基于環(huán)境分析的綠色建筑設(shè)計(jì)研究
——以重慶市某辦公樓為例

周芮錦，呂忠

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的建筑使用能耗成為總能耗的重要組成部分[1]，并呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年，全國(guó)建筑業(yè)企業(yè)房屋施工面積140.89億m2，比上年增長(zhǎng)6.96%（圖1）。

圖1 2009—2018建筑業(yè)企業(yè)房屋施工面積、竣工面積及增速

重慶市處于夏熱冬冷地區(qū)，一直是實(shí)施綠色建筑的重難點(diǎn)區(qū)域[2]。如何因地制宜地打造綠色建筑[3]，與周邊大區(qū)域大環(huán)境建立良性通道，充分發(fā)揮綠色建筑技術(shù)的作用，是本文重點(diǎn)分析的主要內(nèi)容。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目是一棟重慶地區(qū)新建的建筑科研辦公樓，按照中國(guó)綠色二星級(jí)認(rèn)證的項(xiàng)目，旨在打造“綠色、生態(tài)、低碳”的辦公樓，并向社會(huì)展現(xiàn)綠色建筑的技術(shù)應(yīng)用。建筑主要功能為辦公樓和實(shí)驗(yàn)樓，占地約6600m2，建筑面積為4.1萬(wàn)m2，其中地上23層，地下4層，地上面積約2.6萬(wàn)m2，地下面積約1.5萬(wàn)m2（圖2）。

圖2 項(xiàng)目效果圖

2 綠色建筑策略

重慶市處于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，在我國(guó)的熱工氣候分區(qū)中屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季悶熱，冬季濕冷，過(guò)渡季節(jié)氣候宜人。因?yàn)樯降爻鞘刑厥獾牡匦胃卟睿鞘锌臻g具有立體層次，但也導(dǎo)致日照遮擋的問(wèn)題。該項(xiàng)目毗鄰城市主干道和次干道，需采取主動(dòng)措施降低環(huán)境噪聲。根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)和山地城市的氣候地理特點(diǎn)，以及項(xiàng)目周邊的大環(huán)境因素，該項(xiàng)目的綠色建筑技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)著眼于緩解夏季高溫強(qiáng)輻射、冬季濕冷日照采光不足、空氣潮濕以及環(huán)境噪聲等問(wèn)題，同時(shí)在過(guò)渡季節(jié)加強(qiáng)建筑的自然通風(fēng)。

3 綠色建筑技術(shù)路線實(shí)踐要點(diǎn)

確定綠色建筑技術(shù)路線，不僅要考慮大區(qū)域和大環(huán)境的各類資源與影響因素，對(duì)于項(xiàng)目的周邊環(huán)境和現(xiàn)有條件也需仔細(xì)調(diào)研分析。既利用周邊既有資源并保護(hù)環(huán)境，同時(shí)從設(shè)計(jì)上控制環(huán)境因素的不足[4-5]。本文將結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際情況，詳細(xì)介紹所采用的自然通風(fēng)、采光遮陽(yáng)以及降噪設(shè)計(jì)三項(xiàng)綠色建筑技術(shù)，并對(duì)其實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)研究分析。

3.1 自然通風(fēng)技術(shù)路線

重慶全年濕度較大，過(guò)渡季節(jié)較長(zhǎng)[6]，自然通風(fēng)要求較高。根據(jù) 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50736-2012，重慶市全年最多風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，夏季室外平均風(fēng)速為1.5m/s，冬季室外平均風(fēng)速為1.1m/s，是全國(guó)風(fēng)速最小的地區(qū)之一。

建筑物的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)項(xiàng)目風(fēng)環(huán)境條件進(jìn)行確認(rèn)，然后從建筑的空間布局、開窗優(yōu)化到導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件進(jìn)行多層次配合設(shè)計(jì)。

