現(xiàn)代低碳理念下綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)分析

武曉杰

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院，天津 300000）

0 引言

綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)是在工程設(shè)計(jì)階段科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，節(jié)約和控制建筑工程施工過程及后期使用時(shí)的能源和資源，達(dá)到降低能耗減少環(huán)境污染的目的。因此，需要在建筑設(shè)計(jì)中，合理規(guī)劃建筑物室內(nèi)設(shè)計(jì)和室外布局，融入綠色節(jié)能技術(shù)，應(yīng)用環(huán)?？稍偕茉?，做好資源能源二次利用，使得建筑達(dá)到綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出貼合自然的綠色節(jié)能建筑。

1 綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

1.1 降低建筑能源消耗

隨著國內(nèi)建筑行業(yè)發(fā)展，對(duì)不可再生能源需求不斷增高，而國內(nèi)自然資源日漸枯竭，能源問題尤為突出。但將綠色節(jié)能設(shè)計(jì)融入到建筑工程中，能夠有效降低建筑工程施工過程中的能源消耗，同時(shí)綠色節(jié)能建筑與既有建筑相比，其能耗顯著降低。在國外一些國家，已經(jīng)提出零能耗、零污染的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念。

1.2 形成新的建筑美學(xué)

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，形成規(guī)模化、系統(tǒng)化、商業(yè)化模式，所設(shè)計(jì)出的建筑物風(fēng)貌大同小異、千篇一律，不具有鮮明的特征。而綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)突出當(dāng)?shù)匚幕?、尊重城市生態(tài)、應(yīng)用新型節(jié)能材料等，在融入這些因素時(shí)，突破傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)理念壁壘，形成了新的建筑美學(xué)，給城市居民帶來耳目一新的體驗(yàn)，有助于推動(dòng)建筑企業(yè)發(fā)展[1]。

1.3 符合綠色發(fā)展理念

以往建筑工程只在施工過程及建筑使用時(shí)，才會(huì)考慮城市生態(tài)問題。但綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)是將綠色發(fā)展理念落實(shí)到建筑工程每一個(gè)環(huán)節(jié)之中，從方案設(shè)計(jì)階段到后期建筑投入使用，都能夠?qū)崿F(xiàn)低碳節(jié)能目的，符合我國綠色發(fā)展理念的推廣和實(shí)施。

2 綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則

2.1 因地制宜原則

由于中國地域遼闊、各個(gè)地區(qū)所在氣候、土質(zhì)以及具體能源情況差異較大，在開展綠色節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要秉承因地制宜原則。在建筑設(shè)計(jì)前，需要安排相應(yīng)人員對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察，結(jié)合現(xiàn)場所反饋的具體情況信息，進(jìn)行綜合分析和設(shè)計(jì)方案，減少對(duì)現(xiàn)場周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。例如，由于南北氣候條件差異較大，建筑單位需要根據(jù)施工現(xiàn)場所處地域氣候，科學(xué)合理規(guī)劃建筑南北朝向、門窗位置、節(jié)能材料性能等，確保建筑設(shè)計(jì)遵循因地制宜原則，能夠滿足使用者對(duì)建筑周邊環(huán)境的需求。

2.2 尊重生態(tài)原則

在既有建筑工程中，地基建設(shè)破壞土地環(huán)境且浪費(fèi)大量土地資源，建筑工程施工過程中產(chǎn)生廢料，建筑物在使用過程中供水供電供熱等生成廢氣，對(duì)周圍環(huán)境造成惡劣影響，給城市生態(tài)環(huán)境帶來極大壓力。通過綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)，有效降低施工過程的能源消耗，實(shí)現(xiàn)后期建筑內(nèi)部功能所用資源清潔性、綠色性，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。例如，可再生太陽能源使用，在施工過程及后期使用中利用光伏發(fā)電措施，降低施工過程中電能耗損，減少后期使用中外部電能供應(yīng)需求；通過在屋頂安置太陽能板，供應(yīng)洗浴熱水，降低煤炭用量，符合低碳節(jié)能的社會(huì)需求。

2.3 節(jié)能環(huán)保原則

節(jié)能環(huán)保是綠色建筑最為顯著特點(diǎn)，通過在原有建筑質(zhì)量建設(shè)基礎(chǔ)上，最大程度降低能源消耗，建筑建設(shè)質(zhì)量和規(guī)模有一定程度提升。在綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需

