現代低碳理念下綠色節能建筑設計分析

武曉杰

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院，天津 300000）

0 引言

綠色節能建筑設計是在工程設計階段科學設計施工方案，節約和控制建筑工程施工過程及后期使用時的能源和資源，達到降低能耗減少環境污染的目的。因此，需要在建筑設計中，合理規劃建筑物室內設計和室外布局，融入綠色節能技術，應用環保可再生能源，做好資源能源二次利用，使得建筑達到綠色低碳標準，設計出貼合自然的綠色節能建筑。

1 綠色節能建筑設計的優勢

1.1 降低建筑能源消耗

隨著國內建筑行業發展，對不可再生能源需求不斷增高，而國內自然資源日漸枯竭，能源問題尤為突出。但將綠色節能設計融入到建筑工程中，能夠有效降低建筑工程施工過程中的能源消耗，同時綠色節能建筑與既有建筑相比，其能耗顯著降低。在國外一些國家，已經提出零能耗、零污染的綠色節能設計理念。

1.2 形成新的建筑美學

傳統建筑設計經過一段時間的發展，形成規模化、系統化、商業化模式，所設計出的建筑物風貌大同小異、千篇一律，不具有鮮明的特征。而綠色節能建筑設計強調突出當地文化、尊重城市生態、應用新型節能材料等，在融入這些因素時，突破傳統建筑設計理念壁壘，形成了新的建筑美學，給城市居民帶來耳目一新的體驗，有助于推動建筑企業發展[1]。

1.3 符合綠色發展理念

以往建筑工程只在施工過程及建筑使用時，才會考慮城市生態問題。但綠色節能建筑設計是將綠色發展理念落實到建筑工程每一個環節之中，從方案設計階段到后期建筑投入使用，都能夠實現低碳節能目的，符合我國綠色發展理念的推廣和實施。

2 綠色節能設計的基本原則

2.1 因地制宜原則

由于中國地域遼闊、各個地區所在氣候、土質以及具體能源情況差異較大，在開展綠色節能設計時，需要秉承因地制宜原則。在建筑設計前，需要安排相應人員對施工現場進行實地勘察，結合現場所反饋的具體情況信息，進行綜合分析和設計方案，減少對現場周圍生態環境的破壞。例如，由于南北氣候條件差異較大，建筑單位需要根據施工現場所處地域氣候，科學合理規劃建筑南北朝向、門窗位置、節能材料性能等，確保建筑設計遵循因地制宜原則，能夠滿足使用者對建筑周邊環境的需求。

2.2 尊重生態原則

在既有建筑工程中，地基建設破壞土地環境且浪費大量土地資源，建筑工程施工過程中產生廢料，建筑物在使用過程中供水供電供熱等生成廢氣，對周圍環境造成惡劣影響，給城市生態環境帶來極大壓力。通過綠色節能建筑設計，有效降低施工過程的能源消耗，實現后期建筑內部功能所用資源清潔性、綠色性，達到保護生態環境的目的。例如，可再生太陽能源使用，在施工過程及后期使用中利用光伏發電措施，降低施工過程中電能耗損，減少后期使用中外部電能供應需求；通過在屋頂安置太陽能板，供應洗浴熱水，降低煤炭用量，符合低碳節能的社會需求。

2.3 節能環保原則

節能環保是綠色建筑最為顯著特點，通過在原有建筑質量建設基礎上，最大程度降低能源消耗，建筑建設質量和規模有一定程度提升。在綠色建筑設計時，需

要確保節能技術可行性、所應用節能措施被城市生態環境接受。節能技術可行性是指在施工過程中所運用的技術符合目前技術發展要求，能夠對既有施工技術進行節能優化；生態環境接受性是指通過綠色建筑設計，能夠有效降低建筑工程對環境的污染，降低能源消耗，起到優化城市生態環境和空氣質量的效果，為城市居民提供良好居住環境[2]。

3 綠色低碳節能建筑設計的具體應用

3.1 能源環境

在建筑工程項目中，屋頂節能設計可以采用新型節能技術，通過科學手段規劃出最佳的屋頂坡度，選擇功能性強的新型環保材料。目前我國太陽能技術應用廣泛，可在建筑物屋頂處安置太陽能板，通過光能轉換電能，為建筑物功能使用提供電能，不僅成本較低且所提供電能具有可再生性，在北方冬天供暖時，能夠降低煤炭使用量，緩和城市空氣環境壓力。同時我國已經研發出的新型環保材料，能夠滿足綠色建筑能耗要求。需要將此新型環保材料夾至在屋頂保溫層和防潮層之間，不僅具有保溫防潮作用，其防火效果也尤為顯著。

由于建筑物墻體部位裸露在外，時常受到自然因素影響，因此在綠色建筑設計時，設計者可采用外保溫技術提高保溫效果，避免冷熱橋效應，延長建筑物使用壽命。在冬季嚴寒的北方地區，需要做好建筑物墻體保溫功能，需要選擇保溫性能良好節能材料，如河北省廊坊市項目采用建筑結構與保溫一體化設計，將保溫和墻體圍護功能結合起來，墻體無須額外采取保溫措施便可滿足現行標準要求，實現保溫與建筑同壽命。在夏季高溫多雨南方地區，則需要做好建筑外墻保溫防潮，避免建筑物室內炎熱潮濕。因此需要根據各地區氣候條件，對建筑物墻體材料做到針對選擇，發揮出綠色建筑節能設計成效。

