綠色建筑設計的技術實現

詹鳴

【摘 要】綠色建筑是全壽命周期內節約能源、資源、環保舒適的建筑。被動房屋、裝配式房屋、鋼構房屋是綠色建筑的主要形式，綠色建材、先進材料的使用可進一步實現建筑的綠色化。建筑師應樹立綠色建筑設計理念，在新的技術形式下創造新的建筑藝術。

【關鍵詞】綠色建筑；綠色建材；被動房屋，裝配式房屋

0 引言

隨著人口增長和社會發展，資源、環境方面的壓力逐漸增大，可持續發展的理論日益深入人心，低碳、節能、環保已成為生產和生活等各方面應遵循的基本準則。建筑作為人類生活的必需品，可以為人們提供舒適的生活環境，同時，建筑的生產和使用也消耗大量的資源和能源。據統計，全國每年房屋建材消耗量占同種材料消耗量的比例為：鋼材占25%、木材占40%、水泥占70%、玻璃占70%。能源消耗方面，建筑有逐漸超過工業和交通，成為第一耗能大戶的趨勢。根據《中國建筑能耗研究報告（2016年）》的數據，2014年我國建筑能源消費總量在全球排名第二，僅次于美國。我國現有建筑95%以上是高耗能建筑，建筑能耗占全社會總能耗的30%左右。目前我國人均建筑用能處于較低水平，是美國人均建筑能耗的1/5，德國的1/3，日本、韓國的1/2，甚至低于世界平均水平。隨著人民生活水平提高，我國建筑能耗還將持續上升。就已有建筑來看，如果達到同樣的室內舒適度，單位面積能耗可能達到同等氣候條件發達國家的2至3倍。因此，不論是城鎮化推進、新農村建設，還是老舊建筑改造，建筑節能潛力巨大，基于綠色理念的建筑設計大有可為。

所謂綠色建筑，是在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。綠色建筑當然是節能建筑，但節能并不能涵蓋綠色建筑的全部意義。綠色建筑的定義明確了通過提高能源、資源利用效率，減少建筑對能源、土地、水和材料資源的消耗，提升建筑內部環境品質，減少建筑對外部環境影響的核心任務。同時，突出了在“全壽命周期”范疇內統籌考慮的原則，強調了健康、適用、高效的使用功能要求，體現了“與自然和諧共生”、營造和諧社會的思想。

1 實現綠色建筑設計的技術途徑

1.1 被動房屋

被動房屋是基于被動式節能策略而建造的建筑物。被動房屋是將自然通風、自然采光、太陽能輻射和室內非供暖熱源得熱等各種被動式節能手段與建筑圍護結構高效節能技術相結合建造而成的低能耗建筑。這種建筑在顯著提高室內環境舒適性的同時，可大幅度減少建筑使用能耗，最大限度地降低對主動式機械采暖和制冷系統的依賴。

被動房屋節能的關鍵是采用高性能的圍護結構，通過極低的傳熱系數和良好的密封性減少熱量的傳遞，在冬季可以憑借房屋自然得熱維持室內溫度達到20度以上，在夏季則足以抵抗太陽幅射不傳到室內。被動房屋的墻體、屋面以及地基的傳熱系數不應高于0.15W/（m2·K），保溫材料的厚度一般在200到400mm左右，邊沿、轉角、連接處以及滲透處均需采取適當措施，避免熱橋的產生。窗戶是普通建筑保溫、隔熱、隔音的薄弱環節，普通雙層玻璃不能滿足被動房屋的隔熱要求。目前已有傳熱系數較低的真空玻璃、三玻兩腔中空玻璃等可供選用，加上適當的窗框材料和窗框保溫措施，可以極大地降低熱損失，即使增大窗洞面積也能滿足要求，這有利于自然采光和冬季提高室內溫度。外遮陽系統也是被動房屋的重要構件，它可以最大限度減少夏季陽光直射造成的室內溫度升高，同時最大限度地利用自然光，使室內照度分布均勻，防止眩光。被動房屋需要新風系統保持空氣衛生、調節空氣溫、濕度等。高效熱量回收系統、太陽能、地熱資源、生物質可再生能源等的利用等也是被動房屋的有效節能途徑。

被動房屋的節能效果可達到普通建筑的90%。在國家大力推進下，被動房屋建設目前已有許多成功的例子，為今后設計和建設起到良好的示范作用。在城市化進程和新農村建設中推廣被動房屋，必然為我國的節能減排做出巨大貢獻。當然，我國地域遼闊，氣候區涉及到嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、青藏高原等多種類型，設計適應不同氣候特點的被動房屋將是建筑師面臨的巨大挑戰。

