白春霞  侯偉男

（長(zhǎng)安大學(xué)建筑學(xué)院，陜西 西安710061）

 

    眾所周知，建筑節(jié)能是時(shí)代的需求。建筑作為一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在運(yùn)作的過(guò)程中要不斷的消耗著各種資源來(lái)滿足其正常運(yùn)作。建筑本身就是一個(gè)能源消費(fèi)體，其能耗在人類總能耗中所占比重約為1/4。可見(jiàn)，建筑節(jié)能工作具有重要的意義。一提到建筑節(jié)能，人們往往會(huì)想到綠色建筑。綠色建筑設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要舉措之一。本文通過(guò)對(duì)綠色建筑及其節(jié)能設(shè)計(jì)的介紹，提出了基于中國(guó)國(guó)情和特色的綠色建筑設(shè)計(jì)的一些方法。

 

   1.1綠色建筑

    “綠色建筑”的概念雖早已提出，國(guó)內(nèi)外有不同的版本，但一直以來(lái)都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在2006年制定的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，我國(guó)基于中國(guó)國(guó)情和特色，提出了我國(guó)綠色建筑的概念：在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)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(jiàn)，綠色建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)的工程，是跨學(xué)科的綜合性的設(shè)計(jì)，是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物。

 

    綠色建筑設(shè)計(jì)是一種全新的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也是一個(gè)完整的系統(tǒng)。它是指在以人為本的前提下，在選址、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及拆除過(guò)程等各個(gè)階段貫徹節(jié)能理念，充分利用自然資源，在不破壞生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，運(yùn)用自然通風(fēng)、自然采光、低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、綠色建材、中水系統(tǒng)和智能控制等綜合技術(shù)建造的一種建筑。其實(shí)質(zhì)為在全壽命周期內(nèi)最大限度的節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和減少污染。

 

    1.2綠色建筑設(shè)計(jì)

    綠色建筑設(shè)計(jì)是指建筑師在建筑設(shè)計(jì)之初就考慮到節(jié)能減排等因素，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，運(yùn)用整體的、科學(xué)的、優(yōu)化的和節(jié)能的設(shè)計(jì)方法，貫徹可持續(xù)發(fā)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(shè)計(jì)是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際中，很多建筑在設(shè)計(jì)之初往往因?yàn)榉N種原因沒(méi)有或忽視了節(jié)能設(shè)計(jì)，而當(dāng)其投入使用之后，能耗極大。隨著能源危機(jī)的加劇，不得不再次對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，甚至粗暴的進(jìn)行拆除，造成資源的極大浪費(fèi)。綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程本身就融合了節(jié)能的理念。

 

    在我國(guó)，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件和自身特點(diǎn)，率先進(jìn)行綠色建筑節(jié)能技術(shù)集成研究，并予以實(shí)踐。例如“清華超低能耗示范樓”和“上海生態(tài)建筑示范樓”等綠色節(jié)能建筑示范項(xiàng)目已建成并向國(guó)內(nèi)外開(kāi)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(shí)例。“天人大廈”運(yùn)用了光伏發(fā)電、光導(dǎo)管、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能回收利用、中水回用、雨水收集、人工濕地、熱壓通風(fēng)、太陽(yáng)能集熱、屋頂綠化、垂直綠化、立面遮陽(yáng)以及外墻保溫等十多項(xiàng)節(jié)能的新技術(shù)和新工藝。同時(shí)，青島市實(shí)施公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并將節(jié)能與政績(jī)掛鉤，通過(guò)對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分項(xiàng)計(jì)量（圖2），將能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行綜合分析，并且對(duì)公共建筑的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以解決。相對(duì)而言，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，大都停留在較單一的節(jié)能技術(shù)措施上，主要是針對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理上。

圖1 天人大廈（自攝）                       圖2 統(tǒng)一能耗模型與規(guī)范化能耗拆分方法（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

 

