綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計研究

錢琰 張一兵 顧賢光

關(guān)鍵詞：綠色建筑理念;建筑節(jié)能;節(jié)能設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展及一系列能源問題的出現(xiàn)，人們逐漸意識到走可持續(xù)發(fā)展道路的重要性。基于此，以可持續(xù)理念為目標(biāo)、以節(jié)能減排為導(dǎo)向的建筑設(shè)計逐步成為建筑學(xué)專業(yè)的重要研究方向之一，在這樣的背景下，綠色建筑應(yīng)運而生[1]。

1 綠色建筑理念概述

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378—2019）將綠色建筑定義為：在全壽命周期內(nèi)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑[2]。綠色建筑理念是一種新型的環(huán)保理念，重點是推廣可再生能源和清潔能源，減少建筑能耗，注重建筑材料的可回收性，設(shè)計更關(guān)注建筑環(huán)境的整體性和系統(tǒng)性[3]。綠色建筑理念貫穿建筑節(jié)能設(shè)計的始終，推廣和踐行綠色建筑理念，可以保證綠色建筑設(shè)計、施工、運營及維護(hù)的順利實施，意義重大。

2 綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計原則

2.1 宜居性原則

建筑設(shè)計的目標(biāo)是服務(wù)于人，為人們提供一個健康舒適的生活和工作環(huán)境，因此建筑設(shè)計首先要遵循宜居性原則。設(shè)計人員應(yīng)該從建筑宜居性出發(fā)，結(jié)合場地的自然條件，合理組織采光，盡量自然通風(fēng)，提高居住舒適度。同時還要考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，重視建筑周邊的場地設(shè)計，保證人們的身心健康。

2.2 整體性原則

整體性是節(jié)能設(shè)計的另一個重要原則，其注重人與自然的和諧相處，注重建筑物與周邊環(huán)境的融合性。這就要求人們不要把建筑看作孤立的存在，而要結(jié)合具體情況，盡量選用當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?，?jié)省運費花銷。同時，設(shè)計師應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜宋牧?xí)俗和氣候條件開展設(shè)計工作，這對于呈現(xiàn)各地建筑特色意義重大。

2.3 節(jié)能性原則

節(jié)能性原則要求建筑設(shè)計要體現(xiàn)出節(jié)能特點，基于此設(shè)計人員應(yīng)該從節(jié)能設(shè)計出發(fā)，從規(guī)劃、設(shè)計、環(huán)境、健康等層面進(jìn)行考慮。在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計時，要綜合考慮場地選址的局限性和特殊性，著重場址的環(huán)境設(shè)計，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞;在進(jìn)行交通設(shè)計時，可以采用建筑綠色節(jié)能的手法，盡可能引入新技術(shù);在進(jìn)行室內(nèi)外環(huán)境設(shè)計時，要提高室內(nèi)外環(huán)境的質(zhì)量，減少水、能源等自然資源的消耗，減輕對環(huán)境的負(fù)擔(dān)及對生物多樣性的破環(huán)，同時充分利用可再生能源及清潔能源[4]。

3 綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計思路

3.1 建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計

3.1.1 建筑選址和布局

我國地域遼闊，氣候差異較大，在建筑設(shè)計時，建筑選址和布局也是有所不同的。不僅要充分考慮場地的具體條件，還要綜合當(dāng)?shù)氐奈幕?、周邊自然環(huán)境條件及基礎(chǔ)設(shè)施。在選址時，應(yīng)充分注意利用現(xiàn)狀條件，保證交通便捷，便捷的交通在一定程度上體現(xiàn)了建筑布局的合理性。由于北方屬于嚴(yán)寒地域或寒冷地區(qū)，在建筑選址布局時，應(yīng)盡量考慮減少南北向的遮擋，爭取更多的日照，減少熱損失，保證建筑物內(nèi)的溫度適宜。而南方地區(qū)氣候炎熱，建筑的選址布局應(yīng)考慮自然通風(fēng)，促進(jìn)熱量流通，維持室內(nèi)熱舒適。

3.1.2 建筑朝向和間距

在我國的北方地區(qū)絕大多數(shù)居住建筑都是坐北朝南的，這樣布置的好處是建筑能夠充分利用太陽光，保存較多熱量。而南方地區(qū)的建筑則不以為然，應(yīng)結(jié)合地方性氣候特征來選擇朝向，滿足熱量的快速散發(fā)。此外，還要結(jié)合地區(qū)差異，在保證容積率的前提下，合理地控制建筑間的日照及防火間距，實現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。

