關(guān)于綠色建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討

文／鄭紅軍 中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

引言：

建筑行業(yè)是我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)、也是重要的能源消耗產(chǎn)業(yè)，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，綠色建筑概念被提出且實(shí)現(xiàn)快速推廣。有研究指出，建筑工程項(xiàng)目全生命周期對(duì)環(huán)境的影響，70%由設(shè)計(jì)決定的，優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)成為綠色建筑發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國(guó)綠色建筑早期設(shè)計(jì)主要依托《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行指導(dǎo)，存在技術(shù)堆砌的問(wèn)題，隨著相關(guān)設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展，開(kāi)始強(qiáng)調(diào)被動(dòng)式設(shè)計(jì)，以被動(dòng)為優(yōu)先、主動(dòng)為優(yōu)化，本文主要圍繞此展開(kāi)分析。

1、綠色建筑概念

“綠色建筑”的概念最早可追溯至20世紀(jì)60年代，基于戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的發(fā)展各國(guó)開(kāi)始關(guān)注建筑能耗問(wèn)題，并推動(dòng)了綠色建筑的發(fā)展；20世紀(jì)80年代，“可持續(xù)發(fā)展理念”被提出，各國(guó)在綠色建筑的探索方面也取得了一定的成就，頒布了相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如：英國(guó)的“BREEAM”、美國(guó)的“LEED”、香港的“HK-BEAM”、日本的“CASBEE”等，上述評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)政策頒布推動(dòng)了世界范圍內(nèi)綠色建筑的發(fā)展。

我國(guó)綠色建筑的發(fā)展始于2001年，在各國(guó)發(fā)布的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)國(guó)情制定“中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估體系”，推動(dòng)了綠色健康住宅的發(fā)展；2004年、2006年我國(guó)分別出臺(tái)了《綠色奧運(yùn)建筑評(píng)價(jià)體系》、《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，直至2014年頒布新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。上述標(biāo)準(zhǔn)的頒布，為我國(guó)綠色建筑設(shè)計(jì)提供了重要的指導(dǎo)，但是由于此標(biāo)準(zhǔn)屬于是技術(shù)措施性標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不少綠色建筑設(shè)計(jì)出現(xiàn)技術(shù)堆砌的問(wèn)題，如：部分項(xiàng)目為了評(píng)上高星級(jí)綠色建筑，選用低效高分技術(shù)乃至一些不合理技術(shù)，將綠色建筑設(shè)計(jì)變?yōu)楣S(chǎng)流水線(xiàn)的作業(yè)。此外，多種綠色建筑的投入也導(dǎo)致建設(shè)成本的增加，造成一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)綠色建筑推廣受限。為解決上述問(wèn)題，有學(xué)者提出了以下幾點(diǎn)解決措施：（1）將《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》由技術(shù)措施性標(biāo)準(zhǔn)修改為目標(biāo)層次的標(biāo)準(zhǔn)；（2）簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，刪除施工管理；（3）簡(jiǎn)化條文評(píng)價(jià)；（4）強(qiáng)調(diào)選用適應(yīng)地方氣候條件特點(diǎn)的被動(dòng)設(shè)計(jì)。本文主要從被動(dòng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)展開(kāi)分析，此種設(shè)計(jì)方法最早于1993年美國(guó)《可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)導(dǎo)則》一書(shū)中被提出，指的是結(jié)合功能需要，采用簡(jiǎn)單的實(shí)用技術(shù)，針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虿捎帽粍?dòng)式能源策略，盡量應(yīng)用可再生資源。此種設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵在于“回應(yīng)氣候”，充分尊重地區(qū)的自然環(huán)境，且讓綠色成為了一種基本的設(shè)計(jì)策略參與建筑創(chuàng)作中，如：可從建筑規(guī)劃布局、建筑材料選擇、建筑結(jié)構(gòu)體系選擇等方面入手，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡乩?、氣候特點(diǎn)，不再過(guò)度依賴(lài)外部能源或是機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，為人們創(chuàng)造健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境，節(jié)約不可再生資源。