3.1.1 室外風(fēng)環(huán)境分析

首先該項(xiàng)目采用對(duì)室外場(chǎng)地的風(fēng)環(huán)境模擬分析，優(yōu)化項(xiàng)目場(chǎng)地的風(fēng)環(huán)境，以避免風(fēng)速較大區(qū)域或渦流區(qū)的出現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)模擬的風(fēng)速風(fēng)壓結(jié)果，對(duì)建筑的開口方式以及室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提供條件依據(jù)，如圖3、圖4所示。

圖3 項(xiàng)目周邊人行區(qū)域1.5m高度風(fēng)速云圖

圖4 項(xiàng)目周邊人行區(qū)域1.5m高度風(fēng)壓云圖

分析結(jié)果顯示，在人行區(qū)域1.5m高度處的風(fēng)速滿足不影響人員室外活動(dòng)的要求，場(chǎng)地周邊空氣能滿足新鮮空氣的要求，兩個(gè)主入口之間存在渦旋區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)置了低矮灌木改善空氣質(zhì)量。建筑在夏季、過(guò)渡季節(jié)前后壓差基本在1.5Pa以上，適合充分引入室外新風(fēng)，加強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)，改善室內(nèi)環(huán)境條件。

3.1.2 室內(nèi)自然通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合項(xiàng)目的使用特點(diǎn)，分析強(qiáng)化自然通風(fēng)的技術(shù)途徑，提出了設(shè)置屋頂拔風(fēng)井、增加外窗和通風(fēng)器等自然通風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

（1）中庭拔風(fēng)井的設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案中在該項(xiàng)目一層大廳設(shè)計(jì)有兩層高的中庭，未設(shè)置通風(fēng)井。在優(yōu)化方案中，如圖5中A處所示，配合構(gòu)造設(shè)計(jì)，中庭上端設(shè)置了豎向通風(fēng)井的捕風(fēng)口，與裙樓屋頂?shù)耐L(fēng)天井相連，利用熱壓作用使室內(nèi)空氣上升至天窗通氣口排出，同時(shí)引入室外的自然風(fēng)，加強(qiáng)了底層的通風(fēng)。

圖5 一層中庭拔風(fēng)井設(shè)計(jì)示意圖

（2）增加外窗開啟的設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目未充分考慮受室外風(fēng)壓影響的自然通風(fēng)，未進(jìn)行外窗開啟設(shè)計(jì)。在優(yōu)化方案中，如圖6中B處所示，配合構(gòu)造設(shè)計(jì)，增加可開啟外窗并保證可開啟面積，利用室外較好的正負(fù)壓條件引入室外的自然風(fēng)，增強(qiáng)內(nèi)部自然通風(fēng)效果。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)層增加外窗開啟設(shè)計(jì)示意圖

（3）增加通風(fēng)器和通風(fēng)口的設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案中，該項(xiàng)目部分房間由于幕墻可開啟面積的限制，以及房間進(jìn)深較深，自然通風(fēng)效果不夠理想。在優(yōu)化方案中，如圖7中C、D處所示，配合構(gòu)造設(shè)計(jì)，于外窗處增加窗式通風(fēng)器，走廊處增加涵洞式通風(fēng)口，引入室外的自然風(fēng)，同時(shí)與A、B處形成通風(fēng)通路，增強(qiáng)內(nèi)部自然通風(fēng)效果。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)層增加通風(fēng)器、通風(fēng)口設(shè)計(jì)示意圖

3.2 遮陽(yáng)技術(shù)及自然采光技術(shù)路線

重慶為山地城市，夏季太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，冬季日照不足，對(duì)于遮陽(yáng)與采光有雙重要求。針對(duì)建筑物的遮陽(yáng)與采光設(shè)計(jì)，首先要分析項(xiàng)目的日照與采光條件，然后對(duì)建筑的開窗優(yōu)化、遮陽(yáng)措施以及采光補(bǔ)充進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，以達(dá)到建筑節(jié)能與居住舒適性的要求。

3.2.1 室外日照與室內(nèi)光環(huán)境模擬分析

（1）室外日照模擬分析

該項(xiàng)目對(duì)室外場(chǎng)地日照條件進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)日照條件模擬分析結(jié)果，為建筑的外窗設(shè)置方向以及遮陽(yáng)措施設(shè)計(jì)提供依據(jù)，如圖8所示。

