基于綠色建筑理念的夏熱冬冷地區(qū)小型公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)踐

伍琰梅

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

在城市現(xiàn)代化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高的今天，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化也得到了迅速發(fā)展，中國已經(jīng)成為名副其實(shí)的能源消耗大國。在能源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻的背景下，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、綠色建筑理念逐漸受到社會(huì)各界的關(guān)注。與發(fā)達(dá)國家相比，我國綠色建筑的設(shè)計(jì)和建造起步較晚，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，公共建筑耗能在建筑耗能中占據(jù)很大比重。本文通過深入研究，對(duì)小型綠色建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，以達(dá)到改善小型公共建設(shè)室內(nèi)環(huán)境和降低建筑耗能的目的。

1 綠色建筑概念

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，將環(huán)境保護(hù)與減少污染同時(shí)進(jìn)行，為人們提供更為舒適、健康、高效的使用空間，實(shí)現(xiàn)自然與建筑的和諧共處。

綠色建筑設(shè)計(jì)是在人與自然和諧發(fā)展的前提下，從建筑實(shí)際情況和人們的實(shí)際需求出發(fā)，綜合考慮建筑節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與環(huán)境保護(hù)、建筑功能的辯證關(guān)系，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一。

1.1 節(jié)約能源

為了有效實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分利用太陽能[1]、自然通風(fēng)等綠色設(shè)計(jì)方式，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的控制和調(diào)整。還應(yīng)該充分利用自然氣候條件，進(jìn)行平面形式和總體布局的設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低能耗的目的。

1.2 節(jié)約資源

從建筑設(shè)計(jì)、建筑建造到建筑材料，各方面都要充分考慮資源的合理使用與配置問題，要盡可能減少不可再生資源的使用，為資源的再生利用提供支持。節(jié)約水資源，包括節(jié)約綠化用水等。

1.3 回歸自然

回歸自然強(qiáng)調(diào)綠色建筑外部與周邊環(huán)境的融合統(tǒng)一、動(dòng)靜互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.4 舒適和健康的生活環(huán)境

建筑內(nèi)部不使用對(duì)人體有害的建筑和裝修材料；保持室內(nèi)空氣清新，溫度、濕度適當(dāng)，使居住者感覺良好，身心健康。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)原則

2.1 重視整體設(shè)計(jì)

綠色建筑要突出設(shè)計(jì)的整體性，要綜合考慮氣候、文化、經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)要素，通過對(duì)各要素整合分析采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)手段，不能顧此失彼、因小失大。例如，僅僅象征性地?cái)[設(shè)一兩盞太陽能燈，裝設(shè)一兩塊太陽能光伏玻璃，實(shí)際上卻忽視了綠色建筑整體節(jié)能與高效產(chǎn)品的選用，這樣是達(dá)不到真正的節(jié)能效果的。整體設(shè)計(jì)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的作用非常重要，是綠色建筑的主導(dǎo)方向[2]。

2.2 因地制宜原則

綠色建筑強(qiáng)調(diào)因地制宜，就是從建筑所在地區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，不能照搬照抄、不能盲目跟從，任何一個(gè)區(qū)域的規(guī)劃、城市建設(shè)、單體建筑項(xiàng)目，都是建立在特定地點(diǎn)條件的分析和評(píng)論基礎(chǔ)上的，具體包括地區(qū)氣候特征、地理因素、地方文化及風(fēng)俗、建筑功能特征、能源分布等（圖1）。

圖1 低點(diǎn)透視圖

2.3 生態(tài)性原則

生態(tài)性原則就是構(gòu)建綠色建筑人文理念，要充分體現(xiàn)現(xiàn)代生態(tài)科學(xué)。人文理念是基于尊重自然、尊重生態(tài)規(guī)律、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的客觀要求的。綠色建筑的首要原則就是生態(tài)性，也就是保護(hù)自然環(huán)境。例如，可以利用可再生自然資源（風(fēng)能、水能、海洋能、生物能等），從而減少對(duì)不可再生資源的使用，最大限度減少建筑建設(shè)過程中對(duì)自然環(huán)境的負(fù)面影響，以此構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境。

