基于绿色建筑设计理念的民用建筑设计

2024-03-27吴晓轩

智能建筑与智慧城市 2024年3期

吴晓轩

（中铁二十二局集团有限公司北京工程勘察设计院）

1 工程概况

南京No.溧水2021G19 地块项目总建筑面积约13万㎡，地上18层、地下1层。以绿建三星和健康三星为设计标准，采用地源热泵+毛细管网辐射冷暖、新风系统、太阳能利用等科技系统，搭载六恒科技系统和智能家居科技系统，融合装配式、海绵城市等设计理念，打造绿色环保型品质科技健康住宅。

2 基于绿色建筑设计理念的民用建筑设计原则

2.1 经济效益原则

不管绿色建筑工程设计有多环保、多宜居，若售价高于人均收入水平，那么就会导致人们购买欲望较低。可见，经济效益原则是建筑设计的基本原则。

2.2 资源利用原则

建筑工程所涉及的资源主要包括木材、水泥、土地、能源等，在实际设计过程中应综合考虑建筑工程资源利用效率，确保建筑资源减量、重用、循环、可再生，实现资源利用效率[1]。

2.3 亲和环境原则

建筑依靠环境而生，绿色建筑设计更应从环境考量，既要注重建筑外部环境，同时又要考量室内设计环境，保证建筑外部环境与室内环境相辅相成。

2.4 社会可接受原则

绿色建筑设计应结合当地社会文化环境及外部环境，将符合本地特色的优秀文化融入建筑设计中，增强人们对建筑设计的认同感（见图1）。

图1 基于绿色建筑设计理念下的民用建筑设计原则

3 基于绿色建筑设计理念的民用建筑设计要点

3.1 建筑外墙保温隔热设计

建筑外墙的保温隔热效果在很大程度上影响了建筑的能耗。民用建筑设计想要实现绿色节能目标，要在实际设计过程中注重墙体材料的选择。此外，外墙材料的导热系数也是设计中控制的要点。一般来说要控制在0.13W/（m·k）～0.5W/（m·k）的范围内，例如，常见的加气混凝土砌块材料等。要延缓建筑表面的升温速度，在同种类型的墙体材料中，应优先选择材料容重相对较大的，这种材料的蓄热性能更加突出[2]。如果建筑工程所属地区昼夜温差不明显，设计人员可选择轻质墙体材料，升温较快，散热效果也更好。

3.2 建筑体形系数设计

研究发现，在民用建筑设计中，对建筑体形系数的合理设计能显著缩减建筑工程单位空间内的实际散热总量，具有较强的节能效应。建筑的体形系数每增大0.01，其实际耗热量会相应上升2.5%。在设计中，设计师应尽量保证建筑体形设计的规整程度，在可控范围内尽量缩减建筑外表面积，在设计中适当增加建筑楼层，增大建筑的体量和进深。

3.3 建筑朝向、通风与采光设计

建筑朝向是设计中的关键，设计时需因地制宜，根据工程所处地区合理规划，通常建筑的主要朝向不应面对冬季主导风向。为实现自然采光的有效利用，设计人员应尽可能增加建筑外墙的采光面，尽量为建筑用户提供舒适宜人的自然光，这对室内自然光照效果的提升也大有助益，可间接减少室内灯具照明所产生的能耗。在设计过程中应采用透光性良好的玻璃材料，窗户开启位置也应合理布设。为保建筑室内通风效果，设计人员可设置上部或中部悬窗的设计形式，也可采用底部内倒的通风设计形式。建筑各主跨结构的开启扇数量应合理控制，各主跨应为2个或2个以上[3]。

基于绿色设计理念的民用建筑设计中，设计人员多采用上下贯通的中庭设计形式，此种设计形式采光效果良好。中庭设计可更好地实现自然风的利用，对于高大的建筑空间，设计人员可在顶部设置通风窗，借助建筑室内外的空气压差，形成空气的对流，进而改善室内空气质量。在夏季，可降低室内空调使用频率，间接降低能耗。

3.4 窗墙比设计

在民用建筑的绿色节能中，窗墙比的设置对建筑实际节能效果有较大影响，科学设置窗墙比参数，可节省工程的玻璃用料费用，节省更多保温材料。

3.5 建筑外遮阳设计

在民用建筑设计中，外遮阳设计是一种经济高效的节能设计形式。实际设计过程中，建筑外遮阳的具体形式要依照建筑工程的立面结构和风格展开合理设计，进而起到功能优化的作用，在不破坏建筑原有立面设计的前提下实现节能目标。

