基于环境分析的绿色建筑设计研究——以重庆市某办公楼为例

周芮锦，吕忠

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

据统计，中国的建筑使用能耗成为总能耗的重要组成部分[1]，并呈逐年增长的趋势。根据中国建筑业协会统计数据显示，2018年，全国建筑业企业房屋施工面积140.89亿m2，比上年增长6.96%（图1）。

图1 2009—2018建筑业企业房屋施工面积、竣工面积及增速

重庆市处于夏热冬冷地区，一直是实施绿色建筑的重难点区域[2]。如何因地制宜地打造绿色建筑[3]，与周边大区域大环境建立良性通道，充分发挥绿色建筑技术的作用，是本文重点分析的主要内容。

1 项目概况

该项目是一栋重庆地区新建的建筑科研办公楼，按照中国绿色二星级认证的项目，旨在打造“绿色、生态、低碳”的办公楼，并向社会展现绿色建筑的技术应用。建筑主要功能为办公楼和实验楼，占地约6600m2，建筑面积为4.1万m2，其中地上23层，地下4层，地上面积约2.6万m2，地下面积约1.5万m2（图2）。

图2 项目效果图

2 绿色建筑策略

重庆市处于中亚热带湿润季风气候区，在我国的热工气候分区中属于夏热冬冷地区，夏季闷热，冬季湿冷，过渡季节气候宜人。因为山地城市特殊的地形高差，城市空间具有立体层次，但也导致日照遮挡的问题。该项目毗邻城市主干道和次干道，需采取主动措施降低环境噪声。根据夏热冬冷地区和山地城市的气候地理特点，以及项目周边的大环境因素，该项目的绿色建筑技术应重点着眼于缓解夏季高温强辐射、冬季湿冷日照采光不足、空气潮湿以及环境噪声等问题，同时在过渡季节加强建筑的自然通风。

3 绿色建筑技术路线实践要点

确定绿色建筑技术路线，不仅要考虑大区域和大环境的各类资源与影响因素，对于项目的周边环境和现有条件也需仔细调研分析。既利用周边既有资源并保护环境，同时从设计上控制环境因素的不足[4-5]。本文将结合该项目实际情况，详细介绍所采用的自然通风、采光遮阳以及降噪设计三项绿色建筑技术，并对其实施要点进行重点研究分析。

3.1 自然通风技术路线

重庆全年湿度较大，过渡季节较长[6]，自然通风要求较高。根据 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012，重庆市全年最多风向为偏北风，夏季室外平均风速为1.5m/s，冬季室外平均风速为1.1m/s，是全国风速最小的地区之一。

建筑物的自然通风设计，首先需要对项目风环境条件进行确认，然后从建筑的空间布局、开窗优化到导风构件进行多层次配合设计。

3.1.1 室外风环境分析

首先该项目采用对室外场地的风环境模拟分析，优化项目场地的风环境，以避免风速较大区域或涡流区的出现，同时根据模拟的风速风压结果，对建筑的开口方式以及室内自然通风设计提供条件依据，如图3、图4所示。

图3 项目周边人行区域1.5m高度风速云图

图4 项目周边人行区域1.5m高度风压云图

分析结果显示，在人行区域1.5m高度处的风速满足不影响人员室外活动的要求，场地周边空气能满足新鲜空气的要求，两个主入口之间存在涡旋区域，在该区域设置了低矮灌木改善空气质量。建筑在夏季、过渡季节前后压差基本在1.5Pa以上，适合充分引入室外新风，加强室内自然通风，改善室内环境条件。

3.1.2 室内自然通风优化设计

结合项目的使用特点，分析强化自然通风的技术途径，提出了设置屋顶拔风井、增加外窗和通风器等自然通风设计优化建议。

（1）中庭拔风井的设计

原设计方案中在该项目一层大厅设计有两层高的中庭，未设置通风井。在优化方案中，如图5中A处所示，配合构造设计，中庭上端设置了竖向通风井的捕风口，与裙楼屋顶的通风天井相连，利用热压作用使室内空气上升至天窗通气口排出，同时引入室外的自然风，加强了底层的通风。

图5 一层中庭拔风井设计示意图

（2）增加外窗开启的设计

原设计方案中该项目未充分考虑受室外风压影响的自然通风，未进行外窗开启设计。在优化方案中，如图6中B处所示，配合构造设计，增加可开启外窗并保证可开启面积，利用室外较好的正负压条件引入室外的自然风，增强内部自然通风效果。

图6 标准层增加外窗开启设计示意图

（3）增加通风器和通风口的设计

原设计方案中，该项目部分房间由于幕墙可开启面积的限制，以及房间进深较深，自然通风效果不够理想。在优化方案中，如图7中C、D处所示，配合构造设计，于外窗处增加窗式通风器，走廊处增加涵洞式通风口，引入室外的自然风，同时与A、B处形成通风通路，增强内部自然通风效果。

图7 标准层增加通风器、通风口设计示意图

3.2 遮阳技术及自然采光技术路线

重庆为山地城市，夏季太阳辐射较强，冬季日照不足，对于遮阳与采光有双重要求。针对建筑物的遮阳与采光设计，首先要分析项目的日照与采光条件，然后对建筑的开窗优化、遮阳措施以及采光补充进行配合设计，以达到建筑节能与居住舒适性的要求。

