建筑節(jié)能技術與綠色設計策略研究

徐龍瑞

（中南建筑設計院股份有限公司，武漢 430061）

1 寒冷地區(qū)建筑節(jié)能技術與綠色設計策略研究

1.1 建筑朝向布局

建筑朝向選擇是人類生活適應自然規(guī)律的重要體現(xiàn)，對于室內(nèi)采光、保溫避寒具有重大作用。 通過太陽照射獲取盡可能多的熱量， 能夠減少取暖設備的能耗。 在我國北方寒冷地區(qū)，建筑朝向大多為坐北朝南，在朝向設計時，要根據(jù)氣候環(huán)境及周邊建筑布局進行調(diào)整，根據(jù)分析模擬結(jié)果，提出合適的設計策略。比如，延吉市的最佳建筑朝向為南偏東20°，長春市的最佳建筑朝向為南偏西27.5°。 室外風環(huán)境也是影響建筑能耗的重要因素，當建筑群布局不同時，會影響氣流走向，如果風環(huán)境狀態(tài)惡劣，則無法形成優(yōu)質(zhì)的自然風，不僅會增加夏季空調(diào)負擔，還會增加冬季采暖成本，所以，采用模擬軟件對環(huán)境進行模擬， 分析出最佳的建筑朝向和布局， 靈活采用錯列式、并列式、斜列式、自由式、周邊式等多種布局方式。

1.2 圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化

研究表明， 建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失占總耗熱量的70%以上，所以，外墻和屋頂?shù)墓?jié)能設計至關重要，同時，圍護結(jié)構(gòu)中的圈梁、構(gòu)造柱等周邊熱橋部分也要做針對性的處理。 根據(jù)保溫層位置劃分，外墻保溫構(gòu)造可以分為單一保溫外墻、夾心保溫外墻、內(nèi)保溫外墻、外保溫外墻等。 相對而言，外墻外保溫是最高效、最科學的保溫節(jié)能技術，能夠獲得良好的建筑節(jié)能效果。 外墻外保溫主要由保溫層、面層組成。 常用的保溫層材料有聚苯乙烯板、玻璃棉氈、巖棉板等，通過釘固或粘貼的方式加以固定。 超輕保溫漿料可以直接涂抹在外墻表面，面層主要是聚合物水泥砂漿，能夠起到有效的保護固定作用。 外墻外保溫不會產(chǎn)生熱橋，有利于保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定，可以減少溫度波動對墻體的破壞，延長建筑的使用壽命，而且方便施工，不會影響室內(nèi)裝修。 在建筑設計中，時通常會采用外墻外保溫系統(tǒng)，尤其是在老舊小區(qū)改造過程中，其應用更為方便[1]。

除了建筑外墻，屋頂也對建筑節(jié)能影響顯著，必須要做好屋頂?shù)谋馗魺嵩O計。 現(xiàn)代建筑大多采用平屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。平屋頂保溫構(gòu)造分為正置式和倒置式兩種， 應盡可能采用倒置式保溫， 這樣能夠有效減少溫度變化和太陽輻射對防水層的不利影響。 除了設置保溫層，平屋頂?shù)墓?jié)能設計還可以通過屋頂綠化和架空通風實現(xiàn)。 通過設置架空隔熱層可以產(chǎn)生良好的通風效果，但不適宜在寒冷地區(qū)采用。 屋頂綠化不但具有良好的保溫隔熱作用，而且能夠提高城市綠化率。 另外，直接與土壤、空氣接觸的地面也要做節(jié)能構(gòu)造設計，在寒冷地區(qū)或?qū)Ρ匦阅芤筝^高的建筑，可以對整個地面鋪設聚苯板，以滿足建筑節(jié)能要求。

1.3 門窗節(jié)能措施

門窗是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)， 為了提高建筑門窗節(jié)能效果：（1）要控制窗墻比，嚴格遵循不同熱工分布區(qū)不同朝向窗墻比限值，比如，在寒冷地區(qū)，北向窗墻比限值為0.3，南向窗墻比限值為0.5，東西向窗墻比限值為0.35，同時，還要考慮采光設計標準、開窗面積與建筑能耗比等其他要求，應基本滿足較大進深房間的采光需求。 （2）要提高窗戶的氣密性，嚴格控制空氣滲透。 一般情況下，居住型建筑7 層以下氣密性不能小于3 級，7 層以上氣密性不能小于4 級， 公共建筑的氣密性不能小于4 級。 可以通過安裝密封條等措施進行特殊密封處理。（3）選擇合適的材料，減少傳熱能耗。 為了減少窗框、窗扇型材傳熱能耗，應選擇導熱系數(shù)小的材料。 現(xiàn)階段，PVC 塑料型材導熱系數(shù)最小， 也可以采用斷橋式窗戶， 阻斷能量傳遞的熱橋。 為減少玻璃的傳熱耗能，采用真空玻璃、中空玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃都可以降低窗戶傳熱系數(shù)；采用隔熱保溫窗簾也有明顯的節(jié)能效果。 門的節(jié)能設計需要從入戶門、陽臺門兩方面著手，應選擇傳熱系數(shù)合適的入戶門，對于落地玻璃陽臺門可以作為外窗進行處理。

