綠色理念對中國建筑設計的啟示

文／應仁忠 浙江省一建建設集團有限公司 浙江杭州 310000

1、綠色建筑概述

隨著我國國民經濟的飛速發展和城市化水平的不斷提高，建筑行業的整體設計水平已經得到了長足的發展和進步，越來越多由國內建筑師設計的高層建筑或超高層建筑如雨后春筍般出現在華夏大地上。在建筑行業蓬勃發展的同時，不少設計師也開始考慮建筑在設計、建設和使用過程中對生態環境所產生的不利影響，例如建筑建造過程中大量使用石料、混凝土等不可再生的自然資源將會對給原材料出產地的生態造成破壞；建筑設計中所使用的玻璃幕墻會產生大量的炫光，更有甚者玻璃幕墻所聚集的熱量能夠直接引燃建筑物周邊的草坪和停放的車輛；而在建筑物運行過程中大量的廢氣、廢熱被直接排放到環境中，加劇了城市的“熱島效應”。

何為綠色建筑，首先在進行綠色建筑設計時，任何設計環節都應當建立在構建更為友善的人居環境；其次，在居民對于建筑宜居、人性化、可持續發展等建筑設計要求的認可度越來越高，而對建筑物內部環境指標如室內溫度、室內濕度、新風量、室內聲光環境、污染物濃度等多項關系到人體健康的指標項都成為建筑設計師必須關注的問題；最后，隨著民眾對于建筑物健康要求的不斷提高，建筑設計的難度也不斷增大，為了滿足民眾的這些需求從國家建筑標準的制定到建筑設計企業，再到綠色建筑評價機構等一系列行業組織都開始嘗試轉變。

2019年國家住建部頒布了《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2019）這一國家標準，其對綠色建筑進行了全面的定義，即在全壽命期間，節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生的高質量建筑。

2、我國綠色建筑發展歷程

改革開發之后我國的社會和經濟得到了長足的發展，上世紀九十年代起便迎來高速發展期，并以此為契機一躍成為亞洲乃至全世界GDP漲幅排名第一的國家，隨著經濟的不斷發展民眾的健康環保意識日益高漲，建筑設計中的生態設計和可持續設計越來越受到民眾的關注，尤其是金融業和商業活動較為旺盛的社會商務樓數量呈現出激增的態勢，而其在建筑能耗遠超于住宅類建筑[1]，故建筑設計師們便開始從其著手應用各類新材料和新結構來降低此類建筑的運行能耗，同時通過優化室內空間功能布局、改善空間結構等舉措進一步建立一個綠色可持續的室內環境。

近年來我國國內的建筑設計師也開始不斷嘗試在建筑設計的過程中融入生態理念，而這一生態理念具體表現在降低對周邊環境的影響和保障使用者身心健康等兩大方面，國內的專家學者往往將其稱為綠色建筑或健康建筑。2016年3月我國正是開始了《健康建筑評價標準》的編制工作，該評價體系從生理、心理和社會等三大方面對建筑物的“健康情況”進行評價，并分別從空氣、水、舒適度、健身、人文、服務等多個角度增設了二級評價指標。同年10月份，國務院又印發了《“健康中國2030”規劃綱要》，其中提及綠色建筑這一嶄新的理念。

雖然前文中提到的《綠色建筑評價標準》出臺于2019年，但我國早在1986年開始先后出臺了《北方地區居住建筑節能設計標準》、《民用建筑節能設計標準》、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》和《公共建筑節能設計標準》等一系列建筑節能領域的法規和標準[2]。《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）的頒布實施徹底宣告我國建筑領域將綠色建筑的評價標準從單一的節水、節材、節能、環保向安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約、環境宜居等全方位轉變。

根據國家住房和城鄉建設部相關統計數據顯示，截止2018年我國累計綠色建筑面積已經達到了14億平方米，而每年獲得綠色建筑標識的項目數量也呈現出飛速上升的趨勢，僅在2018年當年度獲評的項目數量便達到了3500個。

