白春霞  侯偉男

（長安大學建筑學院，陜西 西安710061）

 

    眾所周知，建筑節能是時代的需求。建筑作為一個龐大的系統，在運作的過程中要不斷的消耗著各種資源來滿足其正常運作。建筑本身就是一個能源消費體，其能耗在人類總能耗中所占比重約為1/4�？梢�，建筑節能工作具有重要的意義。一提到建筑節能，人們往往會想到綠色建筑。綠色建筑設計是實現綠色建筑的重要舉措之一。本文通過對綠色建筑及其節能設計的介紹，提出了基于中國國情和特色的綠色建筑設計的一些方法。

 

   1.1綠色建筑

    “綠色建筑”的概念雖早已提出，國內外有不同的版本，但一直以來都沒有一個統一的標準。在2006年制定的《綠色建筑評價標準》中，我國基于中國國情和特色，提出了我國綠色建筑的概念：在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。由此可見，綠色建筑設計是一項復雜的系統的工程，是跨學科的綜合性的設計，是多學科交叉融合的產物。

 

    綠色建筑設計是一種全新的設計理念，同時也是一個完整的系統。它是指在以人為本的前提下，在選址、規劃、設計、施工、運營及拆除過程等各個階段貫徹節能理念，充分利用自然資源，在不破壞生態平衡的基礎上，運用自然通風、自然采光、低能耗圍護結構、綠色建材、中水系統和智能控制等綜合技術建造的一種建筑。其實質為在全壽命周期內最大限度的節約能源、保護環境和減少污染。

 

    1.2綠色建筑設計

    綠色建筑設計是指建筑師在建筑設計之初就考慮到節能減排等因素，在設計的過程中，運用整體的、科學的、優化的和節能的設計方法，貫徹可持續發展的理念，做到充分利用自然資源和可再生能源。

 

    綠色建筑設計是建筑節能的重要環節。在實際中，很多建筑在設計之初往往因為種種原因沒有或忽視了節能設計，而當其投入使用之后，能耗極大。隨著能源危機的加劇，不得不再次對其進行節能改造，甚至粗暴的進行拆除，造成資源的極大浪費。綠色建筑設計過程本身就融合了節能的理念。

 

    在我國，經濟較發達地區結合當地氣候條件和自身特點，率先進行綠色建筑節能技術集成研究，并予以實踐。例如“清華超低能耗示范樓”和“上海生態建筑示范樓”等綠色節能建筑示范項目已建成并向國內外開放；青島的辦公建筑“天人大廈”（圖1）亦是比較成功的綠色建筑實例�！疤烊舜髲B”運用了光伏發電、光導管、風力發電、生物質能回收利用、中水回用、雨水收集、人工濕地、熱壓通風、太陽能集熱、屋頂綠化、垂直綠化、立面遮陽以及外墻保溫等十多項節能的新技術和新工藝。同時，青島市實施公共建筑能耗監測系統并將節能與政績掛鉤，通過對建筑能耗數據進行分類、分項計量（圖2），將能耗數據遠程傳輸至數據中心，進行綜合分析，并且對公共建筑的能耗進行實時監測，及時發現問題并予以解決。相對而言，經濟欠發達地區，大都停留在較單一的節能技術措施上，主要是針對維護結構的構造處理上。

圖1 天人大廈（自攝）                       圖2 統一能耗模型與規范化能耗拆分方法（來源網絡）

 

    天人大廈和青島市實施的公共建筑能耗監測系統實質上是綜合技術和高技術的應用。在進行綠色建筑設計時，還應考慮我國不同的氣候區劃，根據當地的地理條件、氣候條件等綜合因素，采用適宜技術，也即中國特色。我國傳統民居建筑，為了適應當地氣候，采用簡單有效的生態節能技術（適宜技術），有效的解決了保溫、隔熱、通風、采光等問題，改善了室內熱環境和微氣候。同時，在我國太陽能資源豐富的西北地區進行綠色建筑設計時，應充分利用太陽能（太陽能熱水、采暖和光伏建筑集成系統），達到資源最大化利用。

