綠色節能設計在建筑構造中的應用

摘 要：綠色節能設計是我國建筑設計的主要發展趨勢。與之相關的建筑設計構造技術涉及到了建筑外圍圍護結構節能設計、被動式太陽房相關特殊構造等多項內容。本文對建筑構造綠色節能設計的重點內容、建筑構造綠色節能設計的設計思路和太陽能利用形式等問題進行了分析。

關鍵詞：建筑構造綠色節能設計；太陽能利用；太陽能接受式構造

前言

科學技術的發展進步，為建筑師的建筑創作提供了更大的自由度。新型建筑材料與新型建筑結構形式的出現，也讓傳統的建筑形式得到了拓展。能源資源在我國建筑行業的發展過程中發揮著重要的作用。建筑行業的快速發展，讓這一行業對能源資源的依賴性有所提升。建筑行業所應用的能源資源多為不可再生資源，針對能源與環境問題帶來的災難，發展綠色建筑成為了人們和社會的共同要求，建筑構造綠色節能設計也得到了人們的認可。

一、建筑構造綠色節能設計的重點內容

（一）因地制宜的設計理念

綠色建筑是產生于建筑行業發展過程的新名詞。根據我國建筑行業的發展現狀，建筑構造節能設計在建筑施工領域的應用，是構建綠色建筑的主要內容[1]。因地制宜的設計理念，是建筑構造節能設計的基礎要素。它與我國不同地區在自然資源與生態環境等方面所表現出來的差異性之間存在著一定的聯系。在因地制宜的設計理念應用于建筑設計以后，相關人員需要對每個地區進行嚴謹研究，并要結合當地的氣候條件及地域特點，確定建筑設計方案。如在日照時間較短的地區，建筑設計人員需要借助自然采光及被動式集熱技術降低建筑的能耗與污染問題。在一些氣候濕熱地區，設計人員可以借助遮陽板降低太陽輻射的影響。

（二）綠色設計在建筑環節中的應用

建筑工程施工項目需要為民眾生活的安全性、便捷性與舒適性提供保障。為了讓建筑構造節能設計真正滲透于建筑設計施工之中，相關人員需要將環保化的設計理念應用于整個建筑規劃設計階段。在建筑項目規劃設計環節，相關人員需要對建筑項目所在區域的生態人文特點、氣候因素、水資源因素、交通因素進行統籌分析，以促進建筑項目與周邊地區的自然環境與生態環境的融合。

（三）降低環境承載負荷

對自然可再生資源的有效運用，是建筑構造節能設計所遵循的目標。降低環境所承載的負荷，可以被看作是建筑構造節能設計的重要內容。建筑項目施工技術涉及到了建筑主體施工技術、室內照明系統設計技術和暖通工程施工技術等多種技術。在室內照明系統、局部空調系統及換氣系統等系統的設備過程中，相關人員可以根據日照強度的變化，對上述系統進行優化調節。在建筑構造節能設計應用于建筑工程施工以后，相關人員也需要對建筑使用后的保養及修繕問題進行關注。

二、建筑構造綠色節能設計的設計思路

（一）水資源循環利用設計

水資源的循環利用設計有助于水資源利用效率的提升。現階段我國很多民用住宅及商用住宅項目中均應用有中水系統。工業廢渣在建筑中的有效利用，也可以發揮出促進建筑項目環保效益提升的作用。

（二）按照節能標準開展設計與施工

應用于建筑屋頂墻體的溫度措施可以為建筑在冬季發揮出降低采暖能耗的作用。在盛夏時節，建筑屋頂墻體溫度措施也可以有效降低空調制冷的能源換消耗。除墻體溫度措施以外，節能燈具和變頻空調等設備也可以發揮出降低電能消耗的作用，節能設備的應用，對建筑工程的施工技術有著較為嚴格的要求，對此施工人員需要按照相關的節能標準開展施工，以便讓建筑項目真正發揮節能環保的功效。

（三）老建筑的節能改造

老建筑的節能設計，也是建筑工程施工領域所不可忽視的問題。根據一些老建筑改造實例，為提升老建筑的節能環保功效，施工人員可以將老建筑的外門窗更換為斷橋鋁合金及塑鋼雙層中空窗，也可以在外立面粉刷及平改坡工程施工工作開展過程中加裝外保溫系統

