綠色環(huán)保低碳節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)計中的應用分析

曾 瓊 廣州華立學院講師

陳 靜 廣州華立學院副教授

徐劍瓊 廣州華立學院講師

林錦眉 廣州華立學院助理研究員

綠色低碳經(jīng)濟強調(diào)對能源結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在不斷創(chuàng)新低碳能源的基礎(chǔ)上，通過轉(zhuǎn)化人們觀念的方式，使新能源得到充分利用。飛速發(fā)展的科技，為綠色低碳經(jīng)濟的踐行提供了有力支持，要想實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展目標，當務之急便是對節(jié)能技術(shù)進行快速且大力的推廣，保證以建筑為代表的各個行業(yè)，均能夠主動應用節(jié)能技術(shù)，通過將節(jié)能技術(shù)與建筑設(shè)計充分融合的方式，使建筑達到綠色低碳標準。

1 綠色節(jié)能施工的意義

近年來，世界各國均將打造綠色建筑的工作提上日程，在此基礎(chǔ)上，對新技術(shù)進行了大力開發(fā)。只有科學使用新技術(shù)，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。具體來說，就是以相關(guān)技術(shù)為依托，通過組合應用的方式，有效控制應用成本，并根據(jù)實際情況使用技術(shù)，達到節(jié)能減排的最終目的[1]。

綠色節(jié)能施工主要指的是對建筑進行設(shè)計與施工時，充分利用現(xiàn)有建筑材料，通過對材料消耗加以控制的方式，使自然資源價值得到應有發(fā)揮，由此達到環(huán)保低碳的設(shè)計目的。相關(guān)技術(shù)的特點主要體現(xiàn)，一是能夠有效控制資源被消耗的程度，二是在建筑投入使用后，可借助外界條件減少資源消耗[2]。

2 生態(tài)建筑特征與技術(shù)體系

2.1 建筑特征

生態(tài)建筑是指以生態(tài)學原理為核心，以持續(xù)發(fā)展、生態(tài)平衡為指導原則，在保證綜合系統(tǒng)達到效率最優(yōu)要求的前提下，對建筑內(nèi)外物質(zhì)因素進行設(shè)計并施工，確保能源及物質(zhì)均可在建筑內(nèi)部形成良性循環(huán)的建筑。對生態(tài)建筑進行大力建設(shè)，既能夠使資源得到充分利用，使住戶擁有舒適且健康的居住環(huán)境，又有利于生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。結(jié)合實踐所積累經(jīng)驗可知，此類建筑的特征主要體現(xiàn)在以下方面：一是可有效節(jié)約資源及能源；二是可為周圍環(huán)境提供保護；三是具備持續(xù)發(fā)展的條件。

2.2 核心技術(shù)

要想在保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和能源的前提下，推動建筑朝著持續(xù)發(fā)展的方向前進，關(guān)鍵是要加大現(xiàn)有綠色環(huán)保技術(shù)的研究力度，根據(jù)建筑情況對相關(guān)技術(shù)進行集成應用?，F(xiàn)階段，實證有效的綠色環(huán)保技術(shù)，主要包括模擬自然通風和采光的技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、太陽能技術(shù)等，在確定設(shè)計方案時，設(shè)計人員應酌情運用以上技術(shù)，以此來保證生態(tài)建筑優(yōu)勢可得到充分發(fā)揮。

3 綠色節(jié)能設(shè)計要點探究

3.1 節(jié)約資源

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑行業(yè)的設(shè)計理念得到更新，綠色生態(tài)建設(shè)逐漸引起了相關(guān)人員的重視[3]。在選擇建筑施工材料時，設(shè)計人員應考慮資源處置及科學使用，盡量避免資源被浪費，使資源得到重復利用。

3.2 打造舒適環(huán)境

以低碳節(jié)能和綠色環(huán)保為原則，對建筑進行設(shè)計與施工，既能夠促進生態(tài)環(huán)境變好，也能夠促進個人健康[4]。因此在制定設(shè)計方案時，有關(guān)人員應重視打造舒適環(huán)境的要求，保證建筑內(nèi)部所使用施工和裝修材料均為無毒、無害材料，空氣清新，相對濕度和溫度適宜。

3.3 節(jié)約能源

充分利用太陽能，配合使用空調(diào)、采暖和節(jié)能圍護結(jié)構(gòu)，減少建筑內(nèi)部空調(diào)、采暖的數(shù)量。根據(jù)建筑布局、當?shù)貧夂蛱攸c，對自然風加以利用。

3.4 盡量貼近自然

選擇綠色環(huán)保技術(shù)時，設(shè)計人員應充分考慮當?shù)貧夂蛱攸c，這是因為綠色建筑的特點主要是能夠完全融入周圍環(huán)境，以動靜互補、和諧一致為指導原則，通過設(shè)計環(huán)保且可行的施工方式，為生態(tài)環(huán)境提供全方位保護。在雨季較長的南方地區(qū)，設(shè)計供水系統(tǒng)時，可充分利用雨水資源，而在冬季溫度偏低的北方地區(qū)，設(shè)計人員需要將設(shè)計重心放在門窗及墻體設(shè)計上，以此達到保溫防寒的目的。