 

    綠色建筑是未來建筑發展的大趨勢。與國外相比，我國還處在綠色建筑的起步階段，任重而道遠。在建筑節能方面，與我國氣候相近的國家或地區相比，我國采暖地區的建筑能耗約是他們的3倍左右。在綠色建筑設計方面，可再生能源利用、綠色環保建材、資源回用技術等方面均需加快研究步伐。

 

    綠色建筑設計主要是從建筑的前期策劃、合理的場地規劃、綜合的建筑節能設計和相關的建筑節能軟件輔助設計等方面入手進行設計，并利用相關專業軟件進行必要的環境模擬，最大限度的節約能源、資源，從而達到節能減排的目標。其中，與設計非常相關的就是場地規劃和建筑節能設計。

 

    3.1 合理的場地規劃

    3.1.1 節地

    在選址上，建筑的用地不僅應考慮舊建筑的綜合利用，還應合理地選用已廢棄場地進行建設，并且充分利用地形和地下空間，以節約用地。

 

    以山東“天人大廈”為例，其從場地的生態化設計（圖4）和綠化生態補償措施進行整體規劃，尊重原有地形，充分利用地下空間。對于場地內原有的地形變化在方案設計中予以保留，建筑主要布局在地勢較為平坦的場地東側。把起伏的地形留作室外場地，不僅減少場地整治費用，還減小了對自然環境的破壞。“天人大廈”采用垂直綠化和屋頂綠化設計，對原有綠化進行補償�！疤烊舜髲B”還建有一套完備的中水系統（圖5），雨水收集，經過管道收集、循環處理后，用于灌溉沖洗，大大減少清水消耗。

    3.1.2 合理的朝向、間距及建筑單體的組合方式

    利用建筑布局和建筑單體的圍合，形成氣候防護單元，優化微氣候。朝向的選擇需考慮多方面的因素：冬季考慮適量的陽光射入室內，同時還得考慮夏季盡量減少陽光直射室內和外墻面；夏季考慮具有良好的通風，但還需考慮冬季避免冷風吹襲等多方面因素。對于空調建筑，確定良好的建筑朝向，其對建筑的空調冷負荷有很大的影響，是一項重要的節能措施。在實際應用中，針對不同地區的日照和風向進行實測和分析，給出當地建筑的最佳朝向和適宜朝向的范圍。例如，西安地區最佳朝向為南偏東10°，適宜朝向為南和南偏西建筑宜選擇最佳的朝向和合理的間距，以獲得適宜的太陽輻射，并且有利于獲得良好的自然通風。

 

    3.2綜合的建筑節能設計

    在建筑節能設計時應充分利用場地自然條件，設計合理的建筑體形和窗墻比，選擇可活動式外遮陽，使建筑能得到良好的日照、通風和采光。

 

    3.2.1 具有合理的體型系數

    研究表明，體型系數（S= F₀ / V₀）每增大0.01，耗熱量指標約增加2.5%。因此，在綠色節能建筑設計時，應采用最少的建筑表面積圍合成滿足其功能要求的室內空間。建筑外表面積越小，越有利于建筑節能，熱損失越小，節能效果越顯著。

 

    3.2.2 建筑平面設計

    在進行建筑設計時，首先應盡量保證平面形狀規整，以減少建筑表面積；其次，考慮室內熱環境的合理分區，相對次要的房間、熱環境要求較低的房間（例如衛生間、走道等），布置在北向或者其它朝向。再次，為保證主要使用房間的室內熱環境的舒適性，可結合實際情況，設置各式各樣的溫度阻尼區。其類似于一道“熱閘”，不僅可以減少外墻的傳熱量，而且還可減少房間的冷風滲透。

 