2.4 健康舒適性原則

社會(huì)的主體是人。在不降低生活質(zhì)量的前提下，要盡可能實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能與環(huán)保。綠色建筑設(shè)計(jì)力求為人類提供舒適的環(huán)境。例如，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用新型節(jié)能材料，通過提高維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫與隔熱性能，降低能源消耗，同時(shí)保障人類生活空間的舒適度；或者利用外遮陽設(shè)施防止夏季室內(nèi)溫度過熱，以達(dá)到更好的綠色節(jié)能效果（圖2）。

圖2 立面細(xì)節(jié)

2.5 全壽命周期原則

全壽命周期就是從建筑整個(gè)生命周期切入，包括建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思、建筑設(shè)計(jì)策劃、資源的再生利用等各個(gè)過程，綠色建筑設(shè)計(jì)要關(guān)注整個(gè)建筑過程中的能源消耗情況。不僅可以為人們提供舒適健康、低耗無害的空間，還可以在建筑拆除之后最大限度減少對(duì)環(huán)境的影響，甚至拆除產(chǎn)生的材料還可以再次利用。綠色建筑從建造、使用到后期維護(hù)，整個(gè)過程十分復(fù)雜且技術(shù)性強(qiáng)，因此要以最小的投入獲得最佳的效果，這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中考慮全壽命周期評(píng)價(jià)的原則，使建筑更加環(huán)保、節(jié)能。

3 小型公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略

在綠色建筑設(shè)計(jì)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能是最主要的內(nèi)容，包括外墻、屋頂、地?zé)醾鳠嵯禂?shù)、外窗傳熱系數(shù)，遮陽系數(shù)等，只有綜合考慮這些因素，才能達(dá)到良好的節(jié)能降耗效果。

3.1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1.1 建筑物外墻設(shè)計(jì)

燒結(jié)實(shí)心黏土磚是我國建筑外墻結(jié)構(gòu)的主要材料，這種磚會(huì)導(dǎo)致大量土地資源遭到破壞。在燒結(jié)過程中，燒結(jié)黏土磚還會(huì)產(chǎn)生一定的大氣污染。因此能源利用率不高，已經(jīng)屬于被禁止使用的產(chǎn)品。在節(jié)約材料與資源方面，綠色建筑倡導(dǎo)使用本地的建筑材料，就地取材可以達(dá)到更好的節(jié)能效果。本地節(jié)能產(chǎn)品的使用不僅可以降低能源運(yùn)輸成本，還可以降低環(huán)境污染，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

在夏熱冬冷地區(qū)的小型公共建筑外墻設(shè)計(jì)中，外墻結(jié)構(gòu)可以采用裝飾瓷片、水泥砂漿、水泥砂漿等材料，在這些材料中可選擇新型環(huán)保建材以及混凝土砌塊，其導(dǎo)熱系數(shù)小，質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，具有良好的抗壓強(qiáng)性能以及保溫隔熱性能，與綠色建筑產(chǎn)品節(jié)能要求相符。

同時(shí)，建筑外墻可以采用整砌加氣混凝土砌塊，這種砌塊的主要原料是發(fā)泡劑、石膏、石灰、水泥等，屬于一種新型復(fù)合墻體材料，具有質(zhì)量輕、空隙多、保溫隔熱性能好、防火性能好等特點(diǎn)，在高層、低層建筑群體中得到了普遍應(yīng)用。這種新型建筑材料可以有效降低維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)與空調(diào)系統(tǒng)耗能，有效提高房間舒適度。

3.1.2 建筑首層地面防潮隔熱設(shè)計(jì)

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）中對(duì)室內(nèi)濕度、溫度、風(fēng)速等方面對(duì)人體舒適度的影響進(jìn)行明確，提出這3個(gè)因素為影響人體舒適度的關(guān)鍵因素，其中濕度影響對(duì)建筑物地面設(shè)計(jì)最為重要。由于夏熱冬冷地區(qū)全年降雨降雪，地面會(huì)出現(xiàn)返潮的情況，從而導(dǎo)致建筑物內(nèi)部濕度較大，使人們?cè)谑覂?nèi)的舒適感降低，還會(huì)影響建筑物的壽命。很多建筑靠近江河湖泊，建筑周邊全年濕度比較大。為了確保建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)結(jié)露[3]、發(fā)霉等情況，延長建筑使用壽命，在建筑設(shè)計(jì)中必須考慮能源利用與室內(nèi)環(huán)境兩項(xiàng)要素，對(duì)首層地面進(jìn)行防潮隔熱設(shè)計(jì)。具體構(gòu)造做法如下：室內(nèi)地面采用2 mm厚塑料膜構(gòu)建反潮層、300 mm厚發(fā)泡水泥層、10 mm厚復(fù)合水泥砂漿防潮層、20 mm厚水泥砂漿找平層，如圖3所示。

