建筑工程中绿色建筑设计的应用分析

2024-02-17董琭

建材与装饰 2024年2期

关键词：朝向建筑设计设计师

董琭

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

随着节能环保意识的提升，绿色建筑设计已经成为建筑业发展的主要方向之一，在建筑设计中应用绿色建筑设计理念，将绿色理念贯穿于建筑建设与运营的全过程，在满足人们对建筑空间的需求的同时，实现人、建筑与周围环境的协调发展，促进社会的和谐稳定。

1 绿色建筑设计相关概述

近年来，我国的社会经济快速发展，带动了各行各业的进步，呈现欣欣向荣的景象，然而经济的繁荣是以牺牲人们赖以生存的环境为代价的，部分行业的发展，会导致生态环境遭到大范围破坏。建筑业是国民支柱型产业之一，建筑业的发展带动了相关产业的进步，也为人们创造了良好的居住及使用环境，同时，也消耗了大量的能源，对环境造成了严重的污染，如果不能及时做出改变，不仅不利于行业的发展，也不利于人类社会的可持续发展，由此，绿色建筑设计理念应运而生。绿色建筑设计是以节能环保为中心理念，通过有效的绿色技术与材料的应用，将建筑与周围环境融为一体，减少建筑项目建设与运营过程中的能源消耗与环境污染问题，既为人们提供了所需的建筑空间，也实现了节能减排的效果，与时代发展需求相符。现阶段，绿色建筑设计在建筑行业中的应用越来越广泛，且取得了不错的成绩，得到了更多从业者及社会各界的认可，已经成为未来建筑行业发展的主要方向之一[1]。

2 绿色建筑设计的原则

2.1 整体性

建筑设计的整体质量直接影响建筑项目的各项性能及成本投入，因此，在设计过程中，设计师应重视设计方案的整体性效果，不得照搬其他相似案例，应根据项目所在区域的实际情况，综合考虑各项影响因素，如地形地貌、水文条件、地域问题等，在此基础上进行整体设计，合理分配利用各项现有资源，确保设计方案的整体质量。

2.2 科学性

绿色建筑设计时，设计师应秉持科学性原则，结合项目的实际需求与实际情况，在符合建筑行业的相关规范及标准的基础上，开展设计工作。因此，在准备阶段，设计师应全面了解及掌握现场的实际情况，并按照项目建设的需求，科学规划设计方案的内容。

2.3 协调性

协调性是建筑工程设计过程中，设计师必须遵循的原则之一，其主要是确保建筑与环境的有效融合。在绿色建筑设计时，设计师应合理考虑自然与生态环境因素，重点关注项目建设对周边环境的影响，防止因项目建设而使得周边自然与人文环境遭到破坏，实现建筑与周边环境的协调发展[2]。

3 绿色建筑设计要点

3.1 选址

建筑设计的首要环节就是选址。在绿色建筑选址时，设计师应综合考虑土地资源利用率、风向、日照等问题，按照划分地段位置的主导风向、周围建筑情况及地形地貌等信息，合理选择项目建设的位置。选址首要考虑的因素就是日照，建筑接收日照的强度及时间，直接影响建筑的使用舒适度，因此，设计师应优先选择向阳的位置，避开地势低洼的山谷等地段，防止冬季冷空气入侵，使得地段中出现霜冻效应，热量过度消耗，建筑运营能耗增加。同时，设计师应考虑业主出行的便利性，在靠近繁华地段或公共交通较为发达的地段选址，方便人们日常出行，也可以降低使用私家车出行导致的环境污染及能换消耗。设计师应尽可能选择距离生态敏感区较远的位置，防止建筑项目建设、运营对周边环境的污染与破坏。此外，设计师应尽可能保证建筑与周围自然环境的和谐发展，重点关注能源开发问题，尽量借助项目所在地已有的气候及地理条件，利用现有自然能源，并加大可再生能源的使用，避免不可再生能源的过度开发，如确保项目所在区域原有生态系统的完整性，尽可能维持生态体系原有的状态，维护原有的生态环境。

