綠色建筑設計理念及應用分析

深圳市建筑設計研究總院有限公司

摘要：綠色建筑設計與實施作為我國發展低碳經濟，促進社會與經濟可持續發展的一個重要舉措。本文主要結合實際工程進行綠色建筑設計理念的實踐，以供參考。

關鍵詞：綠色建筑；設計；理念；應用

1 建筑項目簡介

該項目總建筑面積 804 m2，共 4 層，臨湖而建，地勢東北高西南低、依山傍水。建筑的主要功能房間包括：辦公室、資料室、客房、接待室、會議室等。當地氣候四季分明，屬于典型中亞熱帶季風性濕潤氣候的夏熱冬冷地區，夏季高溫高濕，冬季寒冷、較干燥。

2 綠色建筑理念應用于本項目的設計實踐

綠色建筑理念的實施往往是通過綠色建筑技術的使用來實現的，但又不是簡單的綠色建筑技術的堆疊，而是從實際出發，在建筑和環境之間建立起良性通道，充分考慮當地建筑所在地域的氣候、資源、生態環境等特點，因地制宜，最大限度節約資源，提高能源使用效率，通過對建筑空間的靈活運用、配合以適宜的技術措施，最終為使用者提供一個健康、適用和高效的舒適空間，與自然和諧共生的建筑環境，并為建筑賦予綠色、可持續的理念。經過選址微氣候實測和分析，選擇本項目的綠色建筑設計方案為：循環節能墻體材料應用和種植屋頂、湖水資源作為飲用水直接利用、湖水源熱泵系統供衛生熱水和空調、外遮陽結合自然通風改善室內熱環境等。

2. 1 可再生能源的利用

在本項目中，對可再生能源的充分利用主要體現在以下兩方面：

2. 1. 1 冷熱源選用

該建筑位于湖邊，經過測試，位于湖水淺表層水深 3 m 位置處，夏季湖水溫度為 17～18℃ 左右，冬季為 6～8℃ 左右，湖水容積為 1800億m3，可作為一個天然的儲能庫為空調系統提供巨大的冷熱源，能為水源熱泵空調機組水源側提供良好的運行環境。和空氣相比，水溫波動范圍很小，水溫較為穩定，且水質符合國家 GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中二類標準和 CJ 3020—1993《生活飲用水水源水質標準》的一級標準，不需要進行復雜的水質處理就能保證機組的使用壽命和運行性能，獨特的地理位置保障了取水方案的可行、可靠。因此，該建筑工程采用湖水源熱泵空調系統和太陽能熱水系統一體化設計方案（如圖 1 所示），地表水源熱泵能獲得較高的制冷、制熱 COP 值，為建筑提供夏季制冷，冬季取暖及生活用冷熱水，滿足建筑物的使用要求。該項目位于夏熱冬冷地區，按照我國太陽能資源分布情況表，該項目位于太陽能資源一般地區，年平均太陽能總輻照值為4 492 MJ/m2，年平均日照時數為 1 247. 8 h。在春秋季節太陽能資源豐富條件下，利用太陽能熱水系統制得該建筑所需生活熱水；在冬季，利用空調供熱熱水通過冷凝器換熱取得；同時，在特殊天氣、特殊不利情況條件下，生活熱水兩種制取方式可以臨時切換，因此本設計采用地表水水源熱泵空調系統的熱回收和太陽能熱水系統相結合的設計，高質高用的利用生活熱水，降低了工程設計的能源的消耗，提高了生活熱水系統的用能效率。

圖 1 湖水源熱泵空調系統與太陽能熱水系統一體化方案原理圖

2. 1. 2 通風方式

本項目在春、夏、秋季節充分利用自然通風，減少空調設備運行時間，節約能源，保障室內空氣品質，提高建筑物內人員的熱舒適性。

根據現場測試以及氣象參數顯示，該地區受到氣候條件的影響，建筑區內平均風速較大，夏季平均風速達 3. 0 m/s 以上，且建筑物處于山體和一個山坡之間，自然通風條件優越。夏季南風帶入湖面蒸發產生的水蒸氣，對夏季干燥空氣加濕，增加了自然通風的冷卻效果。在過渡季節充分利用溫度較低的室外空氣，改善室內熱環境，提高熱舒適性，減少房間空調設備的運行時間，節約能源。通過運用通用流體分析軟件 PHOENICS 對目標建筑進行夏季室外風環境模擬，由于建筑物南北向壓力值 >10 Pa，通過窗戶的開啟，自然風在風壓作用下可達到形成良好自然通風的條件。

通過風速和風壓對比，在夏季自然通風情況下，通過窗戶的開啟自然通風送風狀態良好，建筑內部基本沒有通風換氣的死角。因此，在夏季自然通風條件下，建筑物能獲得較好的通風效果，自然通風的設置有利于改善室內空氣品質，提高建筑物房間的舒適性。

