基于“绿标”的绿色建筑设计方法——以夏热冬冷地区绿色建筑设计实践为例

王梦春， 田晓楠， 于 帅

(1.同圆设计集团股份有限公司烟台分公司，山东 烟台 264000；2.烟台绿晟置业有限公司，山东 烟台 264000；3.烟台建筑设计有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

环境可持续发展理念的深入人心，使现代化建筑的开发逐步向着绿色化方向发展[1]。为了满足此种设计需求，需要将建筑绿色评价标准落实到建筑工程设计与施工的各个阶段，通过对新建建筑的整体优化、既有建筑的改进与完善，实现建筑设计中的低污染、低耗能开发目标。

1 既有绿色建筑设计实践现状

我国在2006年，首次在建筑市场内发行了“绿标”文件，明确了绿色建筑工程项目在开发与设计过程中，要将可持续发展原则作为建设核心，设计建筑时，应从6个方面进行建筑整体绿化设计[2]，具体内容见表1。

表1 基于“绿标”文件的建筑绿化设计方向

随着此文件在市场内的逐步推进与落实，越来越多的施工方与建筑工程设计方开始将绿标作为设计参照标准。绿标在2010年正式在市场内推广。尽管现有文件的提出对我国建筑行业的发展提供了指示，但我国既有绿色建筑在设计阶段与施工阶段存在一定的问题，总结整理为以下四点。

(1)既有绿色建筑在设计时，没有实现对绿色化技术的叠加。在对某地区绿色建筑的深度剖析中发现，大部分建筑在此项设计中仍停留在遮阳设计、通风设计、绿色景观设计层面，没有在施工中真正意识到绿色理念与不可再生能源枯竭的问题[3]。由此可见，我国绿色既有建筑存在技术叠加能力不足问题。

(2)为了满足社会群体的基本生活需要，设计师会在设计阶段盲目地在建筑内附加电气设备。而电气设备的增加会提高建筑能耗，与绿色化建筑设计理念不匹配。甚至一些建筑结构在设计开发阶段，在建筑中部署的电气设备或机电设备已远远超出建筑设计本身需要，导致建筑在投入使用后会无端增加能耗。

(3)建筑设计师缺少正确的设计思路。现如今，相对一部分建筑设计师仍无法树立对绿色建筑的正确理解，为了满足建筑的绿色化设计，他们甚至会在完成建筑整体结构的设计后，采用额外附加绿色技术的方式，进行建筑整体结构的二次整改，但基于实质层面分析，此种设计方式会导致绿色建筑设计失去主动性与创新性[4]。

(4)可以将绿色建筑作为地区文化艺术的一种全新表达方式，在设计中融入现代化绿色设计理念，升华并优化传统建筑技艺，以此提高建筑整体的协调性与统一性[5]。但显而易见的是，事实上国内大部分既有绿色建筑在外形与内部设计上存在雷同性，缺少对建筑艺术形态的表达。

2 基于“绿标”的绿色建筑设计方法

2.1 基于“绿标”确定建筑材料构造体系

当前建筑结构的空间高度和跨度不断增加，在这样的变化趋势下，采用常规的钢筋和混凝土施工材料已经无法满足“绿标”要求。因此，针对这一问题，在实现绿色建筑设计前，应当实现对建筑材料构造体系的构建。在对选择建筑材料时，首先应当确定材料的具体使用位置以及施工功能[6]。以建筑外墙结构为例，图1为建筑外墙结构示意图。

图1 建筑外墙结构示意图

从图1可以看出，建筑外墙结构的主要功能是实现集热，因此在选择建筑外墙材料时应当选择具有集热和绝热的材料。常见的建筑材料包括钢材料、金属材料、玻璃材料、木质材料等。按照上述外墙结构材料选择的思路，针对各个建筑构造的材料进行选择。同时，在选择的过程中，应当充分结合“绿标”要求。在选择混凝土材料时，应当选择具有更强流质性和可塑性的材料。在选择钢材料时，应当选择品质均匀、结构强度更高的材料。在选择玻璃材料时，在充分考虑到视觉感受的同时，还应当对光污染问题进行综合考量。针对夏热冬冷地区，选择的玻璃材料应当具备夏季隔热和遮阳的功能[7]。同时，在制定建筑材料构造体系时，还应当实现对夏热冬冷地区的部分性能化构造原理和做法进行明确，并结合强化传热以及抑制传热等实现对建筑材料的选择。具体而言，在强化传热方面，应当通过对建筑材料的合理选择，实现对太阳能的利用；而在已知传热方面，应当通过对建筑材料的合理选择，实现对热量传导的抑制[8]。除此之外，还可以通过利用蒸发冷却机制的方式，达到性能化的构造建立，如常见的立体绿化、蓄水屋面等都是基于这一理论实现绿色建筑设计的。

2.2 绿色建筑整体布局设计

在基于“绿标”要求完成对建筑材料构造体系的确定后，针对绿色建筑的整体布局进行设计。为了进一步符合“绿标”要求，从建筑能耗以及舒适度的角度，对建筑外部整体环境进行综合分析，分别从环境温度、环境湿度、空气流通速度和环境照度共四个方面进行综合分析。针对夏热冬冷地区而言，其夏季需要实现环境温度的降低、空气湿度的降低，而对于冬季而言，上述指标应当完全相反。在明确其基本需求后，在对建筑整体布局设计时，应当考虑到夏季自然通风以及冬季阻风问题[9]。