3.2 节能环保材料

绿色建筑设计时，建筑材料的选择是非常重要的，不仅会影响建筑使用的质量与安全，还会影响建筑的节能环保效果，因此，设计师应结合建筑的使用需求，选择合适的建筑材料。在屋面材料选择时，应尽可能选择防水、保温效果较好的材料，防止顶层出现渗漏情况，同时，防止外界环境温度过高或过低对建筑内部空间的影响；墙体外墙材料选择时，应采用外墙保温材料，对室内外温度进行有效调节，减少冬季及夏季使用空调的频率，有效降低能源消耗，减少环境污染。此外，装饰材料的种类很多，且部分材料的甲醛含量较高，会对人们的生命健康造成威胁，设计师应选择具有环保性能或污染性较小的材料。例如，使用硅藻泥或环保壁纸替代传统的涂料，避免因涂料使用过程中释放有害物质，对人们身体健康的影响。

3.3 建筑朝向问题

随着城市化发展速度的加快，城市人口数量激增，使得城市用地紧张问题日趋突出，为了缓解土地利用矛盾，建筑项目逐渐向着高层化方向发展，此种建筑结构虽然有效节约了土地，但是也为建筑设计带来了新的挑战。高层建筑的朝向及间距，都会对建筑的通风与采光产生影响，使得建筑的使用舒适度不高，且消耗能源较多，易造成环境污染。因此，在建筑朝向设计时，设计师应结合项目所在地的实际情况，在保证建筑使用功能与业主舒适度体验的基础上，合理设置朝向。设计师可以从日照及通风两个角度考虑，具体如下。

首先，日照方面。通常情况下，温带及寒带区域的建筑朝向表面所受的太阳辐射强度，是随外界气候条件变化而改变的，即季节不同，建筑朝向表面接收的太阳辐射强度也不同，因此，建筑项目想要获得良好的日照，应选择坐北朝南的布局，这个布局形式下，建筑在夏季吸收到的热量较少，室内温度上升速度慢，在冬季可以吸收大量的太阳辐射热量，确保室内的温度。例如，山西合院式民居、东北大院以及北京的四合院等，都是采用坐北朝南的朝向布局。在设计过程中，经常会因建筑形体、场地形状、以及周围环境等因素，使得建筑的朝向无法严格按照坐北朝南的形式进行布置，设计师可以将朝向进行偏离处理，尽量减小朝向问题对建筑热环境的影响。此外，如果建筑所在地周围有建筑物遮挡，设计师可以不必将朝向作为建筑节能的重要考虑因素。

其次，通风方面。在建筑与主导风向为垂直关系时，建筑所承受的风压最大，但是这种朝向却不会使建筑室内空间实现最佳的风速状态。建筑通风的最终目标是使室内的空间获得最佳的平均风速，在空间内形成良好的气流运动。在建筑有窗墙面垂直于主导风向时，室外环境中的气体由进风口流入，笔直的流向出风口，仅仅在出风口存在局部紊流情况，在其他室内区域的不会造成太大的影响。当主导风向与墙面成45°角入射至室内时，室内的平均风速最佳，可以实现理想的气流分布效果[3]。

3.4 配套系统

完善的配套系统可以提升建筑的功能性，因此，在绿色建筑设计时，设计师应重视配套系统设置环节。借助具有良好环保性能的材料及设备的配套系统，例如，更新新风系统的换气机组及通风管道，通过空气处理机换气设备将室外的空气引入室内，而建筑室外的空气容易受到外界气候变化的影响，受影响的空气在引入室内后，很容易会为室内环境带来不利影响，为此，设计师应做好相应的处理，通过净化装置，实现净化室内空气，改善室内环境条件的目的。此外，在配套系统使用时，会消耗大量的能源，使得建筑能源消耗过大，设计师可以将配套系统与新能源技术结合，降低系统运行过程中对传统能源的消耗。例如，空调系统对室内温湿度环境进行调节时，会消耗较多的电能，设计师将太阳能系统引入暖通空调中，将暖通技术与太阳能技术结合，使用太阳能为暖通系统供电，减少电能的消耗。需要注意的是，太阳能系统对光伏电板的要求较高，设计师应将光伏装置设置在能够接收到充足光照的屋顶，结合实际光照条件，调节光伏接收装置的角度，实现太阳能的高效利用。