1.2 裝配式建筑

裝配式建筑是用工廠預制部品部件在工地裝配而成的建筑。原則上木料、鋼材和混凝土都可生產預制構件，但主要的還是采用預制裝配式混凝土結構，即PC構件。構件經工廠預制，現場進行裝配連接，并可在結合部分現澆混凝土。預制構件的工廠化高效、高標準生產是裝配式建筑的主要優勢，而大開間設計和輕質材料分割墻的使用有利于空間的靈活運用，便于滿足用戶的不同需求。由于現場澆注往往難以完全避免，因此盡量提高建筑的“預制率”和“裝配率”才能最大程度地發揮裝配式建筑的優勢。預制率是衡量主體結構和外圍護結構采用預制構件的比率，預制構件類型包括外承重墻、內承重墻、柱、梁、樓板、外掛墻板、樓梯、空調板、陽臺、女兒墻等結構構件。裝配率是衡量建筑所采用工廠生產的建筑部品的裝配化程度，建筑部品類型包括非承重內隔墻、集成式廚房、集成式衛生間、預制管道井、預制排煙道、護欄等。

發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是國家大力倡導的建筑形式。傳統建筑主要是現場手工作業，由搭腳手架、支模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土等工序組成，主體建筑完工后還需內外裝修，工期長、資源浪費大、環境污染嚴重。裝配式建筑在綠色、節能、環保方面較傳統建筑模式有明顯優勢。工廠化生產具有較高的生產效率，能源、材料的利用率高，便于新型保溫材料、綠色環保材料和可再生材料的使用。建筑現場主要是吊裝作業，人員少、工期短，廢水、粉塵、噪聲等污染較小，產生的建筑垃圾也非常少。裝配構件甚至可以預先完成室內外裝飾，極大地節約了資源，減少了裝修造成的浪費。

1.3 鋼構房屋

鋼構房屋以冷彎型鋼、熱軋或焊接H型鋼、T型鋼、焊接或無縫鋼管及其組合構件作為承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構。與傳統混凝土結構建筑相比，鋼構房屋具有諸多優勢，具備綠色建筑的主要特征。首先，鋼構房屋有較長的使用壽命，且結構的易拆除和可回收重復利用性是混凝土建材不具備的。其次，鋼結構強度高、質量輕，其自重一般為鋼筋混凝土結構自重的1/2至3/5，因此采用鋼結構可以減少建筑物約40%的自重，具有更好的抗震性能，還可簡化基礎構造，降低成本。高強度的鋼結構便于設計較大開間，使建筑平面能夠合理分隔，滿足不同用戶的需求。鋼結構斷面小，約占建筑面積的3%，遠低于普通混凝土建筑的7-9%，可以提高房屋有效面積。鋼結構可以開孔穿管線，不需預留管線位置，可降低層高。另外，鋼構房屋便于工廠預制構件，具有裝配式房屋工期短、污染小、節能、降耗的特點。endprint

1.4 綠色建材

傳統建筑材料水泥、粘土磚等的生產能耗大、污染重，較大的傳熱系數又使建筑保溫性能差，大大增加了建筑使用中的能耗，大量使用這些材料的建筑不能稱為綠色建筑，采用綠色建材部分或全部替代水泥、粘土磚等傳統建材，是打造綠色建筑的必然要求。根據中國建材聯合會公布的定義，綠色建材應具備“四個環節五個特征”，即在原料選用、開采加工、產品制造、產品應用過程中，能夠有效利用廢棄物，少用天然資源和能源，資源可循環再利用的，不僅性能功能符合建筑物等配置的要求，而且全生命期內與生態環境和諧，對人類健康無害的建筑材料。綠色建筑材料具有節能、環保、低碳、安全、可循環、長壽命的特征；生產工藝和生產使用過程中貫徹清潔文明、凈化環境的特征；充分利用廢棄物，減少天然資源和能源消耗，具有可循環再利用的特征；具有低排放、無污染、無毒害、與生態和諧的特征；滿足綠色建筑和其它應用領域配置要求，有利于改善和提升人類生產生活水平的發展進步特征。