4 建筑設(shè)計中節(jié)能技術(shù)的應用

綠色設(shè)計理念的提出，標志著建筑設(shè)計走向低碳節(jié)能和環(huán)保，距離實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展目標更進一步[5]。

4.1 屋面節(jié)能

屋面節(jié)能強調(diào)以優(yōu)化屋面層所具有熱工性能的方式，阻止熱量傳遞。相關(guān)措施可分為坡屋面、保溫屋面、綠化屋面和架空屋面等四類?，F(xiàn)代建筑所采用的屋面形式，多為植草屋面、非上人屋面，其中，植草屋面位于地下室的頂板處。

對建筑屋面進行節(jié)能設(shè)計，關(guān)鍵是要做到大面積應用節(jié)能保溫材料，擠塑板、聚苯板等傳統(tǒng)保溫材料，均存在成本昂貴，施工難度較大，有毒且易燃，極易開裂導致使用壽命縮短等問題。若沿用傳統(tǒng)材料，不僅無法達到綠色節(jié)能的要求，還會增加火災等事故發(fā)生的可能，進而對人們的安全產(chǎn)生威脅。

在此背景下，有關(guān)人員對新型保溫材料進行了研發(fā)，以GJ-XQ為代表的新型保溫材料，既能夠滿足國家對建筑能耗要求，又彌補了傳統(tǒng)材料的不足。優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面：一是防火性能優(yōu)異，具有良好的安全性及可靠性；二是無毒且不會給環(huán)境造成污染；三是整體強度理想，不存在生霉、起鼓、脫落或是開裂的問題；四是施工難度小、成本低且使用壽命長。

4.2 門窗節(jié)能

對門窗進行節(jié)能設(shè)計的切入點，主要是減少太陽輻射，控制熱量傳遞及滲透。在太陽輻射較強的地區(qū)，輻射熱傳遞途徑以窗戶為主，設(shè)計人員可選擇對建筑進行內(nèi)遮陽處理，使太陽輻射被控制在合理范圍內(nèi)。關(guān)于控制熱量傳遞，建筑的窗戶主要分為窗框、扇形材和鑲嵌材料三部分，設(shè)計人員可酌情選用實證有效的節(jié)能材料。例如，以隔熱鋁、塑鋼為主要材質(zhì)的節(jié)能窗框，節(jié)能效果理想的熱反射玻璃與中空玻璃，傳熱量往往能夠隨著窗戶所具有傳熱性的增大而減少。減少滲透量的方法，主要是利用密封性能良好的材料對窗戶進行密封，使氣密性達到理想水平，隨著室外與室內(nèi)氣流大量交換的問題被解決，設(shè)備負荷顯著減少。

4.3 墻體節(jié)能

建筑外墻保溫始終是行業(yè)關(guān)注重點[6]。在確定施工技術(shù)時，設(shè)計人員應考慮當?shù)貧夂蚝偷乩憝h(huán)境，真正以外界環(huán)境為依據(jù)，利用相關(guān)資源。例如，在冬季溫度偏低的北方，通常要在墻體表面覆蓋多層防寒材料，才能起到節(jié)能的效果。

墻體節(jié)能和屋面節(jié)能的原理相同，墻體設(shè)計與施工所用節(jié)能技術(shù)，主要分為單一節(jié)能、復合節(jié)能。單一節(jié)能指的是通過優(yōu)化墻體結(jié)構(gòu)主體材料所具有熱工性能的方式，達到節(jié)能的目的。復合節(jié)能指的是以墻體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過覆蓋多層保溫材料的方式，使其熱工性能得到改善。在建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，有關(guān)人員往往會選擇以國家所提出的節(jié)能要求為依據(jù)，結(jié)合實際情況，大面積鋪設(shè)復合保溫磚或其他新型材料，使墻體實現(xiàn)自保溫。

4.4 地源供熱

我國現(xiàn)有建筑中，約有95%的建筑未達到節(jié)能標準，在正在施工或計劃投入使用的建筑中，高能耗建筑的占比為90%，建筑能耗約為各行業(yè)總能耗的35%，其中，能源消耗量較大的環(huán)節(jié)為暖通。

在傳統(tǒng)設(shè)計中，建筑制冷、供暖和熱水需求，主要依靠燃燒氣、礦煤和油來得到滿足，由此而帶來的問題體是要消耗大量能源和導致環(huán)境污染程度加重。