    天人大廈和青島市實(shí)施的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是綜合技術(shù)和高技術(shù)的應(yīng)用。在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮我國(guó)不同的氣候區(qū)劃，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件、氣候條件等綜合因素，采用適宜技術(shù)，也即中國(guó)特色。我國(guó)傳統(tǒng)民居建筑，為了適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颍�采用�?jiǎn)單有效的生態(tài)節(jié)能技術(shù)（適宜技術(shù)），有效的解決了保溫、隔熱、通風(fēng)、采光等問(wèn)題，改善了室內(nèi)熱環(huán)境和微氣候。同時(shí)，在我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富的西北地區(qū)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用太陽(yáng)能（太陽(yáng)能熱水、采暖和光伏建筑集成系統(tǒng)），達(dá)到資源最大化利用。

 

    綠色建筑是未來(lái)建筑發(fā)展的大趨勢(shì)。與國(guó)外相比，我國(guó)還處在綠色建筑的起步階段，任重而道遠(yuǎn)。在建筑節(jié)能方面，與我國(guó)氣候相近的國(guó)家或地區(qū)相比，我國(guó)采暖地區(qū)的建筑能耗約是他們的3倍左右。在綠色建筑設(shè)計(jì)方面，可再生能源利用、綠色環(huán)保建材、資源回用技術(shù)等方面均需加快研究步伐。

 

    綠色建筑設(shè)計(jì)主要是從建筑的前期策劃、合理的場(chǎng)地規(guī)劃、綜合的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和相關(guān)的建筑節(jié)能軟件輔助設(shè)計(jì)等方面入手進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用相關(guān)專業(yè)軟件進(jìn)行必要的環(huán)境模擬，最大限度的節(jié)約能源、資源，從而達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。其中，與設(shè)計(jì)非常相關(guān)的就是場(chǎng)地規(guī)劃和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。

 

    3.1 合理的場(chǎng)地規(guī)劃

    3.1.1 節(jié)地

    在選址上，建筑的用地不僅應(yīng)考慮舊建筑的綜合利用，還應(yīng)合理地選用已廢棄場(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)，并且充分利用地形和地下空間，以節(jié)約用地。

 

    以山東“天人大廈”為例，其從場(chǎng)地的生態(tài)化設(shè)計(jì)（圖4）和綠化生態(tài)補(bǔ)償措施進(jìn)行整體規(guī)劃，尊重原有地形，充分利用地下空間。對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)原有的地形變化在方案設(shè)計(jì)中予以保留，建筑主要布局在地勢(shì)較為平坦的場(chǎng)地東側(cè)。把起伏的地形留作室外場(chǎng)地，不僅減少場(chǎng)地整治費(fèi)用，還減小了對(duì)自然環(huán)境的破壞。“天人大廈”采用垂直綠化和屋頂綠化設(shè)計(jì)，對(duì)原有綠化進(jìn)行補(bǔ)償。“天人大廈”還建有一套完備的中水系統(tǒng)（圖5），雨水收集，經(jīng)過(guò)管道收集、循環(huán)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(hù)單元，優(yōu)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(yáng)光射入室內(nèi)，同時(shí)還得考慮夏季盡量減少陽(yáng)光直射室內(nèi)和外墻面；夏季考慮具有良好的通風(fēng)，但還需考慮冬季避免冷風(fēng)吹襲等多方面因素。對(duì)于空調(diào)建筑，確定良好的建筑朝向，其對(duì)建筑的空調(diào)冷負(fù)荷有很大的影響，是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同地區(qū)的日照和風(fēng)向進(jìn)行實(shí)測(cè)和分析，給出當(dāng)?shù)亟ㄖ�的最佳朝向和適宜朝向的范圍。例如，西安地區(qū)最佳朝向?yàn)槟掀珫|10°，適宜朝向?yàn)槟虾湍掀�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(yáng)輻射，并且有利于獲得良好的自然通風(fēng)。

 

    3.2綜合的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

    在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用場(chǎng)地自然條件，設(shè)計(jì)合理的建筑體形和窗墻比，選擇可活動(dòng)式外遮陽(yáng)，使建筑能得到良好的日照、通風(fēng)和采光。

 

    3.2.1 具有合理的體型系數(shù)

    研究表明，體型系數(shù)（S= F₀ / V₀）每增大0.01，耗熱量指標(biāo)約增加2.5%。因此，在綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用最少的建筑表面積圍合成滿足其功能要求的室內(nèi)空間。建筑外表面積越小，越有利于建筑節(jié)能，熱損失越小，節(jié)能效果越顯著。

 

    3.2.2 建筑平面設(shè)計(jì)

