綠色環保低碳節能技術在建筑設計中的應用分析

曾 瓊 廣州華立學院講師

陳 靜 廣州華立學院副教授

徐劍瓊 廣州華立學院講師

林錦眉 廣州華立學院助理研究員

綠色低碳經濟強調對能源結構進行優化，在不斷創新低碳能源的基礎上，通過轉化人們觀念的方式，使新能源得到充分利用。飛速發展的科技，為綠色低碳經濟的踐行提供了有力支持，要想實現持續發展目標，當務之急便是對節能技術進行快速且大力的推廣，保證以建筑為代表的各個行業，均能夠主動應用節能技術，通過將節能技術與建筑設計充分融合的方式，使建筑達到綠色低碳標準。

1 綠色節能施工的意義

近年來，世界各國均將打造綠色建筑的工作提上日程，在此基礎上，對新技術進行了大力開發。只有科學使用新技術，才能實現可持續發展。具體來說，就是以相關技術為依托，通過組合應用的方式，有效控制應用成本，并根據實際情況使用技術，達到節能減排的最終目的[1]。

綠色節能施工主要指的是對建筑進行設計與施工時，充分利用現有建筑材料，通過對材料消耗加以控制的方式，使自然資源價值得到應有發揮，由此達到環保低碳的設計目的。相關技術的特點主要體現，一是能夠有效控制資源被消耗的程度，二是在建筑投入使用后，可借助外界條件減少資源消耗[2]。

2 生態建筑特征與技術體系

2.1 建筑特征

生態建筑是指以生態學原理為核心，以持續發展、生態平衡為指導原則，在保證綜合系統達到效率最優要求的前提下，對建筑內外物質因素進行設計并施工，確保能源及物質均可在建筑內部形成良性循環的建筑。對生態建筑進行大力建設，既能夠使資源得到充分利用，使住戶擁有舒適且健康的居住環境，又有利于生態環境的持續發展。結合實踐所積累經驗可知，此類建筑的特征主要體現在以下方面：一是可有效節約資源及能源；二是可為周圍環境提供保護；三是具備持續發展的條件。

2.2 核心技術

要想在保護生態環境、節約資源和能源的前提下，推動建筑朝著持續發展的方向前進，關鍵是要加大現有綠色環保技術的研究力度，根據建筑情況對相關技術進行集成應用?，F階段，實證有效的綠色環保技術，主要包括模擬自然通風和采光的技術、地源熱泵技術、太陽能技術等，在確定設計方案時，設計人員應酌情運用以上技術，以此來保證生態建筑優勢可得到充分發揮。

3 綠色節能設計要點探究

3.1 節約資源

隨著經濟的發展，建筑行業的設計理念得到更新，綠色生態建設逐漸引起了相關人員的重視[3]。在選擇建筑施工材料時，設計人員應考慮資源處置及科學使用，盡量避免資源被浪費，使資源得到重復利用。

3.2 打造舒適環境

以低碳節能和綠色環保為原則，對建筑進行設計與施工，既能夠促進生態環境變好，也能夠促進個人健康[4]。因此在制定設計方案時，有關人員應重視打造舒適環境的要求，保證建筑內部所使用施工和裝修材料均為無毒、無害材料，空氣清新，相對濕度和溫度適宜。

3.3 節約能源

充分利用太陽能，配合使用空調、采暖和節能圍護結構，減少建筑內部空調、采暖的數量。根據建筑布局、當地氣候特點，對自然風加以利用。

3.4 盡量貼近自然

選擇綠色環保技術時，設計人員應充分考慮當地氣候特點，這是因為綠色建筑的特點主要是能夠完全融入周圍環境，以動靜互補、和諧一致為指導原則，通過設計環保且可行的施工方式，為生態環境提供全方位保護。在雨季較長的南方地區，設計供水系統時，可充分利用雨水資源，而在冬季溫度偏低的北方地區，設計人員需要將設計重心放在門窗及墻體設計上，以此達到保溫防寒的目的。

4 建筑設計中節能技術的應用

綠色設計理念的提出，標志著建筑設計走向低碳節能和環保，距離實現持續發展目標更進一步[5]。

4.1 屋面節能

屋面節能強調以優化屋面層所具有熱工性能的方式，阻止熱量傳遞。相關措施可分為坡屋面、保溫屋面、綠化屋面和架空屋面等四類?，F代建筑所采用的屋面形式，多為植草屋面、非上人屋面，其中，植草屋面位于地下室的頂板處。

對建筑屋面進行節能設計，關鍵是要做到大面積應用節能保溫材料，擠塑板、聚苯板等傳統保溫材料，均存在成本昂貴，施工難度較大，有毒且易燃，極易開裂導致使用壽命縮短等問題。若沿用傳統材料，不僅無法達到綠色節能的要求，還會增加火災等事故發生的可能，進而對人們的安全產生威脅。

在此背景下，有關人員對新型保溫材料進行了研發，以GJ-XQ為代表的新型保溫材料，既能夠滿足國家對建筑能耗要求，又彌補了傳統材料的不足。優點主要體現在以下方面：一是防火性能優異，具有良好的安全性及可靠性；二是無毒且不會給環境造成污染；三是整體強度理想，不存在生霉、起鼓、脫落或是開裂的問題；四是施工難度小、成本低且使用壽命長。

4.2 門窗節能

對門窗進行節能設計的切入點，主要是減少太陽輻射，控制熱量傳遞及滲透。在太陽輻射較強的地區，輻射熱傳遞途徑以窗戶為主，設計人員可選擇對建筑進行內遮陽處理，使太陽輻射被控制在合理范圍內。關于控制熱量傳遞，建筑的窗戶主要分為窗框、扇形材和鑲嵌材料三部分，設計人員可酌情選用實證有效的節能材料。例如，以隔熱鋁、塑鋼為主要材質的節能窗框，節能效果理想的熱反射玻璃與中空玻璃，傳熱量往往能夠隨著窗戶所具有傳熱性的增大而減少。減少滲透量的方法，主要是利用密封性能良好的材料對窗戶進行密封，使氣密性達到理想水平，隨著室外與室內氣流大量交換的問題被解決，設備負荷顯著減少。