三、被動式太陽能利用形式

太陽能利用形式在建筑構造節能設計系統之中發揮著較為重要的作用。根據太陽能建筑技術的發展現狀，太陽能建筑的發展階段可以分為以下階段：一是被動式太陽能技術的發展階段；二是主動式太陽能利用技術的發展階段；三是利用太陽電池等光電轉換設備為建筑提供所需能源的階段。在上述太陽能應用技術之中，被動式太陽能利用形式屬于建筑氣候設計范疇[2]。根據我國的地形特征，夏季炎熱冬季寒冷的地區多屬于太陽能資源較為豐富的地區，除四川、重慶等少數年平均輻射量較低的省市以外，國內大多數地區都可以在建筑項目施工方面應用太陽能采暖降溫技術。在被動式太陽能利用形式應用于建筑施工以后，相關人員需要對建筑物的朝向、體型及內部空間設計等因素進行充分關注。在被動式太陽能利用形式與建筑工程施工技術相融合的情況下，被動式太陽房的集熱方式可以分為以下內容：一是直接受益窗集熱方式；二是集熱蓄熱墻集熱方式；三是附加日光間集熱方式；四是對流環路式集熱方式；五是水蓄熱屋頂式集熱方式。在上述集熱方式之中，直接受益窗與附加日光間技術可以與建筑形態處理技術之間實現有效融合。遮陽降溫效果是建筑施工人員所不可忽視的內容。

四、太陽能接受式構造的設計分類

太陽能接受式構造的應用效果事關建筑構造節能設計的設計效果。一般情況下，建筑設計施工領域的太陽能接受式設計的設計原則主要涉及到了以下內容：第一，相關人員需要根據建筑項目的實際情況，確定建筑是否接受或拒絕太陽熱；第二，建立在太陽能接受式構造基礎上的建筑工程施工技術需要具備保證室內舒適性的熱處理能力；第三，在太陽能接受式構造設計應用于建筑工程施工設計以后，相關人員需要讓建筑內部具有供熱量自由出入的能力。熱損失控制、熱獲得利用控制和集熱墻設計是太陽能接受式構造設計中所不可忽視的內容。

（一）熱損失及其控制

建筑物的熱損失是太陽能接受是構造設計的應用效果的重要影響因素。在建筑設計領域，設計人員需要對建筑物的熱量散失原理進行明確，并要讓建筑構造形式具有將熱損失降低至最小限度的能力，為適應每日或每一季節的熱需要，相關人員也可以在建筑中應用有具備熱流切斷功能的隔熱裝置。

（二）熱獲得利用及其控制

建筑項目的熱獲得形式分為熱量直接獲得形式與熱量間接獲得形式兩種形式。建筑熱量直接獲得形式指的是陽光在途中未被遮斷，可以直接照射于室內的熱獲得方式。如利用太陽可以直接照射到的地板及墻壁進行儲熱的儲熱系統就可以被看作是建筑熱量直接獲得形式的反映。由于人體無法長時期忍受陽光暴曬，故而建筑項目中也需要應用有這樣設備。熱量間接型獲得形式指的是太陽能在進入室內之前已經被遮斷的建筑形式。如集熱板、屋頂水袋是建筑項目中較為常用的熱量間接獲得形式。

在夏熱冬冷的區域，一些建筑物并沒有應用采暖設施和采暖措施。在進入冬季以后，人們可以借助充裕的太陽能解決采暖問題。在熱獲得利用形式與建筑設計技術相融合的情況下，施工人員可以借助以下方式解決建筑冬季采暖問題，第一，建筑施工人員可以將溫室型熱獲得方式應用于建筑工程施工技術之中。在這太陽能利用方式下，人們可以借助現存的溫室及一些新建溫室構建栽植、游戲與樂理與娛樂于一體的生態空間。在這一建筑設計模式下，溫室可以發揮出太陽能集熱器的作用，在居住建筑之中，施工人員可以將建筑物陽臺改造為具有太陽能集熱器作用的溫室。第二，建筑人員可以對蓄熱體型熱獲得方式進行應用。就建筑項目而言，屬于建筑物構造體的蓄熱體可以在發揮儲熱功能的同時，發揮出支撐建筑物的作用，不屬于構造體的蓄熱體具有著配合季節調節室內溫度的能力。在建筑設計方面，蓄熱體的建設材料包含有磚瓦、預制混凝土和石塊等財力阿里，蓄熱體可以在太陽能接受是冷暖系統的建筑物的任何位置發揮自身的作用。第三，相關人員也可以將屋頂型熱獲得方式、墻壁型熱獲得方式和可移動式熱獲得方式應用于建筑構造節能系統之中。