3.5 墙体节能

墙体是建筑的主要围护结构，在建筑中发挥着调节室内温度的作用。建筑的外墙保温是现阶段建筑墙体节能的主要技术之一，能够有效控制热桥效应，防止室内外环境之间的热传递，使室内的温度保持恒定。在墙体节能设计时，设计师应做好保温节能材料的选择与利用。按照防火等级进行划分，外墙保温材料可以分为A 级和B 级，其中A 级材料的防火性能较好，具有不可燃性能，在建筑外墙结构中应用A 级材料，可以有效防止火灾的发生或扩大。A 级保温材料主要为泡沫玻璃杯、岩棉板等。B 级材料属于有机保温材料，与A级材料相比，此种材料的防火性能较差，但材料成本较低、保温性能较好，在市场中的应用较为广泛。常见的B级材料为酚醛保温板、挤塑板级模塑板等。在节能墙体材料选择时，设计师应结合项目建设的实际需求，合理选择保温材料的种类，确保墙体保温性能的发挥，减少夏季制冷、冬季采暖过程中的能源消耗[4]。

3.6 门窗与采暖节能

门窗与采暖设计是绿色建筑设计中的重要内容之一。在门窗设计时，设计师应对建筑的整体环境及单体房建的采光、隔热、通风效果进行控制，按照现场的地理条件进行项目所在地的光环境、风环境模拟，设置建筑的朝向及间距，实现最佳的绿色节能效果。随着科技的发展，门窗结构的水密性、气密性、隔热、保温、隔声、遮阳技术不断提升，为设计工作提供了更多的可能，使设计师在材料及技术选择有了更多的空间。设计师应合理设计门窗的尺寸，按照项目的建设需求及场地情况，设置门窗洞口的尺寸及预埋件位置，采取有效的技术手段，做好门窗包边密封及防渗处理。现阶段，常见的门窗框架材料包括铝模复合材料、铝合金断热材料等。玻璃型式选择时，设计师应结合各方因素，权衡各区域的季节特征，科学、合理的选择玻璃型式，例如，中空玻璃能够降低玻璃材料的导热性，提升保温效果，在北方地区，设计师可以选择中空玻璃作为门窗的玻璃型式。采暖节能设计时，设计师应建立完善的采暖空调系统，合理设置系统的朝向，防止太阳光直射，使采暖空调系统与外窗结构结合，在保证室内采暖需求的基础上，实现节能的目的。此外，设计师应合理选择冷热源，结合当地的气候条件、建筑的用途、冷热源负荷、空调规模等，科学设计采暖方案。

3.7 景观设计

绿色建筑应重视景观设计，将建筑布局与景观结合，实现最佳的视觉效果，为人们提供良好的建筑外部环境，因此，在设计时，设计师需合理运用绿色设计理念，确保建筑景观的自然、协调效果。例如，在独栋建筑前方区域、建筑群的入口处、休闲区域设置递进性景观，将建筑与景观融为整体，实现良好的建筑景观效果。同时，在道路的两侧种植观赏性树木，不仅可以提升道路景观的观赏性，还可以实现遮阳降尘的目的。树种选择时，设计师应选择适宜当地的土壤及气候条件，无病害、维护要求不高，且5 年以上树龄的树木，这类树木的生态价值较高。在建筑群体中道路景观设计时，设计师应结合业主的需求，综合考量墙体及道路的坡度，借助垂直绿化等措施，提升绿色空间的立体效果，有效布局三维空间，通过扩大建筑空间的绿色面积，改善建筑群的内部环境。相关调查显示，借助这样的设计手段，夏季建筑的室内温度可以下降2～3℃，并缓解冬季室内空气干燥等情况。

3.8 新能源应用

传统能源主要有石油、煤炭等，这种能源是不可再生资源，在使用过程中会产生很多污染，随着能源紧缺及环境污染问题的加剧，人们开始重视新能源的开发。新能源主要为清洁型的、可再生的能源，主要包括风能、潮汐能、太阳能、地热能等，在建筑设计中应用新能源，不仅可以降低传统能源的使用量，还可以降低环境污染。例如，在设计过程中，设计师采用太阳能为照明系统及热水系统提供能量；采用地热系统，将地热能转化为空气热能，为建筑供暖，在保证建筑使用需求的同时，减少电能的消耗，降低建筑的运营成本[5]。