表1 我國綠色建筑標識項目統計表

3、案例分析

3.1 項目概況

本案例位于浙江省杭州市，其作為某建筑集團公司研發總部的辦公大樓，項目占地面積427.57平方米，建筑面積1277.32平方米，項目建筑物地上三層并含地下一層建設時間為2013年8月至2014年5月。在項目設計過程中應用了大量生態技術，建成后的三年內運營報告顯示建筑內部實現了能量的收支平衡，并實現了碳的零排放。

3.2 項目結構與材料設計

在項目的建筑結構設計中設計師采用了反向梁法式的樓板設計方案，從而將建筑物內部所需鋪設大量照明、傳感器等設施設備收納在了結構梁之間的鋼制設備欄中，實現了建筑結構和建筑設備的高度一體化融合，即提高了建筑的安全性又降低了建筑成本。同時，由于大量照明設備與建筑結構的融合使得建筑室內層高得到了進一步提升，在建筑內部主要的功能空間中基本實現了無梁無柱的空間效果，進而大幅提高建筑內部空間的使用效率。由于建筑采用了公司自行研發的高強度混凝土，在本項目建筑內部所使用的結構柱直徑僅為220mm，從而大大提高了建筑界面的采用效率和內部空間的使用率。

針對浙江地區這一臺風等自然災害高發地區，為了減少建筑結構在防震設備安裝空間占用量，設計師還利用公司研發的新型抗震阻尼器來降低建筑物在臺風期間的擺幅。與傳統阻尼器相比，新型減震阻尼安裝所需的空間至少降低一半，從而能夠建筑物的土地使用效率和內部空間使用率得到提升。

圖1 減震阻尼

為了滿足項目碳的“零排放”，設計師還在建筑外表皮設計上進行大量優化。例如，本項目率先采用了公司和當地科研機構共同研發的涂布型有機薄膜太陽能電池，在建筑幕墻上大量鋪設膜電池，其太陽能的轉換效率高達11.7%，并且在設計中充分考慮了膜電池技術在運行期間的日常維護問題，其所采用的模塊化單元設計使得今后運行期間可對部分損壞的膜電池單元進行更換[3]，確保其始終處于正常工作。同時，覆蓋在建筑幕墻上的膜電池也能起到遮陽隔熱和保溫的作用。

圖2 光伏幕墻

3.3 項目空間環境設計

設計師在本項目中大量使用自然光和自然風來改善建筑內部的采光和通風條件，在保證室內環境舒適度的前提下，大幅降低了建筑在照明和溫控上的單位能耗。首先，設計師利用預埋在建筑結構層中的導光管將外部環境中的自然光引導入建筑內部，反射率接近97%的導光管確保了日間建筑內部擁有充足的光源；其次，建筑室內空間頂部均采用了白色的吊頂，其表面進行了磨砂處理，從而使得導光管中發射的自然光線能夠在吊頂處形成較好的漫反射，最終讓自然光均勻地發散到整個室內空間；最后，建筑外部設置了可自動開啟的換氣窗，通過各種溫度、濕度、風速等環境因子傳感器，該換氣窗能夠根據室內外溫差及外部風向風速等條件自動啟閉換氣窗，從而進一步實現了建筑內部的空氣對流，達到了自然換氣的目的。

3.4 項目配套設備設計

雖然設計師在建筑內部布局了自然采光系統基本能夠保證建筑在日間擁有較高的環境亮度，但考慮到在建筑物內部工作的研發人員在夜間或局部工作場所內需要額外的照明需求，設計師使用高精度的人體感應檢測設備來自動控制室內照明電源的啟閉。項目內部的環境光亮度始終能夠保持在300lx左右，而工作臺區域的照明亮度則控制在400lx左右，最大程度地兼顧舒適和節能兩項指標[4]。