使用廢棄物生產建筑材料，減少了天然資源的消耗，消除了固體廢物對環境的污染，符合綠色建材的要求。含有無定形SiO2 和Al2O3或活性較高的CaO的廢棄物，可加入混凝土中參與水泥水化反應，從而減少硅酸鹽水泥的用量，這類廢棄物主要有粉煤灰、煤矸石、鋼渣、磷渣、煤渣、赤泥、鋰渣、錳渣、垃圾焚燒灰、低溫稻殼灰等。惰性廢棄物如礦山廢石、粗粒尾礦、廢玻璃甚至舊建筑廢棄混凝土等，經破碎、篩分分級后可以作為骨料，可減少天然材料的開采。高性能隔熱保溫材料在降低建筑能耗方面起著關鍵作用，也是典型的綠色建材。除了混凝土空心磚、加氣混凝土外，輕質材料如玻璃微珠、膠粉顆粒等加入混凝土也有優良的保溫效果。近年，專用保溫材料的使用日益廣泛，常用的有玻璃棉板、擠出型聚苯乙烯板、發泡型聚苯乙烯板以及巖棉板等。

1.5 先進材料

先進材料指有別于傳統材料，采用先進技術生產的高科技材料，包括能對外界刺激產生響應的智能材料，這些材料包括光致電、光制冷材料，光敏、壓敏材料，智能調濕、調熱材料，自修復材料等。建筑節能降耗方面最常見的先進材料有低輻射玻璃、變色玻璃、相變材料等。

低輻射（Low-E）玻璃是一種鍍膜玻璃，已有工業化生產并成功用于被動房屋。Low-E玻璃具有傳熱系數低和反射紅外線的特點，與普通透明玻璃相比， 它可以反射40 %-70 %的熱輻射， 但只遮擋20 %的可見光。與普通玻璃配合使用， 組成雙層中空窗， 有很好的保溫隔熱節能效果，節省暖氣、空調費用。而智能玻璃具有熱敏、光敏等特性，可自動調節進入室內的太陽輻射，根據變色原理主要有光致變色玻璃、熱變色玻璃、電致變色玻璃、液晶玻璃、電泳玻璃等。

相變材料是一種蓄能材料，可以根據溫度變化產生液-固相變，吸收或放出熱量，從而保持室內處于舒適溫度范圍。建筑節能用相變材料的熔點一般為22-26℃，在建筑中的應用形式主要有墻體中使用相變儲能墻板，通風系統中使用相變儲能模塊，在太陽能地暖和水暖地暖系統中使用顆粒狀相變材料，在建筑材料中摻入相變微膠囊，在吊頂中使用大體積封裝的相變材料板塊等。

2 綠色建筑時代的設計創新

綠色建筑是人類與自然和諧相處的必然產物，是國家大力推動的宏偉工程。根據“建筑業發展十三五規劃”規定的建筑節能及綠色建筑發展目標，城鎮新建民用建筑全部達到節能標準要求，能效水平比 2015 年提升 20%。到 2020年，城鎮綠色建筑占新建建筑比重達到 50%，新開工全裝修成品住宅面積達到 30%，綠色建材應用比例達到 40%。裝配式建筑面積占新建建筑面積比例達到 15%。

“建筑是凝固的音樂”。建筑不僅提供舒適的室內環境，建筑的外觀也必須符合美學原則。然而內容決定形式，綠色建筑的種種技術要求必然對建筑的表現形式產生影響。特別是在綠色建筑發展的初期，已有的建筑空間及其造型藝術不一定能很好地適應綠色建筑技術。比如，被動房屋的遮陽要求可能會影響建筑的立面造型，裝配式建筑構件標準化的要求也一定程度上限制了建筑的造型。盡管如此，綠色建筑也不會千人一面。技術進步促使建筑發展，藝術表現又促進技術的完善。在綠色建筑技術的成熟過程中，必然伴隨著新的建筑藝術表現形式。綠色建筑的發展是綠色建筑技術與藝術結合的創新，在這個發展過程中，建筑師大有可為。建筑師應主動樹立綠色理念，緊跟技術發展，因地制宜，因時制宜，綜合運用各種技術手段，創造適合綠色建筑的新型建筑藝術形式。

3 結束語

實現綠色建筑的技術途徑多種多樣，但不是互相孤立的。被動房屋重點關注保溫隔熱，減少建筑使用中的能耗，保溫材料也應盡量使用綠色建材和先進節能材料。同時，被動房屋也可采用裝配式建造，或鋼結構裝配式建造，減少建筑建造過程中的資源浪費和環境污染。綠色建筑是社會發展的必然，建筑師要主動踐行綠色建筑設計理念，在新的技術形式下創造新的建筑藝術。

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