3.2.1 室外日照与室内光环境模拟分析

（1）室外日照模拟分析

该项目对室外场地日照条件进行分析，同时根据日照条件模拟分析结果，为建筑的外窗设置方向以及遮阳措施设计提供依据，如图8所示。

图8 项目全年太阳轨迹模拟图

模拟结果显示，建筑东面、西面、北面大寒日日照时间均达到2h，北面日照效果较差。建筑塔楼东南面太阳辐射较强，阴影覆盖面积较小。

（2）室内光环境模拟分析

该项目对室内光环境条件进行模拟分析，同时根据分析结果，为建筑的房间设置以及采光不足区域的补充措施提供设计依据，如图9所示。

图9 项目室内采光模型图

模拟结果显示，建筑1层由于西侧未设置开窗，采光不够理想，其余楼层采光效果较为理想。

3.2.2 采光及遮阳优化设计

结合项目的实际日照和光环境的条件，提出了建筑遮阳设计、采光不足的弥补技术措施等优化设计建议。

（1） 遮阳设计

图10 项目竖向遮阳及斜角窗户示意图

原设计方案中该项目未充分考虑太阳辐射影响，对遮阳设置未进行细化设计。在优化方案中，为了减少夏季太阳辐射，减少东、西向开窗面积，外窗主要南、北朝向设计。结合建筑构造，设计竖向遮阳设施与斜角窗户，如图10所示。竖向遮阳结合倾斜角的设计能够有效地遮挡上午和下午太阳的辐射；退出600mm对下层窗形成的水平遮阳，对正午的直射阳光起到遮阳效果。

以上设计属于建筑的被动遮阳设计，项目同时采用主动遮阳设计，即采取可调节外遮阳措施——增加中空百叶窗，其相对于其他外遮阳措施相对安全，并且增量成本相对较低，能达到可调节的效果。

（2）采光不足的弥补设计

原设计方案中该项目未充分考虑日照不足导致室内采光不足的问题。室内光环境模拟分析显示，建筑一层由于西侧未设置开窗，采光不够理想，如图11所示。而二层西面、南面及东面均设置窗户，采光理想，如图12所示。在优化方案中，建筑北面日照效果差，尽量设置为公共区域，避免设置对阳光要求较高的功能房间，在二层设置采光天井对一层采光进行补充。

图11 项目一层室内采光模拟结果

图12 项目二层室内采光模拟结果

室内光环境模拟分析显示，有一部分设计了立向遮阳和斜角窗户的房间，在夏季达到了遮阳效果，但却略微减弱了室内采光，因此在这些房间的窗台上做折射材料，如光洁面的面砖或铝塑板反光材料，如图13所示，引入室外自然光改善室内光环境，减少人工照明，节约能耗。

图13 项目增加窗台折射材料示意图

3.3 降噪设计技术路线

该项目位于重庆市渝中区，毗邻城市主干道和次干道，如图14所示，环评报告中监测数据显示该项目已经基本满足《声环境质量标准》GB 3096-2008的相关要求，唯一未满足要求的检测点位于项目西侧，是为长江二路主干道产生的交通噪声所致。为了提高整个项目的声环境质量，使室内办公环境满足要求，建筑物的降噪设计应首先分析项目周边的噪声情况，然后对建筑的内部布局、围护结构材料以及隔声屏障设置进行降噪配合设计。

图14 项目总平面示意图

3.3.1 室外声环境模拟分析

建筑物的降噪设计，应对室外场地的噪声进行模拟分析，根据模拟结果，为优化室内声环境的措施提供依据，如图15、16所示。模拟结果显示，项目声环境基本符合国家标准，但毗邻主干道的西侧位置，周边的偶然噪声会达到65.8dB（标准值为60dB），应采取相应的降噪措施。

3.3.2 降噪优化设计

结合该项目声环境的条件和实际功能布局，提出了调整建筑内部功能布局、优化建筑围护结构和设置隔声屏障等优化设计建议。

（1）调整建筑内部功能布局

图15 白天项目周边噪声值

图16 白天项目周边偶然噪声值

原设计方案中该项目的建筑内部功能布局未充分考虑室外噪声对室内声环境的影响。噪声模拟结果显示，建筑物塔楼南面无道路噪音源，北面由于紧靠市政次干道，噪声较大，东西面主要为墙体受噪音影响较小；建筑物裙楼西面紧靠市政次干道噪音影响较大，南面无道路噪音源，且有建筑物遮挡，噪音影响较小，北面有建筑物遮挡噪音影响较小。根据模拟结果，在优化方案中，建筑物塔楼的高档办公室调整至南面；建筑物裙楼的西面设置为受噪音影响不大的公共区域走廊，如图17，将对噪音比较敏感的功能房间如实验室、会议室等调整至南面与北面。

图17 标准层调整内部功能区示意图

（2）优化建筑围护结构

原设计方案中该项目的外窗设计以及材料使用未充分考虑降噪效果。在优化方案中，建筑物塔楼南面高档办公室采用隔音窗，北面适当减小外窗可开启面积并采用隔音窗；建筑物裙楼的西面走廊适当减小外窗可开启面积并采用隔音窗。另外，建筑物的墙体改采用250mm空心砖，提高建筑物墙体的降噪功能。

（3）设置隔声屏障

原设计方案中该项目的景观设计未考虑绿化屏障的降噪效果。在优化方案中，采取临街种植高大乔木，配合灌木，阻挡城市主次干道噪声源，改善建筑物室内声环境。

4 结语

在绿色建筑设计选择技术策略时，需根据项目自身的环境条件以及建筑功能需求进行分析来确定。该项目在绿色建筑技术路线的设计与应用上，对自然通风、遮阳采光以及降低噪声三个方面进行了详细的建筑模拟分析，根据其模拟结果对原设计进行了优化改进。项目对因地制宜的绿色建筑技术进行了探索和实践，希望能为夏热冬冷地区绿色建筑发展起到一定的借鉴作用。