高層住宅建筑設(shè)計中的綠色建筑設(shè)計探討

周旭東

（浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014）

綠色建筑設(shè)計理念在高層住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用，就是將“綠色環(huán)保、低碳節(jié)能” 理念運用于建筑設(shè)計中，在建筑全生命周期內(nèi)最大限度實現(xiàn)資源能源的節(jié)約，提升能源資源利用率，減少環(huán)境的污染，在保證建筑質(zhì)量的前提下，滿足綠色建筑建設(shè)的安全耐久、資源節(jié)約、能耗降低、環(huán)保宜居等指標(biāo)，提高高層建筑的環(huán)保效益與社會效益。

1 綠色建筑理念下高層住宅建筑設(shè)計原則

1.1 整體性

綠色建筑設(shè)計不是單線活動，而是一項輻射多個專業(yè)領(lǐng)域的綜合性工程。對于高層住宅設(shè)計，不僅僅要顧及到住宅本身的單體設(shè)計，更要兼顧到建筑相關(guān)的功能需求、設(shè)備設(shè)施等的設(shè)計，同時考慮到居住者的使用需求、居住體驗等。因此，綠色高層住宅建筑設(shè)計上要從整體性出發(fā)，使高層建筑設(shè)計的每個功能單元都能符合綠色環(huán)保的要求，明確各個功能單元間的影響，如，選址、朝向設(shè)計對于采光通風(fēng)等的影響，從整體性出發(fā)，才能使整個住宅建筑更符合綠色建筑要求，才能有效消除專業(yè)沖突與矛盾，使整個設(shè)計更為完善，實現(xiàn)人、建筑、自然三者的和諧共存。

1.2 節(jié)能性

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，綠色產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，綠色建筑設(shè)計成為減少城市碳排放、優(yōu)化城市功能的空間載體。過去的建筑工程能耗較大、污染問題突出，尤其是高層住宅建筑能耗最高，而在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，依托綠色建筑設(shè)計，將節(jié)能環(huán)保、健康舒適、自然和諧理念融入建筑設(shè)計中，在建筑設(shè)計、構(gòu)筑和使用過程中，充分運用節(jié)能減少技術(shù)，減少能源資源消耗，加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提升綠色建筑設(shè)計的實用性、高效性、前瞻性與持續(xù)性。在高層住宅建筑設(shè)計中，設(shè)計人員不能囿于建筑某一面，要立足于高層住宅建筑的全局視角，基于建筑工程特點，結(jié)合周邊環(huán)境資源，減少對資源的破壞，減少對能源的消耗，保護(hù)自然環(huán)境。如，在建筑采光上，可通過對建筑的合理布局，增加建筑采光時長，利用太陽能設(shè)備，合理使用太陽能等可再生資源； 基于建筑所處風(fēng)向，合理利用自然通風(fēng)，打造自然化風(fēng)冷系統(tǒng)，減少對不可再生能源的依賴性，減少碳排放。

1.3 環(huán)保性

綠色建筑設(shè)計既要竭力減少建設(shè)過程中的資源能源消耗，減少對環(huán)境的污染，還要將這一理念應(yīng)用于建筑使用過程中，使建筑在全壽命周期內(nèi)動能與周邊環(huán)境和諧共融，減少對環(huán)境的破壞。如，在選址上，要確保不對污染周邊環(huán)境，減少對地表土地的占用，減少對地面綠化的破壞。在工程建設(shè)用材上，盡量使用節(jié)能環(huán)保型、可循環(huán)利用型綠色材料，檢測施工所用的木材、竹材、水泥、石灰等，減少對人們身體健康的影響。

