基于綠色建筑理念的夏熱冬冷地區小型公共建筑節能設計實踐

伍琰梅

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

在城市現代化與經濟發展水平不斷提高的今天，工業化、城鎮化也得到了迅速發展，中國已經成為名副其實的能源消耗大國。在能源和環境問題日趨嚴峻的背景下，建筑節能設計、綠色建筑理念逐漸受到社會各界的關注。與發達國家相比，我國綠色建筑的設計和建造起步較晚，節能技術的應用仍處于初級階段，公共建筑耗能在建筑耗能中占據很大比重。本文通過深入研究，對小型綠色建筑進行節能設計，以達到改善小型公共建設室內環境和降低建筑耗能的目的。

1 綠色建筑概念

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期最大限度地實現節能、節地、節水、節材，將環境保護與減少污染同時進行，為人們提供更為舒適、健康、高效的使用空間，實現自然與建筑的和諧共處。

綠色建筑設計是在人與自然和諧發展的前提下，從建筑實際情況和人們的實際需求出發，綜合考慮建筑節能、節水、節材與環境保護、建筑功能的辯證關系，實現社會效益、經濟效益、環境效益的統一。

1.1 節約能源

為了有效實現節約能源，綠色建筑設計中應該充分利用太陽能[1]、自然通風等綠色設計方式，降低能源消耗，實現室內溫度的控制和調整。還應該充分利用自然氣候條件，進行平面形式和總體布局的設計，以達到降低能耗的目的。

1.2 節約資源

從建筑設計、建筑建造到建筑材料，各方面都要充分考慮資源的合理使用與配置問題，要盡可能減少不可再生資源的使用，為資源的再生利用提供支持。節約水資源，包括節約綠化用水等。

1.3 回歸自然

回歸自然強調綠色建筑外部與周邊環境的融合統一、動靜互補，實現自然生態環境的保護。

1.4 舒適和健康的生活環境

建筑內部不使用對人體有害的建筑和裝修材料；保持室內空氣清新，溫度、濕度適當，使居住者感覺良好，身心健康。

2 綠色建筑設計原則

2.1 重視整體設計

綠色建筑要突出設計的整體性，要綜合考慮氣候、文化、經濟等各項要素，通過對各要素整合分析采用科學合理的設計手段，不能顧此失彼、因小失大。例如，僅僅象征性地擺設一兩盞太陽能燈，裝設一兩塊太陽能光伏玻璃，實際上卻忽視了綠色建筑整體節能與高效產品的選用，這樣是達不到真正的節能效果的。整體設計在綠色建筑設計中的作用非常重要，是綠色建筑的主導方向[2]。

2.2 因地制宜原則

綠色建筑強調因地制宜，就是從建筑所在地區的實際情況出發，不能照搬照抄、不能盲目跟從，任何一個區域的規劃、城市建設、單體建筑項目，都是建立在特定地點條件的分析和評論基礎上的，具體包括地區氣候特征、地理因素、地方文化及風俗、建筑功能特征、能源分布等（圖1）。

圖1 低點透視圖

2.3 生態性原則

生態性原則就是構建綠色建筑人文理念，要充分體現現代生態科學。人文理念是基于尊重自然、尊重生態規律、維護生態系統動態平衡的客觀要求的。綠色建筑的首要原則就是生態性，也就是保護自然環境。例如，可以利用可再生自然資源（風能、水能、海洋能、生物能等），從而減少對不可再生資源的使用，最大限度減少建筑建設過程中對自然環境的負面影響，以此構建和諧的生態環境。

2.4 健康舒適性原則

社會的主體是人。在不降低生活質量的前提下，要盡可能實現建筑設計的節能與環保。綠色建筑設計力求為人類提供舒適的環境。例如，在建筑設計中應用新型節能材料，通過提高維護結構的保溫與隔熱性能，降低能源消耗，同時保障人類生活空間的舒適度；或者利用外遮陽設施防止夏季室內溫度過熱，以達到更好的綠色節能效果（圖2）。

圖2 立面細節

2.5 全壽命周期原則

全壽命周期就是從建筑整個生命周期切入，包括建筑設計構思、建筑設計策劃、資源的再生利用等各個過程，綠色建筑設計要關注整個建筑過程中的能源消耗情況。不僅可以為人們提供舒適健康、低耗無害的空間，還可以在建筑拆除之后最大限度減少對環境的影響，甚至拆除產生的材料還可以再次利用。綠色建筑從建造、使用到后期維護，整個過程十分復雜且技術性強，因此要以最小的投入獲得最佳的效果，這就要求設計者在設計過程中考慮全壽命周期評價的原則，使建筑更加環保、節能。

3 小型公共建筑節能設計策略

在綠色建筑設計中，圍護結構熱工性能是最主要的內容，包括外墻、屋頂、地熱傳熱系數、外窗傳熱系數，遮陽系數等，只有綜合考慮這些因素，才能達到良好的節能降耗效果。

3.1 建筑圍護結構節能設計

3.1.1 建筑物外墻設計

燒結實心黏土磚是我國建筑外墻結構的主要材料，這種磚會導致大量土地資源遭到破壞。在燒結過程中，燒結黏土磚還會產生一定的大氣污染。因此能源利用率不高，已經屬于被禁止使用的產品。在節約材料與資源方面，綠色建筑倡導使用本地的建筑材料，就地取材可以達到更好的節能效果。本地節能產品的使用不僅可以降低能源運輸成本，還可以降低環境污染，達到節約能源的目的。