    在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)盡量保證平面形狀規(guī)整，以減少建筑表面積；其次，考慮室內(nèi)熱環(huán)境的合理分區(qū)，相對(duì)次要的房間、熱環(huán)境要求較低的房間（例如衛(wèi)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(nèi)熱環(huán)境的舒適性，可結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)置各式各樣的溫度阻尼區(qū)。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(fēng)滲透。

 

    3.2.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施

    我國(guó)地域遼闊，各地氣候差異較大。不同地區(qū)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(huán)境，減弱室外熱作用對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，夏季應(yīng)使室外的熱量盡量少傳入室內(nèi)，而冬季又要求圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的保溫效果。

 

    維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的熱損失占整個(gè)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(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是加強(qiáng)維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱和提高窗的氣密性。

    （1）外墻、屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)

    在北方地區(qū)，一些常用的做法是合理利用材料，以因地制宜和保護(hù)環(huán)境為基本原則，盡可能利用當(dāng)?shù)丨h(huán)境材料，對(duì)外墻、屋面通過(guò)熱工計(jì)算采取合理的節(jié)能保溫構(gòu)造措施。

 

    針對(duì)某些地區(qū)夏季頂層過(guò)熱和冬季屋頂保溫性能差的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)隔熱層和保溫層。綜合考慮采用側(cè)面可開(kāi)啟通風(fēng)式屋面，夏季開(kāi)啟，冬季關(guān)閉，從而解決夏季頂層過(guò)熱和冬季保溫性能差的問(wèn)題。另外，也可在屋面種植植物，利用植物蒸騰作用發(fā)散熱量，從而降低屋頂室外溫度。

 

    （2）門窗節(jié)能設(shè)計(jì)

    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(gè)方面。因此，窗節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)便是控制窗的傳熱系數(shù)，提高窗的氣密性。

 

    北方地區(qū)，冬季采暖期室內(nèi)外溫差傳熱的熱量損失是造成能耗大的主要原因。因此應(yīng)降低窗的傳熱系數(shù)，從而減少由溫差傳熱帶來(lái)的熱損失。設(shè)計(jì)時(shí)考慮窗采用新型節(jié)能門窗或用氣密條對(duì)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(yīng)加設(shè)門斗。

 

    3.3相關(guān)建筑節(jié)能軟件

    建筑節(jié)能軟件，主要是在設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬，以獲得優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。目前，建筑節(jié)能軟件比較多。有對(duì)建筑模擬、節(jié)能分析、節(jié)能改造優(yōu)化、投資分析的美國(guó)紐約能源供應(yīng)協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的EA-QUIP軟件；有對(duì)建筑模擬、室內(nèi)氣候、能耗、天然采光和熱工分析的丹麥建筑研究所開(kāi)發(fā)的BSim2000軟件等。

 

    清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系開(kāi)發(fā)了一套設(shè)計(jì)模擬工具DeST(Desinger’s Simulation Toolkit),為設(shè)計(jì)人員提供了新的技術(shù)平臺(tái)。DeST由全年逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)處理模塊、建筑分析模擬模塊、空調(diào)系統(tǒng)方案模擬模塊等眾多模塊組成。

 

    Ecotect（生態(tài)建筑大師）是在建筑概念設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑性能進(jìn)行分析，其中包括熱環(huán)境分析、光環(huán)境分析、聲環(huán)境分析、日照分析、可視度分析以及經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響分析等六個(gè)方面的內(nèi)容。例如，在設(shè)計(jì)初期階段運(yùn)用Ecotect軟件分析側(cè)窗和天窗對(duì)室內(nèi)采光情況的影響；對(duì)同一建筑的不同體形系數(shù)、不同窗墻比和不同結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)造價(jià)和性能的綜合考慮得出合理的設(shè)計(jì)方案。

 

    綠色建筑是未來(lái)建筑發(fā)展的趨勢(shì)，其關(guān)鍵就在于通過(guò)合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)和有效的實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保”。與國(guó)外相比，我國(guó)還處在起步階段，任重而道遠(yuǎn)。在可再生能源利用、綠色環(huán)保建材、技術(shù)創(chuàng)新和推廣等方面均需加快研究步伐，為我國(guó)綠色建筑事業(yè)的發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。

 

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)