3.1.3 建筑周圍場地設(shè)計

建筑室外環(huán)境直接影響節(jié)能效果，因此要結(jié)合建筑周邊的自然環(huán)境條件及基礎(chǔ)設(shè)施來配置綠化植物，同時合理控制各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。場地內(nèi)設(shè)置機動車停車位和非機動車停車位，無障礙停車位考慮設(shè)在靠近建筑主入口的位置，交通便利，場地內(nèi)設(shè)置環(huán)形車道滿足消防要求，一定程度上也達(dá)到了建筑節(jié)能的目的。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計主要是屋面、外墻、外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫及隔熱功能。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗占比較大，通過合理的選擇構(gòu)造類型、建筑材料、門窗類型將會有效提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱人工性能，降低能耗，改善室內(nèi)環(huán)境。設(shè)計人員在設(shè)計時，通過多方案對比，擇優(yōu)選擇建筑形體，精簡建筑造型，屋面設(shè)計時優(yōu)先選擇倒置式屋面，保溫性能最佳，同時根據(jù)柱、梁、板等主體結(jié)構(gòu)的不同位置及各種建筑材料的熱工參數(shù)，合理選擇保溫類型或者采用保溫裝飾一體板。門窗要根據(jù)各種材料的各項性能綜合選擇，也要采用先進(jìn)的安裝技術(shù)，在不影響采光效果和視覺景觀的同時降低能耗，保存室內(nèi)熱量。

3.3 建筑內(nèi)部節(jié)能設(shè)計

良好的采光通風(fēng)決定了建筑的舒適度：（1） 加大開窗面積，增大建筑間距，能夠改善房間的采光通風(fēng)效果;（2） 采用中央空調(diào)集中供暖或制冷，省電節(jié)能，舒適感好，衛(wèi)生要求好;（3） 可選擇優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能燈具，結(jié)合光控技術(shù)，分區(qū)分組照明;（4） 在建筑內(nèi)裝溫控閥來調(diào)節(jié)室溫，避免溫度過高而造成能源浪費，在熱計量入口處設(shè)熱計量表;（5） 建筑內(nèi)墻面選用環(huán)保涂料墻面，不會散發(fā)較多化學(xué)污染物（如甲醛、苯），還具有良好的耐老化、抗?jié)B性能;建筑內(nèi)采用節(jié)水器具，加強用水設(shè)備的維護(hù)管理，杜絕浪費;（6）主要功能房間采取有效的降噪措施，進(jìn)行專項的聲學(xué)設(shè)計，可采用吸聲吊頂。

3.4 可再生能源利用

3.4.1 太陽能的運用

太陽能是非常好的清潔能源而且儲量豐富，充分利用太陽能優(yōu)勢明顯，目前主要用于太陽能發(fā)電，被動式太陽房及太陽能集熱器。太陽能發(fā)電主要是將太陽能通過半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為電能，目前而言花費的成本較高;被動式太陽房是白天直接接受太陽輻射，將熱量傳向室內(nèi)，達(dá)到供暖效果;太陽能集熱器是充分利用太陽輻射，方便熱水供應(yīng)。

3.4.2 地?zé)崮艿倪\用

另一種可再生能源是地?zé)崮?，主要用于發(fā)電、供暖及務(wù)農(nóng)，節(jié)約了資源，減少了對環(huán)境的污染。2010 年地?zé)衢_發(fā)利用總量，相當(dāng)于1500 萬噸煤產(chǎn)生的能量[5]。雖然目前還存在一些障礙，地?zé)崮芾眉夹g(shù)規(guī)程也不夠系統(tǒng)完善，但相信在不久的將來，地?zé)崮軙占巴茝V，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益不言而喻。

4 綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計實踐

4.1 工程概況

徐州某工業(yè)園區(qū)研發(fā)中心是基于綠色建筑理念下的節(jié)能設(shè)計項目，位于江蘇省徐州市沛縣敬安鎮(zhèn)徐豐公路以北，西環(huán)路以東，健康路以南，基地東側(cè)為空地，總規(guī)用地面積5713.95m2，地塊平整規(guī)則。如圖1 所示，其主要功能有多媒體演示中心、會議室、展區(qū)及各類辦公室等。

4.2 節(jié)能設(shè)計分析與評價

建筑布局整體形式呈“L”型，場地西側(cè)合理安排出入口，保證人車分流，避免流線的交叉干擾，同時在場地內(nèi)部設(shè)置環(huán)形消防車道，保證消防撲救安全的基本要求，如圖2 所示。該建筑功能為地上四層辦公建筑，辦公類別為二類，建筑高度和面積分別為15.2m 和3825.84m2。

4.2.1 節(jié)能設(shè)計分析

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019 的綠色建筑評價指標(biāo)體系的內(nèi)容包括“安全耐久”“健康舒適”“生活便利”“資源節(jié)約”“環(huán)境宜居”，其中“資源節(jié)約”所占比重最大，包括節(jié)地與土地利用、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與綠色建材共4 類二級指標(biāo)[6]。以下將從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材四方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計分析。

1） 節(jié)地與土地利用。如圖3 所示，該項目充分考慮建筑周邊的自然環(huán)境條件及基礎(chǔ)設(shè)施，合理配置綠化植物，綠地率達(dá)到30% 以上，采用集中綠地和屋頂綠化，以及透水地面（嵌草磚）設(shè)計;在規(guī)劃用地條件內(nèi)，合理控制經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，該項目的建筑密度為24%，建筑容積率為0.66 ;場地布置及建筑設(shè)計均考慮無障礙設(shè)計，場地內(nèi)合理設(shè)置機動車停車位和非機動車停車位，無障礙停車位設(shè)在靠近建筑主入口的位置，場地內(nèi)設(shè)置環(huán)形車道，主體建筑的出入口處、走道等公共場所進(jìn)行無障礙設(shè)計;場地規(guī)劃注重室外環(huán)境，主體建筑在保證環(huán)形消防車道的前提下盡量東移，為入口廣場和室外活動場地留出更多的空間，符合綠色建筑要求的“節(jié)地”原則。