2 高層住宅建筑設(shè)計中綠色建筑設(shè)計的應(yīng)用策略分析

2.1 科學(xué)選址

1） 節(jié)地設(shè)計，城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，城市中住宅建筑數(shù)量攀增，土地資源占用率增大。綠色建筑設(shè)計理念下，高層住宅建筑設(shè)計上應(yīng)著力實現(xiàn)土地資源利用最大化，合理規(guī)劃用地，基于相關(guān)論證，在設(shè)計上充分運用地下空間，增大地下空間利用率； 縮短建筑間距，提高建筑容積率； 做好散地塊設(shè)計，提升建筑用地集約度，最大限度減少對土地資源的浪費；2） 環(huán)境分析。綠色建筑理念下，設(shè)計前期做好選址勘探。首先，在選擇建筑地址上，綜合分析周邊環(huán)境，確保契合綠色環(huán)保要求。其次，考量氣候變化規(guī)律，計算采光環(huán)境，防止周邊高層建筑遮擋自然光；測算風(fēng)環(huán)境，基于不同的城市風(fēng)環(huán)境，建筑越高受風(fēng)力影響越大，優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計，以降低建筑能耗，提高住戶舒適度。再者，勘查地質(zhì)環(huán)境、水文環(huán)境等，了解地下情況，合理利用地下水、地?zé)岬饶茉?，提升能源利用率。基于勘查?shù)據(jù)，排查可能影響綠色建筑設(shè)計效果的影響因素，立足于高層住宅設(shè)計特點，合理選址，為高層住宅綠化設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 整體設(shè)計

綠色建筑設(shè)計是綜合性極強(qiáng)的工程，在設(shè)計上應(yīng)結(jié)合項目所在地的外部環(huán)境，每一項綠色建筑設(shè)計工程都有其獨特性，不能照搬其他建筑項目方案。從整體性角度出發(fā)進(jìn)行綜合考量，一是在總平面設(shè)計上，注意與周邊環(huán)境的和諧共處，減少對周邊環(huán)境的影響與破壞，基于地區(qū)氣候條件進(jìn)行建筑布局、朝向設(shè)計、體量設(shè)計、間距設(shè)計等，提高自然采光、自然通風(fēng)效率。如，采光通風(fēng)設(shè)計上，建筑間距應(yīng)基于周邊建筑遮光情況，結(jié)合建筑高度設(shè)計，一般情況下，應(yīng)在18m以上，要保證住宅建筑底層采光效果及景觀實現(xiàn)，提升建筑保溫隔熱性能的基礎(chǔ)上擴(kuò)大開窗面積；對建筑布局朝向進(jìn)行調(diào)整，以此調(diào)整室內(nèi)通風(fēng)效果。通風(fēng)設(shè)計上，高層建筑之間樓間距小，建筑高度大，建筑通風(fēng)能力差，巧用自然風(fēng)是高層住宅綠色建筑設(shè)計的要點之一。為保證充分利用自然風(fēng)，在通風(fēng)設(shè)計上，基于季節(jié)風(fēng)向，結(jié)合地形地勢，對樓間距進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，確保夏季自然風(fēng)可以在建筑內(nèi)部形成對流，減少建筑使用中空調(diào)的使用，同時確保冬季風(fēng)直吹建筑，提高建筑保溫作用，減少建筑使用過程中對地暖、空調(diào)等的使用，減少能源消耗。二是在布局設(shè)計上，現(xiàn)今高層住宅建筑在布局設(shè)計上常見方式為： 行列式、自由式、混搭組合式。行列式指的是建筑物整體有序的空間布局樣式，這種方式下可增加了室內(nèi)空間，但是會使得空氣流動性增強(qiáng)，繼而形成較強(qiáng)空氣旋渦，影響居民正常生活。自由式指的是建筑錯交錯布局的樣式，這種方式提升土地利用率，優(yōu)化了采光條件，同時防止空氣旋渦現(xiàn)場，減少了對居民生活的不良影響。三是建筑樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于當(dāng)前高層住宅建筑層數(shù)增加，在樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)充分考慮到整體質(zhì)量，了解設(shè)計影響效果及可能衍生的問題，對此，可借助BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，建構(gòu)可視化模型，在設(shè)計階段直觀掌握建筑設(shè)計成效。