圖8 項(xiàng)目全年太陽(yáng)軌跡模擬圖

模擬結(jié)果顯示，建筑東面、西面、北面大寒日日照時(shí)間均達(dá)到2h，北面日照效果較差。建筑塔樓東南面太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，陰影覆蓋面積較小。

（2）室內(nèi)光環(huán)境模擬分析

該項(xiàng)目對(duì)室內(nèi)光環(huán)境條件進(jìn)行模擬分析，同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果，為建筑的房間設(shè)置以及采光不足區(qū)域的補(bǔ)充措施提供設(shè)計(jì)依據(jù)，如圖9所示。

圖9 項(xiàng)目室內(nèi)采光模型圖

模擬結(jié)果顯示，建筑1層由于西側(cè)未設(shè)置開窗，采光不夠理想，其余樓層采光效果較為理想。

3.2.2 采光及遮陽(yáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際日照和光環(huán)境的條件，提出了建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)、采光不足的彌補(bǔ)技術(shù)措施等優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。

（1） 遮陽(yáng)設(shè)計(jì)

圖10 項(xiàng)目豎向遮陽(yáng)及斜角窗戶示意圖

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目未充分考慮太陽(yáng)輻射影響，對(duì)遮陽(yáng)設(shè)置未進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。在優(yōu)化方案中，為了減少夏季太陽(yáng)輻射，減少東、西向開窗面積，外窗主要南、北朝向設(shè)計(jì)。結(jié)合建筑構(gòu)造，設(shè)計(jì)豎向遮陽(yáng)設(shè)施與斜角窗戶，如圖10所示。豎向遮陽(yáng)結(jié)合傾斜角的設(shè)計(jì)能夠有效地遮擋上午和下午太陽(yáng)的輻射；退出600mm對(duì)下層窗形成的水平遮陽(yáng)，對(duì)正午的直射陽(yáng)光起到遮陽(yáng)效果。

以上設(shè)計(jì)屬于建筑的被動(dòng)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，項(xiàng)目同時(shí)采用主動(dòng)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，即采取可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)措施——增加中空百葉窗，其相對(duì)于其他外遮陽(yáng)措施相對(duì)安全，并且增量成本相對(duì)較低，能達(dá)到可調(diào)節(jié)的效果。

（2）采光不足的彌補(bǔ)設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目未充分考慮日照不足導(dǎo)致室內(nèi)采光不足的問(wèn)題。室內(nèi)光環(huán)境模擬分析顯示，建筑一層由于西側(cè)未設(shè)置開窗，采光不夠理想，如圖11所示。而二層西面、南面及東面均設(shè)置窗戶，采光理想，如圖12所示。在優(yōu)化方案中，建筑北面日照效果差，盡量設(shè)置為公共區(qū)域，避免設(shè)置對(duì)陽(yáng)光要求較高的功能房間，在二層設(shè)置采光天井對(duì)一層采光進(jìn)行補(bǔ)充。

圖11 項(xiàng)目一層室內(nèi)采光模擬結(jié)果

圖12 項(xiàng)目二層室內(nèi)采光模擬結(jié)果

室內(nèi)光環(huán)境模擬分析顯示，有一部分設(shè)計(jì)了立向遮陽(yáng)和斜角窗戶的房間，在夏季達(dá)到了遮陽(yáng)效果，但卻略微減弱了室內(nèi)采光，因此在這些房間的窗臺(tái)上做折射材料，如光潔面的面磚或鋁塑板反光材料，如圖13所示，引入室外自然光改善室內(nèi)光環(huán)境，減少人工照明，節(jié)約能耗。