2） 節(jié)能與能源利用。結(jié)合場地具體條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，該建筑外觀規(guī)整，凹凸較少，保證建筑的南北朝向，使建筑可獲取足夠的陽光;外窗采用6 低透光Low-E+12 空氣+6 透明塑料推拉窗，各項性能指標(biāo)優(yōu)越，外窗可開啟扇能使建筑獲得良好的自然通風(fēng)，外窗采用自遮陽，在不影響采光效果和視覺景觀的同時降低能耗;建筑外墻為200 厚加氣混凝土砌塊，熱工性能優(yōu)越;采用中央空調(diào)集中供暖或制冷，省電節(jié)能，舒適感好，衛(wèi)生要求好;照明節(jié)能選擇優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能燈具，結(jié)合光控技術(shù)，分區(qū)分組實時控制走廊、樓梯間、門廳等場所燈具的開關(guān)。

3） 節(jié)水與水資源利用。該項目選用的綠色節(jié)水技術(shù)形成了水質(zhì)達(dá)準(zhǔn)、水壓穩(wěn)定且可靠的供水系統(tǒng);合理使用非傳統(tǒng)水源，采用節(jié)水灌溉（噴灌式）技術(shù)，停車場地面采用植草磚，減少地面輻射，利于雨水滲透，涵養(yǎng)地下水;建筑內(nèi)采用節(jié)水器具，加強用水設(shè)備的維護(hù)管理，杜絕浪費。

4） 節(jié)材與綠色建材。該建筑按照二類辦公樓設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計通過多方案比較，采用PKPM 與YJK 計算對比，擇優(yōu)選用建筑形體。采用框架結(jié)構(gòu)體系，獨立基礎(chǔ)，形體規(guī)則，建筑造型簡潔，整體呈“L”形，裝飾性構(gòu)件少;外立面采用干掛石材;外墻選用200 厚加氣砼砌塊，導(dǎo)熱系數(shù)低，隔熱性能較佳;為了便于維修和更換，設(shè)備管道要求明管設(shè)計;主要功能房間采取了有效的降噪措施，如門廳、走廊、展廳、各類會議室等進(jìn)行了專項的聲學(xué)設(shè)計，采用礦棉裝飾吸聲板吊頂，如圖4 所示。

4.2.2 節(jié)能設(shè)計評價

該項目采用PBECA 節(jié)能計算軟件，分析其節(jié)能設(shè)計專篇，節(jié)能水平達(dá)到65%，綠色星級達(dá)到二星級標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。該建筑節(jié)能基本情況見表1。該建筑建筑材料熱工參數(shù)見表2 和表3 [9-11]。建筑模型大樣如圖5 所示。

經(jīng)建筑熱工計算，該建筑屬于甲類建筑，體形系數(shù)為0.24，屋面、外墻、架空層或外挑樓板分別采用70mm 擠塑聚苯板、芯材厚度85mm 的復(fù)合巖棉防火保溫板和芯材厚度110mm 的復(fù)合巖棉防火保溫板，其傳熱系數(shù)依次為0.45W / （m2 · K）、0.49W /（m2 · K）和0.5W / （m2 · K）;房間的隔墻采用25mm+25mm 厚的石膏保溫砂漿，傳熱系數(shù)為1.15W / （m2 · K），均滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能要求。

建筑外窗（包括幕墻）采用自遮陽，窗墻面積比東向0.22、南向0.58、西向一0.71、西向二0.55、北向一0.79、北向二0.21，北向一，西向一設(shè)計值≥大于規(guī)范限值0.7，傳熱系數(shù)設(shè)計值各方向均為1.9W / （m2 · K），北向一、西向一設(shè)計值≥規(guī)范限值;太陽得熱系數(shù)0.26，均小于規(guī)范限制，除了西向一和北向一的窗墻比和外窗傳熱系數(shù)，其他均符合熱工性能要求。

該工程因外窗傳熱系數(shù)，周邊地面，西、北向窗墻比不符合規(guī)定性指標(biāo)要求而進(jìn)行權(quán)衡判斷，具體見表4。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡分析如圖6 所示。

綜上，關(guān)于建筑的全年能耗，設(shè)計值小于參照值，因此該項目符合節(jié)能設(shè)計要求。

5 結(jié)語

通過以上分析，基于綠色建筑理念的節(jié)能設(shè)計已是大勢所趨。在未來的發(fā)展過程中，要理論結(jié)合實際，重點推廣可再生能源，優(yōu)化節(jié)能設(shè)計策略，提升建筑工程質(zhì)量，為構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會奠定基礎(chǔ)，為建筑工業(yè)化開辟道路。