在夏熱冬冷地區的小型公共建筑外墻設計中，外墻結構可以采用裝飾瓷片、水泥砂漿、水泥砂漿等材料，在這些材料中可選擇新型環保建材以及混凝土砌塊，其導熱系數小，質量輕，強度高，具有良好的抗壓強性能以及保溫隔熱性能，與綠色建筑產品節能要求相符。

同時，建筑外墻可以采用整砌加氣混凝土砌塊，這種砌塊的主要原料是發泡劑、石膏、石灰、水泥等，屬于一種新型復合墻體材料，具有質量輕、空隙多、保溫隔熱性能好、防火性能好等特點，在高層、低層建筑群體中得到了普遍應用。這種新型建筑材料可以有效降低維護結構的傳熱系數與空調系統耗能，有效提高房間舒適度。

3.1.2 建筑首層地面防潮隔熱設計

《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2019）中對室內濕度、溫度、風速等方面對人體舒適度的影響進行明確，提出這3個因素為影響人體舒適度的關鍵因素，其中濕度影響對建筑物地面設計最為重要。由于夏熱冬冷地區全年降雨降雪，地面會出現返潮的情況，從而導致建筑物內部濕度較大，使人們在室內的舒適感降低，還會影響建筑物的壽命。很多建筑靠近江河湖泊，建筑周邊全年濕度比較大。為了確保建筑圍護結構不出現結露[3]、發霉等情況，延長建筑使用壽命，在建筑設計中必須考慮能源利用與室內環境兩項要素，對首層地面進行防潮隔熱設計。具體構造做法如下：室內地面采用2 mm厚塑料膜構建反潮層、300 mm厚發泡水泥層、10 mm厚復合水泥砂漿防潮層、20 mm厚水泥砂漿找平層，如圖3所示。

圖3 保溫防潮地面施工

3.1.3 屋頂和種植屋面設計

綠色建筑屋頂與種植屋面的設計依舊是以環境保護、改善室外環境、為居住者提供舒適的環境為前提。綠化層不僅要減少對當地生態環境的影響，還應該有效提高辦公環境質量以及人員使用效率。

屋頂可以全天候接收陽光照射，屋面保溫性能則會影響圍護結構。因此，在空調系統設計中，夏季建筑熱負荷占據很大比重。為了能夠增強節能環保的效果，綜合考慮建筑技術需求，可以采用種植屋面技術（圖4）。具體構造做法如下：在屋面結構層鋪設厚種植土、聚乙烯排水板土工膜、聚酯無紡布等材料，這樣的設計不僅能有效收集雨水，還能降低噪聲對室內環境的影響，達到凈化空氣的效果，同時，還可實現建筑與周邊環境的協調，增強建筑外觀的美觀性。這種技術與綠色建設設計要求相符，能夠有效節約水資源、能源。

圖4 種植屋面技術

3.2 自然通風窗戶設計

通風設計是夏熱冬冷地區小型公共建設綠色設計的重要內容。為了充分利用自然通風，提高室內舒適度，綠色建筑可以利用窗戶進行自然通風，并重點關注窗戶的設計位置，使室內空間可以形成一定的風壓，利用加大的風壓推動較小的風壓，就可以產生自然通風。

3.2.1 玻璃設計

窗戶設計中可以采用玻璃、窗戶固定構件組成的窗戶結構，玻璃可采用雙層中空玻璃，這種玻璃具有良好的隔熱保溫功能，符合綠色建筑設計節能降耗的要求。

3.2.2 活動百葉外窗遮陽系統設計

近些年，外遮陽技術逐漸受到關注，窗外遮陽系統的應用更加普遍，形式也更加多樣。在夏熱冬冷地區，夏季比較炎熱，南向窗戶受太陽直射，升溫快，但其自然通風條件較好，綜合這些因素[4]，采用活動百葉外窗遮陽的設計最合適。該設計可以美化建筑外觀，在夏季遮擋日照，減少夏季升溫，降低空調系統制冷負荷，還可將自然風引入室內，提升室內舒適度；冬季可以關閉百葉窗，減少室內外換氣次數，避免室內熱量的流失，降低空調制熱負荷，達到良好的節能降耗效果。

3.3 圍護結構的實驗檢測

在完成建筑熱工設計之后，工作人員要結合相關要求，對外墻、防潮隔熱地面、屋頂等結構進行熱工性能的實驗和測試。以國家規定標準和方法進行檢測，獲得相關數據，以確保綠色建筑設計可以獲得一定效果。

4 結語

本文從綠色建筑設計的視角對夏熱冬冷地區的小型公共建筑設計展開討論，從中發現，綠色建筑設計的內容非常廣泛，在設計的過程中需要綜合考慮眾多因素，全面堅持因地制宜、能源節約等基本原則，實現建筑資源、環境、經濟等綜合效益。本文通過多方面的研究，對具體的設計要點進行分析，旨在更好地助力我國綠色建設設計發展。