2. 2 外遮陽改善室內環境和建筑圍護結構節能

2. 2. 1 外遮陽對室內熱環境的影響

窗戶采用可調活動水平百葉外遮陽技術，不僅為建筑塑造一個美觀的外形，而且能夠較大限度地阻擋夏季過多的太陽輻射進入室內，減少建筑物的夏季得熱，降低空調系統的制冷，提高室內熱舒適度水平，從而一定程度上改善室內熱環境。在冬季可以通過北向窗戶百葉的關閉，減少建筑物的換氣次數，降低冬季建筑物的熱量損失。

2. 2. 2 外遮陽對室內通風的影響

通過合理的調節外遮陽百葉葉片傾角，一定程度上改變氣流進入室內的流速和流向，通過百葉的引導，使氣流更易形成流動的一致性，有規律的加劇上下運動，加強在春、夏、秋充分利用自然通風的目的。另一方面，通過開啟建筑物南面窗戶活動百葉外遮陽系統，下部橫向百葉遮陽板能把室外氣流引入室內，室外新鮮氣流與室內氣流通過混合交換熱量后，在熱壓作用下，由上層橫向百葉流出室外，在室內形成微置換通風的效果。外遮陽系統的設計很大程度上提高了建筑物的自適應能力，基本滿足以較少的投入獲得全年建筑物的靈活調節。圖2為活動百葉遮陽室內通風效果示意圖，圖3為活動百葉遮陽系統。

圖 2 活動百葉遮陽室內通風效果示意圖

圖3 活動百葉遮陽系統

2. 2. 3 外遮陽對室內光環境的影響

合理的外遮陽設計，不僅可以有效阻擋太陽直射光線進入室內，防止室內光線的強烈變化產生炫光，同時通過一系列反射和折射作用對進入室內的光線進行再調配，提高室內照度的均勻度，改善室內光環境。但是，由于遮陽措施有擋光作用，從而會降低室內照度，在陰雨天更為不利。

本項目所在地屬于Ⅳ類光氣候區，根據 GB50033—2013《建筑采光設計標準》規定，Ⅳ類光氣候區的光氣候系數 K 值為 1. 10，室外天然光臨界照度為 13 500 lx。客房窗戶設置外遮陽百葉，玻璃為雙層中空玻璃，太陽光透過率為 0. 71。表 1 為Ⅳ類光氣候區公共建筑的主要功能房間最小采光系數標準值。

表1 Ⅳ類光氣候區公共建筑的主要功能房間最小采光系數標準值

采光等級房間名稱側面采光

采光系數最低值

/%室內天然光臨界

照度/1x

Ⅲ會議廳、辦公室3.3450

Ⅳ大堂、客廳、餐廳、

多功能廳2.2300

Ⅴ走道、樓梯間、衛生間1.1150

2. 2. 4 節能墻體材料應用和種植屋面設計

采用當地生產的新型環保建筑材料—蒸氣加氣混凝土砌塊作為建筑墻體材料。蒸氣加氣混凝土砌塊是以粉煤灰、水泥、石灰、石膏、發泡劑以及水為原料生產的新型復合墻體材料，它具有導熱系數小，質量輕強度高的特點，抗壓強度高，保溫隔熱性能好，符合綠色建筑理念中節材與材料資源利用，本地化的節能產品的使用既能減少材料運行過程當中的資源和能源消耗，同時也能降低環境污染，產品的節能型要求，是一種可循環利用的新型綠色環保建筑材料。種植屋面選用適宜當地生長的紅景天科植物，設計成由上至下依次為植物、土層、砂石層、鵝卵石層、防水層，防水層的橡膠材料致密，可防植物根穿透，鵝卵石層設幾處排水，使得暴雨季節淤積雨水能夠及時排出。種植屋面既能夠提高建筑物整體保溫效果，也有利于建筑物與周圍環境的整體協調和微氣候調節。

2. 3 水資源利用

由于水資源豐富，且經質檢部門檢測，水質符合國家 GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中二類標準和 CJ 3020—1993《生活飲用水水源水質標準》的一級標準，充分利用當地的水資源，采用直接利用湖水資源作為生活飲用水，通過潛水泵將湖水抽至中轉水泵，經過沉淀消毒再泵入山頂的生活給水水箱，水箱底部高度高于建筑高度 5 m，完全能夠靠自身重力送往建筑物內，考慮到了綠色建筑理念中的節水與水資源利用，有利于節約水泵運行能耗。

通過全面運用新型節能環保建筑材料及綠色建筑節能創新技術，統籌考慮綠色建筑設計理念中節能、節水、節材、保護環境、滿足建筑功能。

3 結束語

通過對建筑物設計應用綠色建筑理念，充分考慮建筑所在地區域的風資源和冬夏氣候條件，采取滿足規范標準的技術措施，使得經綠色建筑節能設計后形成的該項目圍護結構熱工性能滿足規范限值要求，可見綠色建筑理念用于指導節能設計實踐是可行的。