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 門窗設(shè)計

基于綠色建筑設(shè)計理念的高層住宅建筑設(shè)計，要從高層建筑承受的外界氣壓、上層結(jié)構(gòu)光照強(qiáng)度等出發(fā)，合理設(shè)置門窗尺寸，減少外界風(fēng)力、氣壓建筑環(huán)境的不良影響，通過計算選擇適宜的門窗結(jié)構(gòu)體系及材料用量。綠色建筑設(shè)計理念下，在門窗材料的選擇上，應(yīng)秉持節(jié)約環(huán)保原則，選擇防輻射、節(jié)能型材質(zhì)。做好門窗密封設(shè)計，減少門窗對空氣的滲透，減少熱損失，確保門窗具有良好的隔熱性能、保溫性能、氣密性能及隔音效果。環(huán)保型材料種類較多，如，基于磁控真空放射技術(shù)的金屬層玻璃，這種玻璃材質(zhì)好，承壓能力強(qiáng)，可優(yōu)化對陽光的處理，采光性能佳，但光污染問題小。且這種玻璃使用性能優(yōu)，可滿足高層住宅建筑的品質(zhì)要求； 鍍鋅彩板、鋁合金型材，這些材料具備耐火斷熱性能，且無有害氣體，環(huán)保性能佳； 此外，高層住宅建筑中還常用低輻射中空玻璃，耐沖擊型中空玻璃材料。

2.3.2 墻體設(shè)計

傳統(tǒng)高層住宅建筑設(shè)計上，常用到混凝土鋼筋材料，消耗量大，且施工廢料多，浪費情況嚴(yán)重，造價高； 綠色建筑設(shè)計理念下，多選擇環(huán)保型材料，造價低且環(huán)保性能佳，可以充分保障建筑施工質(zhì)量。材料設(shè)計上，要基于高層住宅建筑工程要求與實際需而定，合理規(guī)劃環(huán)保材料使用類型。高層住宅建筑墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，主要分為外墻結(jié)構(gòu)體系與內(nèi)墻結(jié)構(gòu)體系。其中外墻結(jié)構(gòu)體系是主體框架，直接影響著建筑使用性能； 內(nèi)墻結(jié)構(gòu)體系起到保溫、防風(fēng)、防雨作用，內(nèi)外墻結(jié)構(gòu)體系的共同作用才能保障建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性。內(nèi)外墻之間為保溫層，保溫層材料通常選擇聚苯板，屋面選擇反射材料，確保屋面具備反射太陽可見光與不可見光的效果，提高隔熱保溫效果，達(dá)到冬暖夏涼效果，減少室內(nèi)熱損耗。外墻、屋面屬于建筑物表皮，通過優(yōu)化表皮生態(tài)，可以實現(xiàn)遮陽、控溫、隔音新效果。在外墻幕墻上，還可使用呼吸式幕墻，該幕墻主要有雙層玻璃組成，較之傳統(tǒng)幕墻，呼吸式幕墻中的空氣交換層實現(xiàn)了內(nèi)外空氣的有效流通與交換。室內(nèi)幕墻溫度與室內(nèi)溫度接近，溫差較小。呼吸式幕墻按照通風(fēng)層結(jié)構(gòu)的不同可分為兩種形式，即“封閉式內(nèi)循環(huán)體系”、“敞開式外循環(huán)體系”。此外，雙層幕墻的使用，有效提升了隔音效果。

2.4 節(jié)能設(shè)計

1） 甄選建筑材料，基于建筑所在區(qū)域?qū)嶋H就地取材，降低材料運輸成本的同時，減少運輸過程中造成的材料浪費問題。在建筑所用材料上盡可能選擇綠色環(huán)保材料，如，環(huán)保管材、綠色裝飾材料、節(jié)能設(shè)備，如節(jié)能照明產(chǎn)品，或太陽能發(fā)電設(shè)備，以期降低建筑能耗； 2） 運用可再生能源，提高能源利用率，減少能源資源消耗。如，在熱回收上，應(yīng)用新風(fēng)換氣機(jī)，建筑公共區(qū)域照明可利用太陽能技術(shù)，利用太陽能發(fā)電提供照明能源，利用太陽能 +電蓄熱系統(tǒng)構(gòu)建集中熱水系統(tǒng)，配置污水處理系統(tǒng)，應(yīng)用雨水收集循環(huán)利用技術(shù)。建筑設(shè)計中構(gòu)建水循環(huán)處理系統(tǒng)，配置膜生物反應(yīng)器，確保在住宅使用期間，可以對生活污水進(jìn)行收集并經(jīng)過過濾、固液分離、去除氨氮等措施初步凈化污水，凈化后的水可以用于住宅小區(qū)內(nèi)的綠化景觀養(yǎng)護(hù)，可用于建筑內(nèi)盥洗用水等； 3） 應(yīng)用綠色施工技術(shù)，如，被動式外窗安裝技術(shù)、外遮陽技術(shù)、太陽能技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、蒸發(fā)冷卻技術(shù)、冷梁獨立新風(fēng)技術(shù)等，應(yīng)用這些被動式施工技術(shù)，可進(jìn)一步保障建筑隔熱保溫效果，減少能源消耗，提升建筑使用壽命，契合綠色建筑設(shè)計需求。