2、綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略

2.1 被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念

當(dāng)下建筑節(jié)能與減排發(fā)展大環(huán)境下，越加強(qiáng)調(diào)通過(guò)建筑的自我被動(dòng)式調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)良好的物質(zhì)、能量循環(huán)，合理解決能耗問(wèn)題。本文探討的被動(dòng)式設(shè)計(jì)，源于清華大學(xué)栗德祥教授提倡的“被動(dòng)優(yōu)先”理念，即：在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用自然氣候、建筑自身調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，有效降低建筑整體能耗；此外，可將人工設(shè)備或主動(dòng)技術(shù)作為技術(shù)輔助或是補(bǔ)充手段，有效提高建筑使用效率。

2.2 被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略

2.2.1 尊重建筑環(huán)境與氣候

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念下，應(yīng)以建筑環(huán)境與氣候?yàn)橄葘?dǎo)展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，對(duì)此需全面調(diào)查區(qū)域氣候情況與擬建場(chǎng)地條件，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行建筑場(chǎng)地規(guī)劃。主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：（1）科學(xué)確定建筑朝向、建筑體形系數(shù)、場(chǎng)地綠化率、場(chǎng)地植被情況、建筑與場(chǎng)地周邊道路及場(chǎng)地內(nèi)構(gòu)筑物的關(guān)系；（2）科學(xué)計(jì)算建筑間距、優(yōu)化建筑位置與朝向、合理組織建筑自然通風(fēng)、自然光照，實(shí)現(xiàn)建筑物在場(chǎng)地中與氣候、環(huán)境的呼應(yīng)。

2.2.2 建筑物單體形態(tài)控制

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)中建筑單體形態(tài)控制是一項(xiàng)重要策略，其直接影響建筑體形系數(shù)、結(jié)構(gòu)與空間組織。結(jié)合相關(guān)理論與實(shí)踐分析可得，建筑物體形系數(shù)越大，則其與外界熱交換面積越大，因此減小建筑物體型系數(shù)可獲得較好的降耗效果。此外，通過(guò)合理的建筑結(jié)構(gòu)選型與空間組織，可營(yíng)造自然通風(fēng)、采光好的室內(nèi)環(huán)境，有利于建筑節(jié)能的實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵，直接影響節(jié)能目標(biāo)的達(dá)成。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理確定保溫層導(dǎo)熱系數(shù)、厚度，保障建筑物熱傳導(dǎo)性能，從而減少暖通空調(diào)設(shè)備的使用；圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料選擇方面也應(yīng)具有節(jié)能意識(shí)，如：圍護(hù)結(jié)構(gòu)可選擇對(duì)太陽(yáng)輻射反射率高的顏色，減少夏季建筑物外表皮的吸收輻射率；墻體可選擇蓄熱性能好的材料，并減少大面積玻璃與開(kāi)窗，減少冬季供熱能耗。此外，被動(dòng)式設(shè)計(jì)中還需關(guān)注外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性，有效減少后期維修工作。

3、實(shí)例分析綠色建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 工程概況

本工程為某公共建筑項(xiàng)目，用地面積2274.4m，建筑面積2940.4m，建筑高度18.9m，綠地率36.6%。此建筑位于夏熱冬冷地區(qū)，年平均氣溫 17℃（夏季平均23～28℃、冬季平均12～19℃）；年降水量1600～1700 mm，降水日147～157d；年平均相對(duì)濕度78.5%；年平均日照時(shí)間3.81h，夏至日太陽(yáng)高度角83°，冬至日太陽(yáng)高度角38°；夏季盛行西南風(fēng)，冬季盛行偏北風(fēng)。根據(jù)區(qū)域條件分析，綠色建筑設(shè)計(jì)中如何維持建筑室溫舒適是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，本項(xiàng)目主要采取被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)為輔的設(shè)計(jì)方法，有效解決建筑能耗問(wèn)題。

