现代绿色建筑节能设计的发展与应用

2015-03-18□吴峰

产业与科技论坛 2015年2期

□吴峰

世界性的环境污染和能源危机使“可持续发展”理念成为全世界的共识，也使绿色建筑设计理念深入人心。当前，我国建筑能耗占全国总能耗的1/4 左右，95%以上的建筑都是高能耗建筑。同时，随着城市化进程的加快，我国的资源环境问题日渐凸显，建筑能耗也呈现出快速增长的态势。为此，应积极推广绿色建筑节能设计，为人们提供高效、健康、舒适的活动场所和居住环境，实现建筑和自然环境的和谐共生。

一、绿色建筑及绿色建筑节能设计的内涵

绿色建筑又被称为可持续发展建筑、节能环保建筑、生态建筑等，是指在建筑生命周期内能尽可能地节能、节地、节材、节水，减少环境污染，并可以为用户提供健康、舒适生存空间的建筑物。绿色建筑最早是由建筑师保罗·索勒瑞于20世纪60年代提出的，他认为建筑物应当能够为人类提供健康、舒适、安全的工作和居住空间，并能够高效利用资源、降低环境污染。可见，绿色建筑是能充分利用自然资源，对自然环境无害且不破坏自然生态平衡的建筑，是人、建筑、自然完美结合的建筑。

绿色节能建筑不仅具有绿色建筑的特征，还有着节约能源、节约资源的功能;不仅涉及能源消耗、污染排放、建筑材料、室内环境等物理因素，还涉及建筑规划、管理手段、经济效益等人文社会因素。绿色建筑节能设计是一种崭新的设计理念，它强调使用本地材料，符合当地自然环境，体现地域文化特色。随着资源环境问题的日益突出，绿色建筑节能设计成了现代建筑设计的发展趋势，被广泛应用于建筑设计的各个领域。2005年我国制定了《公共建筑节能设计标准》，2006年出台了《绿色建筑评价标准》GB/T50378 －2006，这标志着我国绿色节能建筑已走上了规范化道路。

二、绿色建筑节能设计的基本原则

绿色建筑节能设计是一项涉及节能、节水、减少污染排放等因素的系统工程，充分体现了循环经济和可持续发展的特性。同时，绿色建筑节能设计也是降低建筑能耗、提高节能效益的基本前提，它体现于建筑设计的各个环节，主要体现在能量消耗量控制、单项建筑围护结构的保温隔热、建筑面积为基准的能耗标准控制等方面。

(一)和谐原则。生态环境是绿色建筑设计的重要主题，也是人类生存和发展的重要前提。在绿色建筑节能设计中，应充分考虑周围的地理环境，收集当地的气候、环境、交通、资源、社会习俗等资料，充分利用场地的特殊性;不仅要保证建筑物安全、舒适、经济，还应实现建筑物和周边生态环境的和谐共处。［1］

(二)节约原则。针对经济发展中的资源短缺、资源浪费等问题，我国提出了节地、节水、节能、节财、保护环境(四节一环保)的可持续发展理念，建筑业是高消耗、高浪费的行业，理应将“四节一环保”的理念渗透到建筑设计之中。研究表明，节能设计可以提高建筑物的能源利用率，周密、有效的建筑技术可以节约2/3 的建筑能耗。因而，在绿色建筑设计中，应坚持就地取材的原则，选用当地的、生态化的建筑材料，提高建筑物的节能功效，用有限资源、较低能源消耗获得最大经济和社会效益。

(三)舒适性原则。在现代社会中，人们对建筑物的舒适度有着较高要求，希望建筑物能够与自然沟通，能给人一种舒适、温馨、健康的自然环境。建筑物的舒适性主要体现于采光、通风、湿度、温度等方面，在绿色建筑设计中，应多考虑建筑物的通风、采光、湿度等，尽可能提高建筑物的室内健康指数，满足用户的健康需求。

(四)高效环保原则。在当代社会中，环境污染、资源浪费成为重要的社会问题，也成为影响经济社会可持续发展的重要因素。因而，在绿色节能建筑设计中，应遵循高效环保的原则，通过中水回用、材料再生、钢材回收等方式实现资源回收和再利用。此外，在投入端应减少资源输入，在住房消费中减少资源消耗和环境污染，降低居住区的环境负荷，解决好通风、换气、日照、采光、污水处理等问题，减少生活垃圾排放。［2］

三、绿色建筑节能设计的方法策略

绿色节能建筑不仅要为用户提供健康、安全、舒适的生存空间，还应提高土地、材料、能源等资源的利用效率，尽可能减少建筑物对周围环境的不良影响。针对中国人居资源禀赋、住房消费状况，应当从节能、环保、人与自然和谐的角度出发，选择资源节约型的发展模式，大力推广低消耗、低污染、少排放的绿色节能建筑设计。

(一)绿色建筑整体设计。建筑整体设计是绿色建筑设计的关键环节，也是实现建筑节能的重要途径。如果建筑地址选择不当或设计不合理，就会给建筑物后期运行带来无可挽回的损失。因而，应从人、建筑物、自然和谐的角度出发，在策划、选址、设计等环节都体现节能环保的要求。

1．选择合理的建筑地址。当前，我国人均耕地不断减少，耕地与建筑用地之间产生了尖锐冲突，因而，应从节约土地的角度出发规划建筑用地，实现土地集约使用。在绿色建筑选址时，还应考虑当地的气候、地势、交通、能源供应、文化等因素，尽量利用自然资源和周边环境，科学安排建筑物朝向，因为合理的建筑朝向能提高建筑物的采光度，创造自然、安全、高效的光环境。