要確保節(jié)能技術(shù)可行性、所應(yīng)用節(jié)能措施被城市生態(tài)環(huán)境接受。節(jié)能技術(shù)可行性是指在施工過程中所運(yùn)用的技術(shù)符合目前技術(shù)發(fā)展要求，能夠?qū)扔惺┕ぜ夹g(shù)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化；生態(tài)環(huán)境接受性是指通過綠色建筑設(shè)計(jì)，能夠有效降低建筑工程對(duì)環(huán)境的污染，降低能源消耗，起到優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量的效果，為城市居民提供良好居住環(huán)境[2]。

3 綠色低碳節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

3.1 能源環(huán)境

在建筑工程項(xiàng)目中，屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)可以采用新型節(jié)能技術(shù)，通過科學(xué)手段規(guī)劃出最佳的屋頂坡度，選擇功能性強(qiáng)的新型環(huán)保材料。目前我國太陽能技術(shù)應(yīng)用廣泛，可在建筑物屋頂處安置太陽能板，通過光能轉(zhuǎn)換電能，為建筑物功能使用提供電能，不僅成本較低且所提供電能具有可再生性，在北方冬天供暖時(shí)，能夠降低煤炭使用量，緩和城市空氣環(huán)境壓力。同時(shí)我國已經(jīng)研發(fā)出的新型環(huán)保材料，能夠滿足綠色建筑能耗要求。需要將此新型環(huán)保材料夾至在屋頂保溫層和防潮層之間，不僅具有保溫防潮作用，其防火效果也尤為顯著。

由于建筑物墻體部位裸露在外，時(shí)常受到自然因素影響，因此在綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者可采用外保溫技術(shù)提高保溫效果，避免冷熱橋效應(yīng)，延長建筑物使用壽命。在冬季嚴(yán)寒的北方地區(qū)，需要做好建筑物墻體保溫功能，需要選擇保溫性能良好節(jié)能材料，如河北省廊坊市項(xiàng)目采用建筑結(jié)構(gòu)與保溫一體化設(shè)計(jì)，將保溫和墻體圍護(hù)功能結(jié)合起來，墻體無須額外采取保溫措施便可滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)保溫與建筑同壽命。在夏季高溫多雨南方地區(qū)，則需要做好建筑外墻保溫防潮，避免建筑物室內(nèi)炎熱潮濕。因此需要根據(jù)各地區(qū)氣候條件，對(duì)建筑物墻體材料做到針對(duì)選擇，發(fā)揮出綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)成效。

3.2 光環(huán)境

人們工作和生活傾向于天然光環(huán)境，各類光源視覺試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同照度條件下，天然光的辨認(rèn)能力與人工照明相比更好，可為工作、生活提供便利，還可保護(hù)視力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在綠色節(jié)能建筑中，應(yīng)基于眩光角度對(duì)采光系數(shù)、建筑飾面材料、門窗類型選擇等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，通過對(duì)天然光的充分利用，營造良好的宜居環(huán)境。

3.2.1 采光系數(shù)

指在室內(nèi)參考平面上的某個(gè)點(diǎn)位，直接或間接接收來自假定、已知天空亮度分布的天空漫射光產(chǎn)生的照度與相同時(shí)間天空半球在室外無遮擋水平面上產(chǎn)生的天空漫社光照度的比值。室內(nèi)某點(diǎn)位的采光系數(shù)用C表示，計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：C——采光系數(shù)；En——是室內(nèi)照度；Ew——室外照度。

3.2.2 建筑飾面材料

室內(nèi)采光效果受內(nèi)外因素影響，內(nèi)部因素以內(nèi)表面反射比為主，外因包括天空亮度、建筑外表面反射情況等。建筑內(nèi)外飾面材料不同，產(chǎn)生的反射比也有所區(qū)別，室內(nèi)采光效果也受到影響。不同位置的反射比材料設(shè)計(jì)取值不盡相同。

3.2.3 門窗類型

窗戶對(duì)建筑內(nèi)部采光效果具有決定作用，工程中最為常見的采光途徑便是在建筑側(cè)墻安裝窗戶、頂部安裝天窗等，窗戶位置、形態(tài)、尺寸等均會(huì)影響室內(nèi)采光情況，建筑內(nèi)常用的窗及透光門也會(huì)為光線傳播提供便利，窗的不舒適眩光是評(píng)價(jià)采光質(zhì)量的重要指標(biāo)。

3.3 風(fēng)環(huán)境

建筑通風(fēng)與室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境、建筑形體、開窗面積比例等因素相關(guān)，具體如下。