結合全域布設的人體感應設備，建筑內部的空調出風口啟閉也能夠根據人員作業進行自動調整，同時設計師將建筑內的空調系統分為環境空調和工位空調等兩大獨立的體系，環境空調的出風口均設置在室內頂部，溫控裝置自主調節空調制冷或制暖溫度，而位于工作人員工位下方的也設置了工位空調出風口，當人體感應設備監測到有人員在工位作業時，即可打開工位下方的出風口進行溫度調節，從而為工位上的作業人員提供更為舒適的工作環境。另外，本項目的空調系統將燃料電池的廢熱作為外部熱源，大大降低冬季室內空調采暖的設備能耗。除此之外本項目中還安裝了BEMS能源管理系統，用以對建筑內部各類耗能設備進行能耗管理。為了進一步降低建筑能耗，設計師在建筑屋頂設置了全覆蓋的光伏發電設備，并整合雨水回收系統，將所收集的雨水進行簡單過濾后用于衛生間清潔。

圖3 工位送風系統

3.5 項目屋頂花園設計

屋頂花園作為近年來建筑設計與園林景觀相結合的產物，其在提高建筑物景觀效果的同時，還具有較好的生態節能作用，本項目充分發揮屋頂花園在雨水綜合利用和建筑節能的優勢，為提高建筑綠色建筑指標發揮積極作用。

其一，設計師利用建筑物屋頂的多處規整平臺種植了大量的地被植物，而所種植地被植物的根系組織能夠更好地儲存屋頂的降水，保持屋頂花園種植層的濕潤度，并且通過各類植物的呼吸作用和蒸騰作用來達到降低夏季屋頂高溫的效果。同時，在屋頂上種植各類植物還能利用其茂盛的枝葉來遮蔽夏日猛烈的陽光，進而起到降溫的效果。另外，屋頂作為室內空調設備室外機的安裝區域，在室外機排風扇處可利用植物的蒸騰作用來形成一處局部的微循環環境，加快該區域空氣流動的速度，使空調室外機的熱交換功效進一步得到忒高，最終達到節能的目的。而每當冬季來臨具備一定厚度的種植層便宛如一條棉被覆蓋在建筑物屋頂，從而起到一定的保溫效果。

圖4 屋頂花園

其二，雖然本項目是一棟商務辦公類型的建筑物，其內部對于水資源的消耗量略小于住宅類建筑，但設計師在也利用屋頂花園來增強建筑物雨水綜合利用的能力。在進行屋頂花園布局時，設計師首先對屋頂的地坪進行了處理，從而使得屋頂的徑流能夠向從四周向屋頂的中部進行匯集。當屋頂的徑流流經屋頂花園中所種植的各類植物時，植物表面細小而濃密的絨毛組織能夠大量過濾和吸地表徑流中的細小顆粒物，從而達到凈化雨水的效果。同時，植物表皮所分泌的部分物質具有一定的殺菌效果，其可對屋頂徑流進行殺菌，減少雨水在綜合利用過程中的污染。隨后，所收集的雨水通過過濾系統和運輸管道輸送至建筑物內部，在其中進行辦公的人員可利用所收集的雨水進行清洗作用。

3.6 項目啟示

本項目作為國內近年來綠色建筑的典范，其在設計中應用了大量的生態技術，充分發揮了大自然的力量，自然采光、自然通風、太陽能技術、雨水回收技術等多項技術均有效地降低建筑在運行過程中所消耗的能力，減輕了區域環境負擔。通過對建筑能耗、日常耗水量等指標評估，該建筑相對于普通的辦公建筑具有較好的節能減排效果。

表2 建筑部分節能指標對比表

結語：

在我國綠色建設推廣的歷程中，雖然起步相對于發達國家而言較晚，但在近十年的艱苦發展后已經取得了輝煌的成就。綠色建筑的評價標準時刻提醒我國建筑設計行業，在進行建設生態設計時，不僅需要大量的技術創新，而且需要政府層面的積極引導，從行業政策上予以鼓勵和推動，才能齊頭并進加快推進我國綠色建筑設計的創新。除此之外，為了進一步提升我國綠色建筑的推廣速度，還要求建筑施工企業和建筑材料科研單位不斷研發的施工工藝和新材料，通過設計、施工、科研等單位的共同努力，有望大幅提升綠色建筑的面積和推進速度，從而對我國建筑行業的健康發展提供保證。