2．合理进行外部环境设计。建筑物周边环境也会影响建筑能耗，如果在建筑物周边布置植被、水面等，可以改善局部微气候，避免产生热岛效应。因而，应科学设计配置建筑物周边的乔木、灌木、花草等，提高建筑区的绿量率;营造人工湿地、透水地面、人工湖泊等，使雨水能够回渗地下或回收利用;还应通过人工与自然的结合，创造出人与自然和谐统一的生态环境。

3．科学进行建筑整体设计。在绿色建筑设计时，要充分利用夏季主导风向、避免冬季不利风向，比如，广西地区属于夏热冬暖，夏季多东南风，冬季多西北风，在小区群体布局时可以将小体量的低层、独立式住宅放于南边，大体量的高层放到北边，这样可以阻挡冬季的西北风，也可以满足夏季通风要求。此外，应通过科学的建筑设计提高建筑物的通风效果，降低室内温度，排除污浊空气，带走潮湿气体，减少人们对空调系统的依赖，实现节约能源、减少污染、预防疾病的目的。比如，在房间内部或中庭顶部设置一定的开窗面积，这样能实现自然采光的目的，又能利用室内外风压、热压差形成有组织的自然通风，实现自然通风、调节室内热环境的设计目的。

(二)绿色建筑围护结构设计。建筑物围护结构包括墙壁、门窗、屋顶、遮阳设施等，具有保温、隔热、节能等作用，直接影响着建筑耗能、室内空气质量、环境性能、室内采光度、热舒适环境等。研究表明，建筑物外墙耗能占建筑物耗能的40%左右，改善和维护结构节能性能所用费用占总投资的5%左右，节约能源可达30%左右。可见，绿色建筑设计中，对围护结构保温隔热性能的投资，完全可以从节约能源所获收益中得以补偿。［3］

对自然通风的建筑来说，外围护隔热设计主要是为了控制表面温度，外围护结构设计应有一定的衰减度和延迟时间，以免向室内辐射过多热量。可以根据建筑的功能、地理位置等选择围护结构隔热，利用材料的热惰性加强墙体的蓄热性，以增加围护结构向室内传热的延迟时间，将室内表面最高温度出现时间与建筑使用时间错开。墙体是建筑外围结构的主体，普通建筑材料很难满足隔热保温的要求，因而，在绿色建筑设计中，一是可以使用挤塑聚苯板、玻璃棉板、岩棉板、聚氨酯发泡等保温材料，通过提高外墙结构的隔热性、保温效果等改善室内热循环;二是可以在墙体内设置与室内外相通的通风间层，利用风压或热压带走空气层的部分热量，减少传输到室内的热量;三是可以在墙体外热表面使用浅色的饰面材料，降低建筑物对热量的吸收率。窗户的传热系数比屋面、外墙等围护结构大，约有35%的住宅热损是由门窗和室外的热交换造成的，在门窗设计中使用真空玻璃、低辐射玻璃等可以有效降低门窗热损耗。在屋顶设计时，可以用水泥聚苯板、浮石砂、水泥珍珠岩等材料，以减少屋顶对太阳热辐射的吸收。

(三)充分利用可再生能源。在绿色建筑中，新能源使用有助于促进环保、节约能源，对资源节约型、环境友好型社会建设具有重要意义。太阳能是指太阳光辐射产生的能量，也是绿色、无污染、可以长久使用的可再生能源。在绿色建筑设计中，可以通过太阳能热板集热、太阳能光伏发电、太阳能干燥系统等方式实现节能环保的目的，也可以将太阳能材料代替屋顶覆盖层，提高墙体的隔热效果。建立科学的“水系统”是节约能源、减少污染的重要方式，绿色建筑中“水系统”是指在满足建筑功能、水质要求等条件下，对建筑用水、污水处理、雨水利用、排水等进行循环利用，实现水资源的污染控制、综合利用、生态修复等。比如，可以合理设计雨水收集和利用，科学规划地表水径流，增加地表水的渗透量;多采用节水器具，绿色用水、洗车等非饮用水尽量使用中水或雨水，将生活中的优质排水进行处理，并排放到小区的景观湖中。［4］此外，可以根据建筑特点、功能、地理环境等设计出高能效的空调系统，如蓄能系统、区域供暖系统、热泵系统等，运用高效的能源管理与监控系统控制室内温度、湿度、空气质量等，实现节约能源、提高室内舒适度的目的。比如，清华大学在2006年完成我国首座节能示范楼，该节能楼全部运用水循环空调，比普通空调系统节能30%左右，楼内均安装了感应装置，人离开房间后装置会自动关闭能源系统，停止冷气或热气供应，这样比同等规模建筑节约能源70%左右。楼内配有雨水处理系统，可以用这些水冲厕所或浇灌花草。［5］

(四)立体绿化和建筑设计相结合。城市立体绿化是改善城市生态环境，丰富城市绿化景观的有效途径。当前，许多城市面临着用地紧张、建筑覆盖率高等问题，制约了城市的可持续发展。因而，在绿色建筑设计中，应发展立体绿化，可以将屋顶设计为空中花园形式，种植各种常绿草坪，这样丰富城市园林的空间层次，能够降低建筑物燥热性，提高城市立体景观效果，减少城市热岛效应的发生。