地球淺層所蘊含的地能往往為可再生能源，作為現(xiàn)有技術(shù)中，優(yōu)勢突出且應用前景廣闊的技術(shù)，經(jīng)由地源熱泵對淺層地能進行轉(zhuǎn)化，可使各國所排放CO2的總量減少約6%。由我國所研發(fā)的超導熱泵，其節(jié)能效果較常規(guī)熱泵技術(shù)更加優(yōu)異，該技術(shù)強調(diào)利用超導材料替代水源傳導材料，通過升級真空金屬管及其內(nèi)部傳導材料的方式，使導熱性得到顯著提高，不僅傳遞能量的速度更快，傳輸距離也有所延長。

4.5 通風與采光

4.5.1 通風

充分利用自然風對建筑進行設(shè)計，同樣是生態(tài)設(shè)計、可持續(xù)設(shè)計的表現(xiàn)。自然通風的好處，主要是能夠在建筑內(nèi)部營造自然且清新的環(huán)境，通過取代一部分機械通風的方式，將機械通風所消耗的能源量維持在較低水平。

4.5.2 采光

對人工環(huán)境質(zhì)量進行評價的又一指標為采光，建筑內(nèi)部常見的采光形式有自然采光、人工照明，要想有效降低采光能耗，關(guān)鍵是要保證自然采光、人工照明處于相對平衡的狀態(tài)。簡單來說，就是盡量利用自然光替代人工照明。例如，在地下室、頂層區(qū)域，對光導照明系統(tǒng)進行設(shè)置，便可有效節(jié)省常規(guī)照明所產(chǎn)生的電力消耗。

4.6 太陽能的應用

4.6.1 太陽能光伏

太陽能光伏又被稱作光生伏特（如圖1所示），其原理是以光伏半導體所具有光生伏打效應為依托，確保太陽能可被盡數(shù)轉(zhuǎn)變成直流電能。將該項技術(shù)用于建筑設(shè)計，對提高建筑環(huán)保性能具有重大意義。以某小區(qū)為例，設(shè)計人員在建筑屋頂對光伏系統(tǒng)進行了設(shè)置，光伏組件為230 W 的晶體硅，結(jié)合當?shù)厍闆r將電池組件傾角設(shè)為20，通過串聯(lián)3 塊電池的方式，獲得電池方陣，該電池方陣與匯流箱連接，匯流箱與接線柜連接，接線柜與配電系統(tǒng)連接。

圖1 太陽能光伏

4.6.2 太陽能熱水

我國大部分地區(qū)均滿足安裝太陽能熱水系統(tǒng)的條件，其特點是由系統(tǒng)負責24 h 提供熱水，通過對自來水壓力加以利用的方式，使系統(tǒng)得到自動補水。集熱器得以自動循環(huán)所依托要素為內(nèi)外溫差，住戶可通過安裝加熱系統(tǒng)、壁掛爐的方式，為系統(tǒng)加熱提供輔助。

4.7 外部遮陽

近幾年，越來越多的建筑選擇設(shè)置卷簾外遮陽系統(tǒng)，特點是顏色及面料豐富、整體結(jié)構(gòu)較小，通常分為抗風壓低梁、遮陽面料、驅(qū)動及導向四部分。合理應用遮陽卷簾，不僅能夠起到遮光、遮陽的效果，還可以使建筑外立面更具觀賞價值，在實際應用中，以下內(nèi)容需要引起重視：一是根據(jù)當?shù)毓庹諘r長和紫外線強度選擇卷簾面料，并保證所選擇面料便于維護及清洗；二是優(yōu)先選用暗藏拉桿、彈簧裝置的高強度垂直軌道，增強遮陽卷簾所具有的抗風能力，確保其使用壽命可得到顯著延長。

4.8 其他節(jié)能技術(shù)

為實現(xiàn)低碳目標，對建筑進行設(shè)計時，設(shè)計人員可選擇在走廊、電梯內(nèi)部安裝節(jié)能燈具，在樓梯間安裝由聲光進行控制的燈具，同時用風光互補路燈取代傳統(tǒng)路燈。在選擇供水管材時，應重點關(guān)注管材內(nèi)壁是否光滑，以免管道沿程損失水頭超出預期，同時改用倒流防止器和低阻力閥門。在確保管道水力和水頭損失得到控制的前提下，通過調(diào)整水泵供水壓力的方式，使供水能耗得到顯著降低。

5 結(jié)語

綜上所述，要想節(jié)約建筑所消耗的能源，為生態(tài)環(huán)境提供保護，關(guān)鍵是要深入研究現(xiàn)有生態(tài)技術(shù)，保證相關(guān)技術(shù)可在建筑設(shè)計環(huán)節(jié)得到集成。事實證明，在氣候問題、能源危機和環(huán)境污染形勢越來越嚴峻的背景下，利用現(xiàn)有技術(shù)對建筑進行設(shè)計與施工，使建筑滿足低碳綠色的要求，一方面可使低碳生活方式得到大力推廣，另一方面可通過對能源緊缺情況加以環(huán)保節(jié)約的方式，為持續(xù)發(fā)展助力。