建筑的常用外遮阳形式有很多种类型，具体可分为垂直遮阳形式、水平遮阳形式或者水平垂相结合的遮阳形式。一般来说，低纬度地区的建筑南向朝向多会选用水平遮阳设计形式，而南向朝向之外的方向则可采用垂直遮阳的设计形式。外遮阳设计不但要注重实用性和与建筑外立面的和谐统一，还要注重室内的视觉效果，保证其遮阳装置尺寸形状的合理性。如果建筑中设置了顶部玻璃窗，选用了中庭采光设计，设计人员可在玻璃窗外部采用外遮阳设计，应用可滑动式智能型外遮阳装置，结合实际使用需求灵活遮挡太阳光，以此达到节能的目的[4]。

3.6 建筑屋面设计

屋面也是建筑外立面的重要组成部分，在建筑的节能降耗设计中属于比较关键的控制环节，建筑屋面的隔热保温设计与建筑的外墙相类似，但是其屋面的面层结构设计相对来说更加复杂。其中包括找坡层结构、找平层结构、保温层结构以及最后的保护层结构等，相比于外墙结构具有更好的保温隔热效果。进行屋面节能设计时，应选择泡沫玻璃材料、挤塑板材料等具有较低导热系数的保温材料。进行建筑屋面节能设计时，不要忽略屋面结构的防水处理。为同时保障建筑屋面的防水效果和节能效应，设计人员可采用倒置式屋面设计，这种屋面设计形式是指，在屋面防水层结构的上面设置保温层，以此强化防水保温效果，这种设计形式可降低后续屋面施工的难度，施工作业也不易受到外部环境的限制。

为更好吸收太阳光的辐射热量，防止建筑室内温度过高，设计人员可在屋面部分合理设置绿植。屋面部分的覆土种植设计可以有效吸收热量，并阻隔热量传递，显著降低屋面整体温度。与此同时，对建筑屋面区域的环境美化也有助益，符合绿色建筑设计理念。通常来说，进行屋面绿植的覆土种植时，要注意控制覆土厚度，将其控制在40cm 左右，搭配种植灌木花草等植物。

3.7 可再生资源利用设计

3.7.1 雨水回用

绿色民用建筑设计中更强调对水资源的节约利用。当前在很多节能型民用建筑中都进行了雨水回收设计，通过建筑中的雨水回用系统，可显著减少雨水径流，并最大程度发挥雨水的作用，节省更多水资源。设计中通常会将屋面雨水回收作为首选设计形式，屋面雨水收集装置收集到雨水后，雨水通过排水管进入净化池进行处理，将净化后的雨水储存后可用于家庭的厕所冲洗用水、景观绿植灌溉用水、洗车用水等等[5]。此外，也可设计地面雨水截污收集回用系统，地表的雨水需要先通过截污处理，再进入雨水收集装置。其雨水回用系统如图2所示。

图2 雨水回用系统

3.7.2 太阳能的利用

太阳能集热是最先推广应用的太阳能利用方式，常见的是以水为载热体，也就是太阳能热水器。太阳能集热器设置在平屋面时，集热器应朝南布置，东西方向偏转应小于30°。太阳能集热器设置在坡屋面时，集热器应设在朝南方向或者东南、西南方向。此外，还有太阳能光电技术的应用，太阳能光电技术是利用太阳能组件将太阳能转变为电能，它能使建筑物从单纯的耗能型转变为供能型，产生的电能既可以独立储存，又可以并网应用。

3.7.3 地热能的利用

在绿色民用建筑设计中应注重地热能的合理利用。在实际设计过程中，设计人员可充分利用建筑所处区域的地下水及土壤中的天然能源。例如，在本工程的绿色节能设计中，就应用了地源热泵系统，该系统能够将建筑所处区域地表浅层的地下水低温热源作为冷热源，借助热泵机组实施能量转换，与建筑内系统组成节能型空调系统，实现建筑室内的制冷采暖，其系统运行原理如图3 所示。该系统运行过程中，可保证稳定均衡的冷热能供应，其相比于常规的建筑暖通系统，运行效率更高。由于系统运行期间多采用天然能源，因此会大幅度节省电能，系统运行费用也大大降低，经济效益和环境效益显著。应用该系统后，建筑空调系统的制冷剂灌充总量大幅度减少，相比常规空调至少减少1/4，与此同时，二氧化碳的排放也得到显著控制。