北方绿色居住建筑设计关键技术措施研究

文｜河北建筑工程学院 建筑与艺术学院 邵旭 段国强 王奕

引言

绿色建筑体现了人与自然的和谐共存、时代的必然发展和社会民生的需求，是建筑行业可持续发展的迫切需要，我国自发展绿色建筑以来，绿色建筑评价标识项目数量一致保持着增长势态。大力推广绿色建筑，对社会解决能源短缺和保护环境等问题具有积极的现实意义，据此，本文从建筑规划、单体设计、技术构造及可再生能源的利用上以北方某住宅小区为例，探讨北方寒冷地区绿色居住建筑设计的关键技术措施。

1 绿色建筑规划设计技术措施

绿色建筑不是单纯绿化建筑，它需要将建筑设计、建筑技术、建筑建造和运营维护等多方面综合协调，最大程度地降低建筑的能源与资源的消耗，尽量减少对自然环境的破坏与影响，同时增加人居环境的健康与舒适性。还需要强调在前期策划、建筑规划、建筑设计时充分考虑建筑所在地的气候、资源、生态环境、经济和人文等特点，遵循可持续发展原则，整合最佳绿色建筑理念，集合可再生能源、围护措施、采光通风、绿化配置、雨水利用等技术手段，达到建筑与人和自然和谐共处的目的。

北方寒冷地区的绿色建筑设计要充分满足日照，使建筑获得良好的日照、采光和通风。本次所选择的北方某居住区项目地块东、北两侧临城市道路，均无建筑物，西侧为住宅小区，规划建筑布局时，南北日照间距以1.74的日照间距系数计算，建筑间距达到28.71米时，可以满足大寒日3小时的日照时数标准，最后设计建筑间距做到了29米，同时没有降低周边建筑的日照标准。

北方寒冷地区冬季太阳能的利用主要是依靠南侧建筑立面直接吸收热量，应本着夏季获得良好的自然通风和避免过多的日晒、冬季获得充足日照和避免西北寒风侵袭的原则进行设计。所以本项目通过模拟对比将建筑的主朝向面向正南，避免西晒，保证夏季良好的采光和通风，大面积的南向开窗在冬季能使阳光充分进入到建筑内部，提升建筑的室内温度，同时降低了建筑供暖设备的供热量，减少能源的消耗，北向缩小开窗面积，能大大阻挡冬季西北季风的侵袭（图1）。

图1

绿化是环境之本，绿化可以改善环境、调节微气候、创造适宜的生存空间。设计为充分节约用地，将停车位与宅间绿地相结合，做环形机动车路，人车分流，在整个居住区内加大对绿化率和人均绿地面积的设计，丰富绿化方式，如停车位采用草坪砖形式、围墙垂直绿化等，利用绿地调节区域性的微气候。合理的选择绿化方式，科学配置绿化植物，乔木、灌木结合地被植物综合配置，遮阴降温，最大限度的将整体小区融合自然环境。

2 绿色建筑单体设计技术措施

寒冷地区的建筑体型设计需注重建筑与环境的关系，因此建筑体型系数成为建筑体型的关键要素，体形系数的大小对建筑能耗的影响非常显著，体形系数越大，单位建筑空间的热损失面积就越大，能耗就越高。所以在本项目策划时就首先考虑了建筑的体型与环境的关系以及体形系数大小问题，做到满足建筑使用面积的同时将建筑体形系数降到最小，体形系数达到0.27，满足国家标准0.3的最大要求。

对于建筑平面力求做到平面布局紧凑和形状规整，平面不规整易造成建筑与室外空气接触的面积增加，提高耗热量。规整的建筑平面布局可以达到自然调节的作用，在当地夏日东南季风的作用下，利于建筑组织自然通风，形成穿堂风；同时建筑平面集中设置利于保温防寒，减小建筑体型系数，降低建筑能耗。户型平面布局在满足功能要求下，尽量做到冷热环境分区，根据房间使用和人的活动规律将热环境需求较高、主要活动的房间如卧室、客厅等房间集中设置在南向，满足基本日照的需求，将利用较少的辅助房间如储藏室、厨房、餐厅、书房等布置在北向，作为冷暖交替的缓冲区，达到防寒节能的效果；同时也做到了干湿分区、动静分区和私密与公共分区（图2）。