3.2 被動(dòng)式設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本項(xiàng)目綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）外部形體設(shè)計(jì)。為減少建筑熱散失，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)選擇體型系數(shù)小且適應(yīng)場(chǎng)地的盒子為原始體型。結(jié)合區(qū)域氣候特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要求減少夏季陽(yáng)光直射、保證冬季充足日照，為此充分借鑒自遮陽(yáng)設(shè)計(jì)策略，建筑南面設(shè)計(jì)斜向切削體塊，在保證自然采光的同時(shí)，引入更多的夏季風(fēng)，獲得較好的自然通風(fēng)效果；建筑北面通過(guò)形體切削減弱冬季風(fēng)對(duì)北立面的風(fēng)壓，并增大室內(nèi)采光面積，見(jiàn)圖1。經(jīng)由計(jì)算，本項(xiàng)目建筑體型系數(shù)0.24，滿(mǎn)足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

圖1 季節(jié)性建筑形體

（2）內(nèi)部節(jié)能設(shè)計(jì)。此項(xiàng)目設(shè)計(jì)中維持室內(nèi)適宜溫度是重難點(diǎn)，具體設(shè)計(jì)策略如下：結(jié)合內(nèi)部空間、功能要求，在建筑中部垂直交通體系設(shè)置熱壓通風(fēng)井，改善室內(nèi)風(fēng)環(huán)境；合理選擇外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料獲得良好的保溫隔熱效果，具體如下表1所示。

表1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料

（3）外窗設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中增設(shè)外窗兜風(fēng)板，主要設(shè)置在建筑東西兩面，充分將風(fēng)引入室內(nèi)，增大夏季室內(nèi)空氣流速；同時(shí)也有利于增加建筑立面豐富度。

（4）場(chǎng)地設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目在場(chǎng)地北側(cè)設(shè)計(jì)種植高度20m 的雪松，有效阻擋冬季風(fēng)，南側(cè)種植低矮灌木；建筑南側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)水池，有效降低夏季風(fēng)溫度，間接減少夏季室內(nèi)得熱，且水池可接收屋頂雨水，與建筑中水系統(tǒng)連接；場(chǎng)地道路規(guī)劃設(shè)計(jì)為草磚、不阻隔草地的石板路，硬質(zhì)鋪地選用透水磚，有效增強(qiáng)場(chǎng)地生態(tài)性。

3.3 主動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本項(xiàng)目主要采取以下主動(dòng)設(shè)計(jì)策略：

（1）太陽(yáng)能發(fā)電：本項(xiàng)目通過(guò)日照分析確定屋面年得熱量最大角度，設(shè)計(jì)使用太陽(yáng)能發(fā)電板減少建筑能耗。

（2）管道通風(fēng)：本項(xiàng)目在建筑南側(cè)布置管道通風(fēng)系統(tǒng)，夏季開(kāi)啟南側(cè)進(jìn)風(fēng)口，將夏季風(fēng)引入管道，并經(jīng)由南側(cè)水池降溫后進(jìn)入室內(nèi)；冬季風(fēng)口閉合，防止冷風(fēng)進(jìn)入。

（3）中水處理系統(tǒng)：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在地下設(shè)置中水處理系統(tǒng)，雨水收集、處理后供給廁所沖洗、園林灌溉、道路保潔等，見(jiàn)下圖2。

圖2 中水處理系統(tǒng)

3.4 節(jié)能分析結(jié)果

本項(xiàng)目采用SWARE 對(duì)建筑（DT 單體）進(jìn)行模擬分析，最終顯示各項(xiàng)指標(biāo)（建筑體型系數(shù)、各立面窗墻比、各立面窗最不利透射比、各立面外窗傳熱系數(shù)和綜合太陽(yáng)得熱系數(shù)、外窗氣密性、建筑能耗）均滿(mǎn)足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。其中，建筑室外風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)滿(mǎn)足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》要求；室內(nèi)采光模擬結(jié)果滿(mǎn)足《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求；建筑室內(nèi)噪聲滿(mǎn)足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》低限要求。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，綠色建筑是現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，且已經(jīng)取得了一定的成果，建立了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與制度體系。隨著綠色建筑設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展，被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法被提出，其真正將“綠色”融入建造中，重視地區(qū)氣候與環(huán)境因素的分析，加強(qiáng)建筑場(chǎng)地、單體形態(tài)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，同時(shí)適當(dāng)采取主動(dòng)設(shè)計(jì)策略，充分利用可再生能源，提高資源循環(huán)利用率，全面提升建筑品質(zhì)，打造真正的“綠色建筑”。