2.5 綠化設(shè)計

1） 夏季高溫輻射下建筑輻射熱能大，為減少輻射熱能，可在高層住宅建筑外種植植物，降低陽光輻射產(chǎn)生的熱能； 北方地區(qū)冬季氣溫低，可在室外種植落葉型樹木，吸收地面陽光輻射量； 2） 基于高層住宅建筑實際，條件允許情況下，利用墻面攀緣類植物進(jìn)行垂直綠化設(shè)計，減少墻面熱輻射的同時強(qiáng)化美化效果； 3） 進(jìn)行屋頂和陽臺綠化，如，在屋頂設(shè)計屋頂花園，降低屋面輻射熱量，同時可發(fā)揮蓄排水作用，提高建筑綠色植被覆蓋量。

2.6 智能化技術(shù)的應(yīng)用

高層住宅建筑設(shè)計中應(yīng)用智能化技術(shù)，可有效調(diào)整建筑系統(tǒng)內(nèi)部能源消耗。如，基于智能技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計和監(jiān)控安保系統(tǒng)設(shè)計，利用AI技術(shù)對其進(jìn)行控制，為居住者營造更為安全的居住環(huán)境?；贏I技術(shù)設(shè)計智能照明系統(tǒng)和智能通風(fēng)系統(tǒng)，對環(huán)境照明、空調(diào)等實現(xiàn)智能化聲音控制，提高住宅建筑內(nèi)部的體驗性、實用性，同時，減少建筑能耗。

3 案例分析

3.1 工程概況

某高層住宅樓位于熱帶濕潤季風(fēng)季候區(qū)，當(dāng)?shù)貧夂蚨湎臒?，工程總占地面積175421m，建筑高度為478.5m，建筑項目由裙樓、地下空間、塔樓構(gòu)成。本工程基于綠色建設(shè)設(shè)計理念進(jìn)行建筑的設(shè)計，以提高建筑的節(jié)能環(huán)保與舒適宜居性。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑內(nèi)外墻之間設(shè)計保溫層，合理填充保溫材料，防止室內(nèi)熱量流失，導(dǎo)致溫度不足，做好住宅熱橋節(jié)點處理，對樓板縫隙、建筑門窗、幕墻等做好密閉處理。本項目朝向為南向，地上樓層33 層，其中18 -33 層為住宅樓，10 層、33 層住宅系數(shù)為0.38、0.39，一般而言，住宅系數(shù)＞0.35，滿足建筑節(jié)能設(shè)計要求。本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計上，外墻外保溫材料為無機(jī)輕集料保溫砂漿，其傳熱系數(shù)為1.25W/（m·K）、1.47W/（m·K），小于1.5W/（m·K）。此外，聚氨酯硬泡沫塑料作為屋頂材料，使用該材料后平均傳熱系數(shù)符合綠色建筑設(shè)計要求。

3.2 采光設(shè)計

本工程在采光設(shè)計上，塔樓部分采用呼吸式幕墻，1 ～14 層設(shè)置中空玻璃，同時安裝活動百葉窗。倘若全關(guān)閉百葉窗，SC＞0.25，全收下情況下，SC＞0.6，窗戶內(nèi)外層分別使用中空高透玻璃、鋼化玻璃，百葉窗利用導(dǎo)軌式軌道進(jìn)行從上至下的控制，保證氣流的穩(wěn)定性，在室內(nèi)采光上必要時可借助反光板，本工程廊道寬度設(shè)計為60cm～100cm。本工程中庭頂部開窗設(shè)計，自然采光與自然通風(fēng)相結(jié)合，達(dá)到建筑采光需求，同時利用室內(nèi)外風(fēng)壓差與熱壓達(dá)到通風(fēng)效果，同時調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境?；凇督ㄖ晒庠O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，對不同材料光學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行計算分析，平均采光系數(shù)3.63% ～5.10%，采光系統(tǒng)大于2.2%，符合設(shè)計要求。地下車庫通風(fēng)采光上，在車道設(shè)計采光井，間隔300m設(shè)置采光井，達(dá)到降低能耗的效果。