4.3 墻體節能

建筑外墻保溫始終是行業關注重點[6]。在確定施工技術時，設計人員應考慮當地氣候和地理環境，真正以外界環境為依據，利用相關資源。例如，在冬季溫度偏低的北方，通常要在墻體表面覆蓋多層防寒材料，才能起到節能的效果。

墻體節能和屋面節能的原理相同，墻體設計與施工所用節能技術，主要分為單一節能、復合節能。單一節能指的是通過優化墻體結構主體材料所具有熱工性能的方式，達到節能的目的。復合節能指的是以墻體結構為基礎，通過覆蓋多層保溫材料的方式，使其熱工性能得到改善。在建筑設計環節，有關人員往往會選擇以國家所提出的節能要求為依據，結合實際情況，大面積鋪設復合保溫磚或其他新型材料，使墻體實現自保溫。

4.4 地源供熱

我國現有建筑中，約有95%的建筑未達到節能標準，在正在施工或計劃投入使用的建筑中，高能耗建筑的占比為90%，建筑能耗約為各行業總能耗的35%，其中，能源消耗量較大的環節為暖通。

在傳統設計中，建筑制冷、供暖和熱水需求，主要依靠燃燒氣、礦煤和油來得到滿足，由此而帶來的問題體是要消耗大量能源和導致環境污染程度加重。

地球淺層所蘊含的地能往往為可再生能源，作為現有技術中，優勢突出且應用前景廣闊的技術，經由地源熱泵對淺層地能進行轉化，可使各國所排放CO2的總量減少約6%。由我國所研發的超導熱泵，其節能效果較常規熱泵技術更加優異，該技術強調利用超導材料替代水源傳導材料，通過升級真空金屬管及其內部傳導材料的方式，使導熱性得到顯著提高，不僅傳遞能量的速度更快，傳輸距離也有所延長。

4.5 通風與采光

4.5.1 通風

充分利用自然風對建筑進行設計，同樣是生態設計、可持續設計的表現。自然通風的好處，主要是能夠在建筑內部營造自然且清新的環境，通過取代一部分機械通風的方式，將機械通風所消耗的能源量維持在較低水平。

4.5.2 采光

對人工環境質量進行評價的又一指標為采光，建筑內部常見的采光形式有自然采光、人工照明，要想有效降低采光能耗，關鍵是要保證自然采光、人工照明處于相對平衡的狀態。簡單來說，就是盡量利用自然光替代人工照明。例如，在地下室、頂層區域，對光導照明系統進行設置，便可有效節省常規照明所產生的電力消耗。

4.6 太陽能的應用

4.6.1 太陽能光伏

太陽能光伏又被稱作光生伏特（如圖1所示），其原理是以光伏半導體所具有光生伏打效應為依托，確保太陽能可被盡數轉變成直流電能。將該項技術用于建筑設計，對提高建筑環保性能具有重大意義。以某小區為例，設計人員在建筑屋頂對光伏系統進行了設置，光伏組件為230 W 的晶體硅，結合當地情況將電池組件傾角設為20，通過串聯3 塊電池的方式，獲得電池方陣，該電池方陣與匯流箱連接，匯流箱與接線柜連接，接線柜與配電系統連接。

圖1 太陽能光伏

4.6.2 太陽能熱水

我國大部分地區均滿足安裝太陽能熱水系統的條件，其特點是由系統負責24 h 提供熱水，通過對自來水壓力加以利用的方式，使系統得到自動補水。集熱器得以自動循環所依托要素為內外溫差，住戶可通過安裝加熱系統、壁掛爐的方式，為系統加熱提供輔助。

4.7 外部遮陽

近幾年，越來越多的建筑選擇設置卷簾外遮陽系統，特點是顏色及面料豐富、整體結構較小，通常分為抗風壓低梁、遮陽面料、驅動及導向四部分。合理應用遮陽卷簾，不僅能夠起到遮光、遮陽的效果，還可以使建筑外立面更具觀賞價值，在實際應用中，以下內容需要引起重視：一是根據當地光照時長和紫外線強度選擇卷簾面料，并保證所選擇面料便于維護及清洗；二是優先選用暗藏拉桿、彈簧裝置的高強度垂直軌道，增強遮陽卷簾所具有的抗風能力，確保其使用壽命可得到顯著延長。

4.8 其他節能技術

為實現低碳目標，對建筑進行設計時，設計人員可選擇在走廊、電梯內部安裝節能燈具，在樓梯間安裝由聲光進行控制的燈具，同時用風光互補路燈取代傳統路燈。在選擇供水管材時，應重點關注管材內壁是否光滑，以免管道沿程損失水頭超出預期，同時改用倒流防止器和低阻力閥門。在確保管道水力和水頭損失得到控制的前提下，通過調整水泵供水壓力的方式，使供水能耗得到顯著降低。

5 結語

綜上所述，要想節約建筑所消耗的能源，為生態環境提供保護，關鍵是要深入研究現有生態技術，保證相關技術可在建筑設計環節得到集成。事實證明，在氣候問題、能源危機和環境污染形勢越來越嚴峻的背景下，利用現有技術對建筑進行設計與施工，使建筑滿足低碳綠色的要求，一方面可使低碳生活方式得到大力推廣，另一方面可通過對能源緊缺情況加以環保節約的方式，為持續發展助力。