在室外風(fēng)環(huán)境分析中，計(jì)算域內(nèi)風(fēng)速最大系數(shù)可通過分布云圖進(jìn)行分析，如圖1 所示。根據(jù)圖中速度分布和風(fēng)速分布情況，便可對(duì)項(xiàng)目整體建筑布局進(jìn)行優(yōu)化。圖中建筑四周風(fēng)速放大系數(shù)與要求相符，建筑布局合理。在室內(nèi)通風(fēng)分析中，載入單體的總圖模型，可先對(duì)建筑所在地的風(fēng)環(huán)境模擬分析，再提取單體建筑的門窗風(fēng)壓值，對(duì)建筑內(nèi)部自然通風(fēng)進(jìn)行分析，輸出各個(gè)房間內(nèi)換氣次數(shù)、風(fēng)壓、風(fēng)速等分布情況，并根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整門窗洞口尺寸，使自然通風(fēng)情況得到良好改善，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。

圖1 1.5m 高處風(fēng)速放大系數(shù)云圖

在建筑形體方面，可利用屋頂造型導(dǎo)流實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)。綠色節(jié)能建筑的形狀是多變的，屋頂?shù)男螤钔c建筑物周圍氣流的變化密切相關(guān)，下層和多層建筑屋頂?shù)娘L(fēng)壓高于建筑物下部的風(fēng)壓，并且在該高度區(qū)域內(nèi)的空氣紊流較小。因此，屋頂可以利用形狀來引導(dǎo)風(fēng)并形成風(fēng)壓差，為建筑物內(nèi)部新鮮空氣的交換提供了動(dòng)力。通常情況下，風(fēng)對(duì)建筑物施加的力可以分為水平阻力和垂直升力，風(fēng)壓一般在水平阻力的基礎(chǔ)上進(jìn)行組織，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)。例如，從正面向傾斜的屋頂吹出空氣時(shí)，角落會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓和巨大的吸力，在空氣流動(dòng)中發(fā)揮重要作用。

在開窗面積比例方面，門窗在建筑物中發(fā)揮著室內(nèi)通風(fēng)、采光的作用，也是控制室內(nèi)溫度的主要途徑，在節(jié)能建筑設(shè)計(jì)過程中，需要科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)出門窗在建筑物中的具體位置以及開窗面積，從而營造良好的通風(fēng)環(huán)境。

3.4 聲環(huán)境

在綠色建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)所有主要功能房間內(nèi)的室內(nèi)噪聲級(jí)進(jìn)行計(jì)算，以宿舍為例，對(duì)室內(nèi)噪聲級(jí)計(jì)算過程進(jìn)行計(jì)算，其他房間的計(jì)算過程相同。室內(nèi)噪聲級(jí)用室內(nèi)噪聲A 聲級(jí)表示，室內(nèi)噪聲主要由周圍環(huán)境噪聲源、室內(nèi)聲源、建筑物本身隔聲性能影響，噪聲聲源傳播如圖2 所示。

圖2 室內(nèi)噪聲聲源傳播

從隔音角度來看，房間在各中心頻率下的總吸聲量跟構(gòu)件的吸聲系數(shù)、構(gòu)件的內(nèi)表面加有關(guān)，構(gòu)件主要包括內(nèi)墻、內(nèi)窗、地板和天花板。綠色建筑設(shè)計(jì)可對(duì)室內(nèi)聲環(huán)境進(jìn)行模擬，從而在分析過程中優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在綠色建筑中，還可通過設(shè)置室外綠化帶的方式達(dá)到隔音效果。如圖3 所示，設(shè)置場地臨道路側(cè)設(shè)置綠化帶的區(qū)域的聲壓級(jí)較西側(cè)場地?zé)o綠化帶區(qū)域聲壓級(jí)低。

圖3 場地1.5m 高度處聲壓級(jí)分布圖（晝間）

據(jù)調(diào)查，綠籬能夠反射75%的噪聲，25~30m 寬的喬灌木結(jié)合綠化帶最大可降低噪聲12dB。但城市中住宅后退道路用地緊張，靠大面積綠化降噪不現(xiàn)實(shí)，所以綠化隔聲帶在寬度、高度、位置上應(yīng)合理配置，高中低多層次結(jié)合，選擇葉片大而密集、枝葉下垂的樹種。對(duì)于必須進(jìn)入小區(qū)內(nèi)部的道路，將其線形設(shè)計(jì)為多彎道或盡端路，在路面上設(shè)置減速帶，可以有效地降低車輛行駛速度，從而使交通噪聲得到控制。

4 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，高質(zhì)量生活環(huán)境是人們當(dāng)前需求。低碳節(jié)能生活能夠有效改善人們生活質(zhì)量，優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境。因此，在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要落實(shí)綠色節(jié)能理念，開展科學(xué)綠色建筑設(shè)計(jì)，引進(jìn)國外先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，滿足人們對(duì)建筑物的居住需求，起到低碳節(jié)能效果，維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。