3.3 通風(fēng)設(shè)計

在通風(fēng)設(shè)計上充分應(yīng)用自然風(fēng)，基于當(dāng)?shù)丶竟?jié)風(fēng)速風(fēng)向特點，對建筑間距進(jìn)行合理規(guī)劃，合理利用自然風(fēng)向，擴(kuò)大夏季自然風(fēng)流量與流通面積，同時防止自然風(fēng)直吹住宅建筑。本工程有效風(fēng)能密度＞200W/m，可自由應(yīng)用建筑設(shè)備層空間，另外，地上風(fēng)速＞地面風(fēng)速，滿足風(fēng)力發(fā)電要求。因此，本工程使用了風(fēng)力發(fā)電方式，設(shè)置5 個通風(fēng)夾層，層高為4.5m，發(fā)電設(shè)置選擇渦輪機(jī)組，夾層發(fā)電為60kW，也可在條件滿足情況下進(jìn)行雙向發(fā)電，其功率為40kW。該方式利用清潔能源，降低能源消耗，

3.4 雨水利用

高層住宅建筑耗水量大，有著復(fù)雜的供水系統(tǒng)。本工程設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，雨水收集后可以用于建筑小區(qū)內(nèi)部綠色、花園等的灌溉。在雨水利用上，通過導(dǎo)水槽收集雨水，在分區(qū)線中基于收集入口將雨水引至室內(nèi)，雨水收集經(jīng)過處理后達(dá)到室內(nèi)花園、室外綠地。雨水收集系統(tǒng)主要包含兩個區(qū)，其中上區(qū)將收集到的雨水送達(dá)處理間，下區(qū)至儲水間，基于泵機(jī)傳遞至中層處理間，達(dá)到雨水收集效果。

3.5 綠化處理

高層住宅綠化設(shè)計中景觀的有效處理，可以有效改善建筑小氣候，調(diào)節(jié)建筑溫度，優(yōu)化空氣質(zhì)量，不同氣候條件下，不同的綠化方式與綠化密度，其綠化效果不盡相同。建筑周圍綠化建設(shè)后，可使室內(nèi)溫度降低1℃～2℃，緩解熱島效應(yīng)。本項目中，設(shè)計綠色花園，在高溫夏季，通過自然風(fēng)的引用，綠化設(shè)計改善熱舒適度。設(shè)計屋頂花園，可降低屋頂?shù)臏囟?5℃，室內(nèi)可降低溫度2.2℃。在綠色工程的養(yǎng)護(hù)上，采取自動噴灌系統(tǒng)，采用永久應(yīng)用花盆，陽臺綠化上設(shè)置PVC管線用于水資源和養(yǎng)料的供給，將其嵌入混凝土地板，向綠化植物傳送養(yǎng)料和水。

4 結(jié)語

基于綠化建筑設(shè)計理念進(jìn)行高層住宅建筑設(shè)計是一項負(fù)責(zé)、系統(tǒng)、綜合性工程，在設(shè)計上首先進(jìn)行科學(xué)選址，從建筑全局出發(fā)進(jìn)行整體設(shè)計，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，完善節(jié)能設(shè)計，優(yōu)化綠化設(shè)計，將綠色建筑設(shè)計理念貫穿于住宅建筑全壽命周期內(nèi)，提高資源能源利用率，有效減少能耗，滿足節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材設(shè)計目標(biāo)，打造綠色環(huán)保高層住宅，發(fā)揮綠色建筑的綠色環(huán)保價值，為住戶提供綠色環(huán)保、低碳節(jié)能、健康舒適的居住環(huán)境，推動高層住宅建筑工程領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。