在具体设计时，建筑的朝向与峰环境之间存在一定的影响关系。大量研究表明，建筑的通风风压变化与风方位角之间有着直接的联系，当方位角在60°～90°时，通风效果最佳；当方位角为60°时，通风效果分布相对平衡。同时，建筑本身的倾斜角度与风速之间也存在着一定关系。图2为不同倾斜角度下建筑外风压变化情况示意图。

图2 不同倾斜角度下建筑外风压变化情况示意图

从图2可以看出，当建筑本身倾斜角度为20°时，其风速较小，并且具有良好的气流分布均匀性；当建筑本身倾斜角度达到50°时，此时风速最大，并且气流不具备均匀分布特性。除此之外，由于当前建筑本身体量较大，因此能够实现对自然风和阳光的阻挡和遮蔽。通过对建筑整体布局进行合理设计，能够在创建更好的通风环境和光照环境的同时，形成微气候环境。对于夏季炎热潮湿的地区而言，当光照方向与主导风的方向相同时，则可以充分利用建筑体量实现对风向的引导，并同时在建筑屋顶结构以及架空结构上形成良好的自然遮阴空间。

2.3 绿色建筑内部空间结构设计

对于建筑设计而言，其核心是空间设计。通常情况下，以单一的空间作为建筑的核心结构，其他空间和功能环绕在中心空间的周围。结合不同建筑的不同功能，可将其划分为体育类型建筑、交通类型建筑、观演类型建筑、会展类型建筑以及其他公共类型建筑等。各种建筑都具备更高的建设地位，并且其内部空间结构对规模、功能以及技术等方面都有着更高的要求。中庭空间结构是建筑内部空间结构中最常见的一种类型，通常可分为封闭式空间结构和半封闭式空间结构。中庭空间结构综合了众多使用功能，同时也是整个建筑内部布局的视觉中心，在一定程度上起到连接各个建筑结构的作用。由于中庭空间结构与建筑进深有着直接的联系，设置中庭空间的建筑与未设置中庭空间结构的建筑相比，其建筑进深会减小。同时，建筑的内部热环境与空间高宽比之间也有着密切的联系。以建筑当中的中庭空间结构为例，其高宽比值越小，则其室内的热量越大，热的分布越均匀；反之高宽比值越大，则其室内的热量越小，热的分布也不均匀。“V”形是一种常见的中庭空间结构，其口底越大则热量越大，而对于“A”形中庭空间结构而言，其口底之间的比例达到1∶3时热量能够达到最大值。同时，建筑的光环境与热环境也有着一定的联系，由于其本质能量都是来源于光照，因此经过上述分析进一步得出，光环境和热环境与建筑内部空间结构的高宽比和口底比之间都有着一定正相关性。图3为夏热冬冷地区不同季节中庭通风分析。

图3 夏热冬冷地区不同季节中庭通风分析

从图3可以看出，若建筑内部空间开敞高大，则风压通风的作用更加明显，例如图3中夏季中庭的通风情况。同时，通过对中庭空间结构的设置，能够有效改善整个建筑在夏季的通风环境，同时对于建筑在冬季时的光环境也有着一定改善作用。

3 设计前后建筑耗能对比

选择某夏热冬冷地区作为实验测试区域，将某设计建筑的耗能作为对比测试指标。在进行所选测试对象的绿色设计前，应先对此建筑整体特性进行分析，包括建筑内部、外部空间特征，分析建筑现有围护结构与结构构成材料。根据建筑设计图纸，明确此建筑的电气设备体系，掌握建筑的照明需求与现有照明设备、空调设备的耗能。完成对此方面的设计后，根据绿色建筑设计标准，确定建筑材料构造体系、设计绿色建筑整体布局与绿色空间结构。

对比设计前与设计后建筑整体耗能，其中建筑耗能的计算公式如下：

W=Pt

(1)

式中：W为建筑投入使用与建筑运营管理的实际能耗，kW·h，P为建筑中电气设备或建筑中机电设备运行消耗的功率，kW，t代建筑电气设备运行时间，h。

完成对此建筑的设计后，根据建筑层数，进行单位时间内建筑投入使用运行的耗能对比，对比结果见表2。

从表2可以看出，使用本文提出的绿色建筑设计方法进行整体布局与空间规划的设计，可以降低建筑整体耗能，即设计前建筑耗能>设计后建筑耗能。由此可见，本文设计的方法具有一定的可行性，可以避免或解决建筑高耗能问题，实现对建筑整体设计的优化。

表2 设计前与设计后建筑耗能

4 结束语

尽管此次设计从三个方面都实现了研究，但要在真正意义上实现建筑的节能优化，还需要在进一步的设计工作中，做好对市场与产业发展的调查，倾听大自然最真实的诉求，在建筑空间内营造真正的“绿色”环境，为我国建筑行业未来的发展提供决策与帮助，使低耗能建筑真正成为建筑市场的发展与建设方向。