（三）集熱墻設計

集熱墻在太陽能利用系統中發揮著至關重要的作用。它主要由透光玻璃、集熱板和集熱墻體等多種構造組成。通過對集熱墻的工作原理進行分析，我們可以發現，在陽光照射到集熱板以后，集熱板在吸收熱量的過程中，會將一部分熱量蓄積與集熱墻墻體之中，在上下風口開啟以后，房間之中的冷空氣會進入到集熱板與墻體之間的空腔之中，并在受熱上升以后，經由上風口返回房建，這種熱循環過程可以有效提升室內溫度。

五、國內外太陽能技術的應用分析

（一）國內外太陽能技術應用實例

根據太陽能技術在建筑構造節能設計領域的應用情況。英國貝丁頓生態社區項目、德國弗萊堡太陽能社區、我國北京地區的評估新農村太陽房和德州皇明太陽能示范園項目是太陽能利用與建筑構造節能設計相結合的典型案例。在建筑技術層面，英國貝丁頓生態社區項目應用有就按住面朝南方的設計方案。該社區中每一戶住宅都安裝有雙層真空玻璃的陽光間。被動式太陽能利用技術與主動式太陽能技術的綜合運用，是這一項目的主要特點。該社區建筑的墻體之中應用有300mm厚的巖棉層，巖棉層可以讓建筑墻體發揮出積蓄熱量的作用。建筑窗框為木質窗框，外窗玻璃應用有三層中氬氣玻璃。德國弗萊堡太陽能社區住宅的住宅外墻應用有含16種顏色及金屬和木材的多種外墻面材，建筑中應用有可控化通風系統。在無需供暖系統及空調系統的情況下，住宅室內溫度可以常年維持在15℃至20℃之間。北京平谷新農村太陽房應用有240mm磚墻、6cm厚的聚苯板。建筑中包含有以下幾種系統：一是分體式太陽能采暖系統；二是低溫輻射地板采暖系統。陽光間的設計，也可以非讓冬季室內的采暖需求得到有效滿足。湖南海鷗環保科技有限公司倒班樓建筑墻體采用的是以100mm厚苯板為外保溫處理材料的施工方案。門窗采用的是玻璃密封窗，倒班樓熱水系統為集熱器熱水系統。從湖南海鷗環保科技有限公司的整體建筑技術來看，集熱器安裝于建筑南立面及窗間墻的施工方案可以發揮出點綴裝飾的作用。將集熱器看作是一個建筑構件，有助于太陽能與建筑的一體化設計。

（二）太陽能技術應用案例的啟示

從國內外太陽能技術的應用情況來看，太陽能具有著間歇性的特點，為提升建筑的節能效果，相關人員在太陽能利用方案的設計過程中，需要根據建筑項目的實際情況，借助其他可持續能源為太陽能提供補充[3]。如英國貝丁頓生態社區將生物質原料視為太陽能的輔助能源。在注重輔助能源的作用的同時，相關人員也需要注重外圍護結構在建筑保溫隔熱方面的作用。在被動式太陽能利用方面，合理化的遮陽設施與科學化的通風設計可以有效避免夏季太陽能輻射所導致的室內過熱的問題。建筑項目夏季通風散熱問題是建筑工程施工過程中所不可忽視的問題，在建筑構造綠色節能設計應用于建筑工程施工以后，施工人員需要對建筑的豎向通風組織與余熱的回收措施進行完善。為避免建筑項目出現的夏季過熱的問題，相關人員可以借助熱壓效應組織室內通風。

結語

建筑構造綠色節能設計是工業文明向綠色文明轉變的產物。太陽能利用技術在現代建筑領域發揮著重要的作用。太陽能技術的合理應用，有助于房屋建筑環保效益的提升。針對太陽能所具有的間歇性特征，相關人員也需要配備太陽能的補充能源。

參考文獻

[1]張來彩.建筑構造的綠色環保節能設計標準[J].中國標準化，2016（11）：236-237.

[2]張海濱，王立雄.建筑節能設計因素影響分析[J].建筑節能，2016，44（01）：45-49.

[3]鄭賢忠.淺析建筑構造節能設計與太陽能利用[J].黑龍江科技信息，2012（05）：7.

[4]魏建林.住宅建筑構造節能設計[J].山西建筑，2011，37（16）：208-209.

作者簡介

肖新橋（1959.11-）；男，湖南省長市，本科，畢業于湖南大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：建筑設計.

（作者單位：湖南海利工程咨詢設計有限公司）