建筑的窗墙比影响到了建筑立面效果、建筑能耗及采光通风等问题，所以在设计时根据使用情况和环境因素整体调节。在建筑南向设计较大的窗口，窗墙比值为0.42，窗扇的开启方向利于夏季东南主导风向的引入，充分利用自然通风的技术达到节能和改善室内空气质量的要求，而在冬季可以吸收大量的热辐射，提高室内温度，降低建筑能耗。在北向，自身处于阴面，冬季西北主导风向加重了建筑耗热量，窗的传热系数又大于墙体的传热系数，所以在满足采光系数的前提下，采用较小的窗口，窗墙比值为0.27，减少建筑的耗热量。东西向夏季太阳辐射最大，冬季西北主导风向强烈，所以在这两边没有开窗。

3 绿色建筑技术应用设计措施

建筑入口是不可小觑的地方，它是整栋建筑使用率最高的地方，北方寒冷地区的冬季，大量冷空气会从此处侵入建筑内部，所以建筑入口要做到阻挡冷空气直接吹入和防止室内热量流失。我们在设计中采用了门斗的方式，改善入口处的热环境，门斗的设置使室内外形成一个过渡空间，这个空间在风压的作用下可以阻挡室外冷空气吹袭，防止冷风渗透，还可以保持一定的温度，减少室内热损失（图3）。

凸窗作为热桥存在一定的热工缺陷，易造成室内结露。通过计算在没有保温的情况下传热系数K值达到4.3W/(m2·k)，如果加上40厚的保温，传热系数K值达到0.57W/(m2·k)，但视觉过于笨重，凸窗的外窗传热系数也有较高的要求，固然会大大增加建筑的成本，所以寒冷地区不宜采用，本设计在各个方向均没有使用凸窗，降低了建造成本，提高了窗口的保温性能（图4）。

图2

图3

建筑的围护结构保温隔热层的性能直接影响到建筑的能耗，对建筑外墙进行节能保温设计可以有效地降低建筑采暖设备的负荷，减少设备使用时间，改善室内舒适度。在建筑的外墙、屋顶、首层及地下室均设计了保温或防水，减少了外墙、屋顶传热系数和结露问题，经过计算南北外墙贴40厚挤塑聚苯板的传热系数K值等于0.45W/(m2·k)，东西外墙贴60厚挤塑聚苯板的传热系数K值等于0.39W/(m2·k)，屋面加80厚挤塑聚苯板的传热系数K值等于0.45W/(m2·k)，均小于外围护结构热工性能参数限值。

4 绿色可再生能源的利用技术措施

太阳能为无污染、可再生的清洁能源，对自然环境影响较小，是绿色建筑新能源的最佳选择，应加大在建筑上的利用，既可以节能低碳绿色，又能给居民带来生活的便利。太阳能可用于建筑室内发电、供热和加热水。目前在我国建筑领域中应用最普遍的是家用太阳能热水器，本项目将太阳能与屋顶结合，高效利用屋顶空间，并为居民生活用水带来方便（图5）。

图4

5 结语

本项目的绿色居住建筑设计以节能设计为主，注重建筑功能、环境及配套设施，通过规划、建筑体型、建筑平面优化、建筑构造及可再生能源的被动式的设计，即改善了建筑内部的居住环境，提升建筑的品质，又能大幅度降低建筑能耗损失，节约能源，减少环境污染。绿色建筑在利用高效节能、减排的绿色关键技术路线的同时，也应着重使用被动式的办法来解决设计问题，两条腿走路，使用适当的技术手段来完成绿色建筑设计，尊重北方的自然环境与气候，使其相互和谐，这是绿色建筑的基本要求，也是整个社会文明发展的要求，人、建筑、社会与自然和谐共处才能是绿色建筑的未来。

图5