊建筑廢棄混凝土等，經(jīng)破碎、篩分分級后可以作為骨料，可減少天然材料的開采。高性能隔熱保溫材料在降低建筑能耗方面起著關鍵作用，也是典型的綠色建材。除了混凝土空心磚、加氣混凝土外，輕質(zhì)材料如玻璃微珠、膠粉顆粒等加入混凝土也有優(yōu)良的保溫效果。近年，專用保溫材料的使用日益廣泛，常用的有玻璃棉板、擠出型聚苯乙烯板、發(fā)泡型聚苯乙烯板以及巖棉板等。

1.5 先進材料

先進材料指有別于傳統(tǒng)材料，采用先進技術生產(chǎn)的高科技材料，包括能對外界刺激產(chǎn)生響應的智能材料，這些材料包括光致電、光制冷材料，光敏、壓敏材料，智能調(diào)濕、調(diào)熱材料，自修復材料等。建筑節(jié)能降耗方面最常見的先進材料有低輻射玻璃、變色玻璃、相變材料等。

低輻射（Low-E）玻璃是一種鍍膜玻璃，已有工業(yè)化生產(chǎn)并成功用于被動房屋。Low-E玻璃具有傳熱系數(shù)低和反射紅外線的特點，與普通透明玻璃相比， 它可以反射40 %-70 %的熱輻射， 但只遮擋20 %的可見光。與普通玻璃配合使用， 組成雙層中空窗， 有很好的保溫隔熱節(jié)能效果，節(jié)省暖氣、空調(diào)費用。而智能玻璃具有熱敏、光敏等特性，可自動調(diào)節(jié)進入室內(nèi)的太陽輻射，根據(jù)變色原理主要有光致變色玻璃、熱變色玻璃、電致變色玻璃、液晶玻璃、電泳玻璃等。

相變材料是一種蓄能材料，可以根據(jù)溫度變化產(chǎn)生液-固相變，吸收或放出熱量，從而保持室內(nèi)處于舒適溫度范圍。建筑節(jié)能用相變材料的熔點一般為22-26℃，在建筑中的應用形式主要有墻體中使用相變儲能墻板，通風系統(tǒng)中使用相變儲能模塊，在太陽能地暖和水暖地暖系統(tǒng)中使用顆粒狀相變材料，在建筑材料中摻入相變微膠囊，在吊頂中使用大體積封裝的相變材料板塊等。

2 綠色建筑時代的設計創(chuàng)新

綠色建筑是人類與自然和諧相處的必然產(chǎn)物，是國家大力推動的宏偉工程。根據(jù)“建筑業(yè)發(fā)展十三五規(guī)劃”規(guī)定的建筑節(jié)能及綠色建筑發(fā)展目標，城鎮(zhèn)新建民用建筑全部達到節(jié)能標準要求，能效水平比 2015 年提升 20%。到 2020年，城鎮(zhèn)綠色建筑占新建建筑比重達到 50%，新開工全裝修成品住宅面積達到 30%，綠色建材應用比例達到 40%。裝配式建筑面積占新建建筑面積比例達到 15%。

“建筑是凝固的音樂”。建筑不僅提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，建筑的外觀也必須符合美學原則。然而內(nèi)容決定形式，綠色建筑的種種技術要求必然對建筑的表現(xiàn)形式產(chǎn)生影響。特別是在綠色建筑發(fā)展的初期，已有的建筑空間及其造型藝術不一定能很好地適應綠色建筑技術。比如，被動房屋的遮陽要求可能會影響建筑的立面造型，裝配式建筑構件標準化的要求也一定程度上限制了建筑的造型。盡管如此，綠色建筑也不會千人一面。技術進步促使建筑發(fā)展，藝術表現(xiàn)又促進技術的完善。在綠色建筑技術的成熟過程中，必然伴隨著新的建筑藝術表現(xiàn)形式。綠色建筑的發(fā)展是綠色建筑技術與藝術結合的創(chuàng)新，在這個發(fā)展過程中，建筑師大有可為。建筑師應主動樹立綠色理念，緊跟技術發(fā)展，因地制宜，因時制宜，綜合運用各種技術手段，創(chuàng)造適合綠色建筑的新型建筑藝術形式。

3 結束語

實現(xiàn)綠色建筑的技術途徑多種多樣，但不是互相孤立的。被動房屋重點關注保溫隔熱，減少建筑使用中的能耗，保溫材料也應盡量使用綠色建材和先進節(jié)能材料。同時，被動房屋也可采用裝配式建造，或鋼結構裝配式建造，減少建筑建造過程中的資源浪費和環(huán)境污染。綠色建筑是社會發(fā)展的必然，建筑師要主動踐行綠色建筑設計理念，在新的技術形式下創(chuàng)造新的建筑藝術。

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