    3.2.3圍護結構的節能措施

    我國地域遼闊，各地氣候差異較大。不同地區要求不一，有的以冬季防寒為主，有的則要求夏季防熱，還有的兩者兼之。其主要目的是改善建筑熱環境，減弱室外熱作用對圍護結構的影響，夏季應使室外的熱量盡量少傳入室內，而冬季又要求圍護結構具有良好的保溫效果。

 

    維護結構傳熱的熱損失占整個建筑物的熱損失約50%-60%，門窗縫隙空氣滲透的熱損失約占20%-30%。因此，建筑節能設計的重點是加強維護結構的保溫隔熱和提高窗的氣密性。

    （1）外墻、屋頂節能設計

    在北方地區，一些常用的做法是合理利用材料，以因地制宜和保護環境為基本原則，盡可能利用當地環境材料，對外墻、屋面通過熱工計算采取合理的節能保溫構造措施。

 

    針對某些地區夏季頂層過熱和冬季屋頂保溫性能差的問題，在設計時可以考慮設隔熱層和保溫層。綜合考慮采用側面可開啟通風式屋面，夏季開啟，冬季關閉，從而解決夏季頂層過熱和冬季保溫性能差的問題。另外，也可在屋面種植植物，利用植物蒸騰作用發散熱量，從而降低屋頂室外溫度。

 

    （2）門窗節能設計

    窗戶熱損失較大的主要因素是窗戶傳熱和空氣滲透耗熱兩個方面。因此，窗節能設計的重點便是控制窗的傳熱系數，提高窗的氣密性。

 

    北方地區，冬季采暖期室內外溫差傳熱的熱量損失是造成能耗大的主要原因。因此應降低窗的傳熱系數，從而減少由溫差傳熱帶來的熱損失。設計時考慮窗采用新型節能門窗或用氣密條對其密封處理。門窗與墻的交接處亦采用膠泥嵌縫處理，以提高門窗的氣密性。此外，在主入口處應加設門斗。

 

    3.3相關建筑節能軟件

    建筑節能軟件，主要是在設計階段通過計算機的模擬，以獲得優化的設計方案。目前，建筑節能軟件比較多。有對建筑模擬、節能分析、節能改造優化、投資分析的美國紐約能源供應協會開發的EA-QUIP軟件；有對建筑模擬、室內氣候、能耗、天然采光和熱工分析的丹麥建筑研究所開發的BSim2000軟件等。

 

    清華大學建筑技術科學系開發了一套設計模擬工具DeST(Desinger’s Simulation Toolkit),為設計人員提供了新的技術平臺。DeST由全年逐時氣象數據處理模塊、建筑分析模擬模塊、空調系統方案模擬模塊等眾多模塊組成。

 

    Ecotect（生態建筑大師）是在建筑概念設計階段對建筑性能進行分析，其中包括熱環境分析、光環境分析、聲環境分析、日照分析、可視度分析以及經濟和環境影響分析等六個方面的內容。例如，在設計初期階段運用Ecotect軟件分析側窗和天窗對室內采光情況的影響；對同一建筑的不同體形系數、不同窗墻比和不同結構材料進行模擬計算，根據造價和性能的綜合考慮得出合理的設計方案。

 

    綠色建筑是未來建筑發展的趨勢，其關鍵就在于通過合理的規劃與設計和有效的實踐，實現“四節一環�！�。與國外相比，我國還處在起步階段，任重而道遠。在可再生能源利用、綠色環保建材、技術創新和推廣等方面均需加快研究步伐，為我國綠色建筑事業的發展做出積極的貢獻。

 

參考文獻：

[1] 劉啟波，周若祁.綠色住區綜合評價方法與設計準則[M].北京：中國建筑工業出版社，2006年11月第一版.

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[6] 龍惟定，武涌.建筑節能技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2009年8月第一版.

[7] 吳興平，繆小平，莊克鵬.南京地區建筑空調節能技術與措施探討[J].建筑節能，2008（07）.

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)