綠色建筑下建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探究

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摘要：隨著“綠色建筑”理念的逐漸推廣，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)變得尤為重要。文章主要對(duì)綠色建筑理念做了簡(jiǎn)要概述，然后分析了綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)原則及基本思路，最后以某實(shí)際工程為例，通過(guò)PBECA節(jié)能計(jì)算軟件系統(tǒng)，進(jìn)一步分析了節(jié)能設(shè)計(jì)專篇。以期對(duì)我國(guó)節(jié)能降耗的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。

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

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(wèn)題的出現(xiàn)，人們逐漸意識(shí)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(jì)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(yùn)而生[1]。

1綠色建筑理念概述

《綠色建筑評(píng)價(jià)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(shí)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(diǎn)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(jì)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(jì)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(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的順利實(shí)施，意義重大。

2綠色建筑理念下的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)原則

2.1宜居性原則

建筑設(shè)計(jì)的目標(biāo)是服務(wù)于人，為人們提供一個(gè)健康舒適的生活和工作環(huán)境，因此建筑設(shè)計(jì)首先要遵循宜居性原則。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從建筑宜居性出發(fā)，結(jié)合場(chǎng)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(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，重視建筑周邊的場(chǎng)地設(shè)計(jì)，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(jì)的另一個(gè)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(yùn)費(fèi)花銷。同時(shí)，設(shè)計(jì)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(jì)工作，這對(duì)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(jì)要體現(xiàn)出節(jié)能特點(diǎn)，基于此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從節(jié)能設(shè)計(jì)出發(fā)，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、環(huán)境、健康等層面進(jìn)行考慮。在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮場(chǎng)地選址的局限性和特殊性，著重場(chǎng)址的環(huán)境設(shè)計(jì)，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞；在進(jìn)行交通設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)，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(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)及對(duì)生物多樣性的破環(huán)，同時(shí)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(jì)思路

3.1建筑規(guī)劃節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1.1建筑選址和布局我國(guó)地域遼闊，氣候差異較大，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑選址和布局也是有所不同的。不僅要充分考慮場(chǎng)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(shí)，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(shí)，應(yīng)盡量考慮減少南北向的遮擋，爭(zhēng)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(guó)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(yáng)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(lái)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(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。3.1.3建筑周圍場(chǎng)地設(shè)計(jì)。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(lái)配置綠化植物，同時(shí)合理控制各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置機(jī)動(dòng)車停車位和非機(jī)動(dòng)車停車位，無(wú)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(chǎng)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(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)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(guò)合理的選擇構(gòu)造類型、建筑材料、門窗類型將會(huì)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(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)多方案對(duì)比，擇優(yōu)選擇建筑形體，精簡(jiǎn)建筑造型，屋面設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選擇倒置式屋面，保溫性能最佳，同時(shí)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(xiàng)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(shí)降低能耗，保存室內(nèi)熱量。

3.3建筑內(nèi)部節(jié)能設(shè)計(jì)

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(lái)調(diào)節(jié)室溫，避免溫度過(guò)高而造成能源浪費(fèi)，在熱計(jì)量入口處設(shè)熱計(jì)量表；(5)建筑內(nèi)墻面選用環(huán)保涂料墻面，不會(huì)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(qiáng)用水設(shè)備的維護(hù)管理，杜絕浪費(fèi)；(6)主要功能房間采取有效的降噪措施，進(jìn)行專項(xiàng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)，可采用吸聲吊頂。

3.4可再生能源利用

3.4.1太陽(yáng)能的運(yùn)用。太陽(yáng)能是非常好的清潔能源而且儲(chǔ)量豐富，充分利用太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)明顯，目前主要用于太陽(yáng)能發(fā)電，被動(dòng)式太陽(yáng)房及太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能發(fā)電主要是將太陽(yáng)能通過(guò)半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為電能，目前而言花費(fèi)的成本較高；被動(dòng)式太陽(yáng)房是白天直接接受太陽(yáng)輻射，將熱量傳向室內(nèi)，達(dá)到供暖效果；太陽(yáng)能集熱器是充分利用太陽(yáng)輻射，方便熱水供應(yīng)。3.4.2地?zé)崮艿倪\(yùn)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(duì)環(huán)境的污染。2010年地?zé)衢_發(fā)利用總量，相當(dāng)于1500萬(wàn)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(lái)，地?zé)崮軙?huì)普及推廣，社會(huì)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(jì)實(shí)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(jì)項(xiàng)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(huì)議室、展區(qū)及各類辦公室等。

4.2節(jié)能設(shè)計(jì)分析與評(píng)價(jià)

建筑布局整體形式呈“L”型，場(chǎng)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(shí)在場(chǎng)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(jì)分析?！毒G色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2019的綠色建筑評(píng)價(jià)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(jí)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(jì)分析。1)節(jié)地與土地利用。如圖3所示，該項(xiàng)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(jì)；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(xiàng)目的建筑密度為24%，建筑容積率為0.66；場(chǎng)地布置及建筑設(shè)計(jì)均考慮無(wú)障礙設(shè)計(jì)，場(chǎng)地內(nèi)合理設(shè)置機(jī)動(dòng)車停車位和非機(jī)動(dòng)車停車位，無(wú)障礙停車位設(shè)在靠近建筑主入口的位置，場(chǎng)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(chǎng)所進(jìn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)；場(chǎng)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(chǎng)和室外活動(dòng)場(chǎng)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(chǎng)地具體條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(yáng)光；外窗采用6低透光Low-E+12空氣+6透明塑料推拉窗，各項(xiàng)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(yáng)，在不影響采光效果和視覺景觀的同時(shí)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(shí)時(shí)控制走廊、樓梯間、門廳等場(chǎng)所燈具的開關(guān)。3)節(jié)水與水資源利用。該項(xiàng)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(chǎng)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(qiáng)用水設(shè)備的維護(hù)管理，杜絕浪費(fèi)。4)節(jié)材與綠色建材。該建筑按照二類辦公樓設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)多方案比較，采用PKPM與YJK計(jì)算對(duì)比，擇優(yōu)選用建筑形體。采用框架結(jié)構(gòu)體系，獨(dú)立基礎(chǔ)，形體規(guī)則，建筑造型簡(jiǎn)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(jì)；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(huì)議室等進(jìn)行了專項(xiàng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)，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(jì)評(píng)價(jià)。該項(xiàng)目采用PBECA節(jié)能計(jì)算軟件，分析其節(jié)能設(shè)計(jì)專篇，節(jié)能水平達(dá)到65%，綠色星級(jí)達(dá)到二星級(jí)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(jì)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(yáng)，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(jì)值≥大于規(guī)范限值0.7，傳熱系數(shù)設(shè)計(jì)值各方向均為1.9W/（m2·K），北向一、西向一設(shè)計(jì)值≥規(guī)范限值；太陽(yáng)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(jì)值小于參照值，因此該項(xiàng)目符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，基于綠色建筑理念的節(jié)能設(shè)計(jì)已是大勢(shì)所趨。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，要理論結(jié)合實(shí)際，重點(diǎn)推廣可再生能源，優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)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(huì)奠定基礎(chǔ)，為建筑工業(yè)化開辟道路。

作者:錢琰 張一兵 顧賢光 單位:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院