圖3 保溫防潮地面施工

3.1.3 屋頂和種植屋面設(shè)計(jì)

綠色建筑屋頂與種植屋面的設(shè)計(jì)依舊是以環(huán)境保護(hù)、改善室外環(huán)境、為居住者提供舒適的環(huán)境為前提。綠化層不僅要減少對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響，還應(yīng)該有效提高辦公環(huán)境質(zhì)量以及人員使用效率。

屋頂可以全天候接收陽光照射，屋面保溫性能則會(huì)影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)。因此，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，夏季建筑熱負(fù)荷占據(jù)很大比重。為了能夠增強(qiáng)節(jié)能環(huán)保的效果，綜合考慮建筑技術(shù)需求，可以采用種植屋面技術(shù)（圖4）。具體構(gòu)造做法如下：在屋面結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)厚種植土、聚乙烯排水板土工膜、聚酯無紡布等材料，這樣的設(shè)計(jì)不僅能有效收集雨水，還能降低噪聲對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，達(dá)到凈化空氣的效果，同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)建筑與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)建筑外觀的美觀性。這種技術(shù)與綠色建設(shè)設(shè)計(jì)要求相符，能夠有效節(jié)約水資源、能源。

圖4 種植屋面技術(shù)

3.2 自然通風(fēng)窗戶設(shè)計(jì)

通風(fēng)設(shè)計(jì)是夏熱冬冷地區(qū)小型公共建設(shè)綠色設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。為了充分利用自然通風(fēng)，提高室內(nèi)舒適度，綠色建筑可以利用窗戶進(jìn)行自然通風(fēng)，并重點(diǎn)關(guān)注窗戶的設(shè)計(jì)位置，使室內(nèi)空間可以形成一定的風(fēng)壓，利用加大的風(fēng)壓推動(dòng)較小的風(fēng)壓，就可以產(chǎn)生自然通風(fēng)。

3.2.1 玻璃設(shè)計(jì)

窗戶設(shè)計(jì)中可以采用玻璃、窗戶固定構(gòu)件組成的窗戶結(jié)構(gòu)，玻璃可采用雙層中空玻璃，這種玻璃具有良好的隔熱保溫功能，符合綠色建筑設(shè)計(jì)節(jié)能降耗的要求。

3.2.2 活動(dòng)百葉外窗遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近些年，外遮陽技術(shù)逐漸受到關(guān)注，窗外遮陽系統(tǒng)的應(yīng)用更加普遍，形式也更加多樣。在夏熱冬冷地區(qū)，夏季比較炎熱，南向窗戶受太陽直射，升溫快，但其自然通風(fēng)條件較好，綜合這些因素[4]，采用活動(dòng)百葉外窗遮陽的設(shè)計(jì)最合適。該設(shè)計(jì)可以美化建筑外觀，在夏季遮擋日照，減少夏季升溫，降低空調(diào)系統(tǒng)制冷負(fù)荷，還可將自然風(fēng)引入室內(nèi)，提升室內(nèi)舒適度；冬季可以關(guān)閉百葉窗，減少室內(nèi)外換氣次數(shù)，避免室內(nèi)熱量的流失，降低空調(diào)制熱負(fù)荷，達(dá)到良好的節(jié)能降耗效果。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

在完成建筑熱工設(shè)計(jì)之后，工作人員要結(jié)合相關(guān)要求，對(duì)外墻、防潮隔熱地面、屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)進(jìn)行熱工性能的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。以國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行檢測(cè)，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，以確保綠色建筑設(shè)計(jì)可以獲得一定效果。

4 結(jié)語

本文從綠色建筑設(shè)計(jì)的視角對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的小型公共建筑設(shè)計(jì)展開討論，從中發(fā)現(xiàn)，綠色建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常廣泛，在設(shè)計(jì)的過程中需要綜合考慮眾多因素，全面堅(jiān)持因地制宜、能源節(jié)約等基本原則，實(shí)現(xiàn)建筑資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等綜合效益。本文通過多方面的研究，對(duì)具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，旨在更好地助力我國綠色建設(shè)設(shè)計(jì)發(fā)展。