圖13 項(xiàng)目增加窗臺(tái)折射材料示意圖

3.3 降噪設(shè)計(jì)技術(shù)路線

該項(xiàng)目位于重慶市渝中區(qū)，毗鄰城市主干道和次干道，如圖14所示，環(huán)評(píng)報(bào)告中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示該項(xiàng)目已經(jīng)基本滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096-2008的相關(guān)要求，唯一未滿足要求的檢測(cè)點(diǎn)位于項(xiàng)目西側(cè)，是為長(zhǎng)江二路主干道產(chǎn)生的交通噪聲所致。為了提高整個(gè)項(xiàng)目的聲環(huán)境質(zhì)量，使室內(nèi)辦公環(huán)境滿足要求，建筑物的降噪設(shè)計(jì)應(yīng)首先分析項(xiàng)目周邊的噪聲情況，然后對(duì)建筑的內(nèi)部布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料以及隔聲屏障設(shè)置進(jìn)行降噪配合設(shè)計(jì)。

圖14 項(xiàng)目總平面示意圖

3.3.1 室外聲環(huán)境模擬分析

建筑物的降噪設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)室外場(chǎng)地的噪聲進(jìn)行模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果，為優(yōu)化室內(nèi)聲環(huán)境的措施提供依據(jù)，如圖15、16所示。模擬結(jié)果顯示，項(xiàng)目聲環(huán)境基本符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但毗鄰主干道的西側(cè)位置，周邊的偶然噪聲會(huì)達(dá)到65.8dB（標(biāo)準(zhǔn)值為60dB），應(yīng)采取相應(yīng)的降噪措施。

3.3.2 降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合該項(xiàng)目聲環(huán)境的條件和實(shí)際功能布局，提出了調(diào)整建筑內(nèi)部功能布局、優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)置隔聲屏障等優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。

（1）調(diào)整建筑內(nèi)部功能布局

圖15 白天項(xiàng)目周邊噪聲值

圖16 白天項(xiàng)目周邊偶然噪聲值

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目的建筑內(nèi)部功能布局未充分考慮室外噪聲對(duì)室內(nèi)聲環(huán)境的影響。噪聲模擬結(jié)果顯示，建筑物塔樓南面無(wú)道路噪音源，北面由于緊靠市政次干道，噪聲較大，東西面主要為墻體受噪音影響較小；建筑物裙樓西面緊靠市政次干道噪音影響較大，南面無(wú)道路噪音源，且有建筑物遮擋，噪音影響較小，北面有建筑物遮擋噪音影響較小。根據(jù)模擬結(jié)果，在優(yōu)化方案中，建筑物塔樓的高檔辦公室調(diào)整至南面；建筑物裙樓的西面設(shè)置為受噪音影響不大的公共區(qū)域走廊，如圖17，將對(duì)噪音比較敏感的功能房間如實(shí)驗(yàn)室、會(huì)議室等調(diào)整至南面與北面。

圖17 標(biāo)準(zhǔn)層調(diào)整內(nèi)部功能區(qū)示意圖

（2）優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目的外窗設(shè)計(jì)以及材料使用未充分考慮降噪效果。在優(yōu)化方案中，建筑物塔樓南面高檔辦公室采用隔音窗，北面適當(dāng)減小外窗可開啟面積并采用隔音窗；建筑物裙樓的西面走廊適當(dāng)減小外窗可開啟面積并采用隔音窗。另外，建筑物的墻體改采用250mm空心磚，提高建筑物墻體的降噪功能。

（3）設(shè)置隔聲屏障

原設(shè)計(jì)方案中該項(xiàng)目的景觀設(shè)計(jì)未考慮綠化屏障的降噪效果。在優(yōu)化方案中，采取臨街種植高大喬木，配合灌木，阻擋城市主次干道噪聲源，改善建筑物室內(nèi)聲環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

在綠色建筑設(shè)計(jì)選擇技術(shù)策略時(shí)，需根據(jù)項(xiàng)目自身的環(huán)境條件以及建筑功能需求進(jìn)行分析來(lái)確定。該項(xiàng)目在綠色建筑技術(shù)路線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用上，對(duì)自然通風(fēng)、遮陽(yáng)采光以及降低噪聲三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的建筑模擬分析，根據(jù)其模擬結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。項(xiàng)目對(duì)因地制宜的綠色建筑技術(shù)進(jìn)行了探索和實(shí)踐，希望能為夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑發(fā)展起到一定的借鑒作用。