3.2 光環境

人們工作和生活傾向于天然光環境，各類光源視覺試驗結果表明，在相同照度條件下，天然光的辨認能力與人工照明相比更好，可為工作、生活提供便利，還可保護視力，提高勞動生產率。在綠色節能建筑中，應基于眩光角度對采光系數、建筑飾面材料、門窗類型選擇等進行綜合設計，通過對天然光的充分利用，營造良好的宜居環境。

3.2.1 采光系數

指在室內參考平面上的某個點位，直接或間接接收來自假定、已知天空亮度分布的天空漫射光產生的照度與相同時間天空半球在室外無遮擋水平面上產生的天空漫社光照度的比值。室內某點位的采光系數用C表示，計算公式如式（1）所示：

式中：C——采光系數；En——是室內照度；Ew——室外照度。

3.2.2 建筑飾面材料

室內采光效果受內外因素影響，內部因素以內表面反射比為主，外因包括天空亮度、建筑外表面反射情況等。建筑內外飾面材料不同，產生的反射比也有所區別，室內采光效果也受到影響。不同位置的反射比材料設計取值不盡相同。

3.2.3 門窗類型

窗戶對建筑內部采光效果具有決定作用，工程中最為常見的采光途徑便是在建筑側墻安裝窗戶、頂部安裝天窗等，窗戶位置、形態、尺寸等均會影響室內采光情況，建筑內常用的窗及透光門也會為光線傳播提供便利，窗的不舒適眩光是評價采光質量的重要指標。

3.3 風環境

建筑通風與室內外風環境、建筑形體、開窗面積比例等因素相關，具體如下。

在室外風環境分析中，計算域內風速最大系數可通過分布云圖進行分析，如圖1 所示。根據圖中速度分布和風速分布情況，便可對項目整體建筑布局進行優化。圖中建筑四周風速放大系數與要求相符，建筑布局合理。在室內通風分析中，載入單體的總圖模型，可先對建筑所在地的風環境模擬分析，再提取單體建筑的門窗風壓值，對建筑內部自然通風進行分析，輸出各個房間內換氣次數、風壓、風速等分布情況，并根據模擬結果調整門窗洞口尺寸，使自然通風情況得到良好改善，優化方案設計。

圖1 1.5m 高處風速放大系數云圖

在建筑形體方面，可利用屋頂造型導流實現室內通風。綠色節能建筑的形狀是多變的，屋頂的形狀往往與建筑物周圍氣流的變化密切相關，下層和多層建筑屋頂的風壓高于建筑物下部的風壓，并且在該高度區域內的空氣紊流較小。因此，屋頂可以利用形狀來引導風并形成風壓差，為建筑物內部新鮮空氣的交換提供了動力。通常情況下，風對建筑物施加的力可以分為水平阻力和垂直升力，風壓一般在水平阻力的基礎上進行組織，實現通風。例如，從正面向傾斜的屋頂吹出空氣時，角落會產生負壓和巨大的吸力，在空氣流動中發揮重要作用。

在開窗面積比例方面，門窗在建筑物中發揮著室內通風、采光的作用，也是控制室內溫度的主要途徑，在節能建筑設計過程中，需要科學規劃設計出門窗在建筑物中的具體位置以及開窗面積，從而營造良好的通風環境。

3.4 聲環境

在綠色建筑設計中，對所有主要功能房間內的室內噪聲級進行計算，以宿舍為例，對室內噪聲級計算過程進行計算，其他房間的計算過程相同。室內噪聲級用室內噪聲A 聲級表示，室內噪聲主要由周圍環境噪聲源、室內聲源、建筑物本身隔聲性能影響，噪聲聲源傳播如圖2 所示。

圖2 室內噪聲聲源傳播

從隔音角度來看，房間在各中心頻率下的總吸聲量跟構件的吸聲系數、構件的內表面加有關，構件主要包括內墻、內窗、地板和天花板。綠色建筑設計可對室內聲環境進行模擬，從而在分析過程中優化設計。

在綠色建筑中，還可通過設置室外綠化帶的方式達到隔音效果。如圖3 所示，設置場地臨道路側設置綠化帶的區域的聲壓級較西側場地無綠化帶區域聲壓級低。

圖3 場地1.5m 高度處聲壓級分布圖（晝間）

據調查，綠籬能夠反射75%的噪聲，25~30m 寬的喬灌木結合綠化帶最大可降低噪聲12dB。但城市中住宅后退道路用地緊張，靠大面積綠化降噪不現實，所以綠化隔聲帶在寬度、高度、位置上應合理配置，高中低多層次結合，選擇葉片大而密集、枝葉下垂的樹種。對于必須進入小區內部的道路，將其線形設計為多彎道或盡端路，在路面上設置減速帶，可以有效地降低車輛行駛速度，從而使交通噪聲得到控制。

4 結語

綜上所述，在經濟發展背景下，高質量生活環境是人們當前需求。低碳節能生活能夠有效改善人們生活質量，優化城市生態環境。因此，在進行綠色建筑設計時，需要落實綠色節能理念，開展科學綠色建筑設計，引進國外先進節能技術，滿足人們對建筑物的居住需求，起到低碳節能效果，維護城市生態環境，促進建筑行業綠色可持續發展。