1.4 其他綠色設計

綠色建筑設計不僅包含節(jié)能設計，而且還需要從節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)境保護等方面著手，提高建筑的綠色性和健康性。（1）充分利用清潔能源。 太陽能是一種利用水平比較成熟的清潔能源， 在屋面安裝太陽能集熱器， 可以將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，為建筑提供熱水。 南向坡太陽能設計是北方寒冷地區(qū)采取的普遍策略，將屋面和集熱器一體化設計，能夠保證建筑的美觀和節(jié)能效果。 （2）在節(jié)材設計方面，盡可能選取適宜的本地材料，形成獨特的建筑風格，既可以降低材料成本，又可以減少運輸成本，所以，要加大對本地特有材料的研究，同時結(jié)合現(xiàn)代化處理工藝加以利用。 （3）在節(jié)水設計方面，應充分重視超壓出流問題，改善二次供水技術。 通過設置減壓閥等方式，將給排水管網(wǎng)各用水點供水壓力控制在一定范圍內(nèi)。 設計中水利用系統(tǒng)和雨水回收系統(tǒng)，實現(xiàn)分質(zhì)供水的效果，提高水資源利用率。 推廣使用節(jié)水器具，在滿足使用功能的同時，限制出水流量，縮短出水時間，有效減少跑冒滴漏問題[2]。

2 濕熱地區(qū)建筑節(jié)能技術與綠色設計策略研究

濕熱地區(qū)綠色建筑設計的核心就是降低建筑本體能耗，關鍵在于通過建筑空間設計減少建筑得熱，增強自然通風。 重新解構(gòu)建筑空間與建筑環(huán)境的內(nèi)在邏輯關系， 采用建筑氣候設計方法，能夠與綠色建筑內(nèi)涵本質(zhì)高度契合，是實現(xiàn)綠色設計的有效途徑。

2.1 建筑空間通風設計

2.1.1 外部空間自然通風

從氣候特點、設計順序等方面出發(fā)，自然通風都是應該優(yōu)先考慮的問題。 建筑空間自然通風設計需要將總體布局、建筑空間與形態(tài)、自然資源有機整合，創(chuàng)造出自然、舒適的建筑室內(nèi)外風環(huán)境。 從建筑內(nèi)部空間上看，自然通風設計順序應該從外到內(nèi)依次進行。 建筑與周邊環(huán)境共同組成的空間作為外部空間，在保護好場地原有生態(tài)環(huán)境的基礎上，將擬建建筑與場地條件作為一個有機整體，考量建筑的朝向位置、組合方式、體量形態(tài)，并結(jié)合景觀綠化、雨水收集等方面進行設計，營造一個有利于建筑通風和室外活動的外部空間風環(huán)境。

在建筑位置、朝向、布局設計時，需要根據(jù)濕熱氣候的特點和設計機理，抓住兩個關鍵問題：建筑主立面要盡可能迎向夏季主導風向；要有效避免建筑群落對自然風的阻擋干擾，按照風影形成規(guī)律， 適當調(diào)整建筑主立面寬度及與主導風向的角度，通過建筑群落各種交錯方式，有效減小風影區(qū)，為形成良好的自然通風條件奠定基礎。 對于獨棟建筑，主立面盡量朝南或南偏西，建筑形態(tài)為板樓時，自然通風效果較好，但是在背立面和兩側(cè)會形成局部強風區(qū)，當有其他建筑相鄰時，會導致局部區(qū)域風速過大， 尤其是高層建筑設計需要控制其寬度和高度， 可以在局部適當開孔， 這樣能有效緩解局部強風效果。由建筑產(chǎn)生的空氣阻力也是必須要考慮的問題。建筑形態(tài)呈流線型時，風阻較小，特別是超大體量建筑。 流線型設計能夠避免建筑風壓、 風速過大， 并且降低對周邊環(huán)境的負面影響，因此，世界上許多知名建筑都會采用這種外形處理方式。自然通風具有隨機多變的特點，應該充分結(jié)合設計經(jīng)驗、風洞試驗、模擬分析等科學方法，提升建筑的綠色性能和形式美。結(jié)合自然環(huán)境，利用水體、植被等生態(tài)因素，能夠人為地營造良好的外部風環(huán)境。 植樹綠化能夠起到遮陽降溫的作用，而且建筑與樹林之間會形成溫度差，有利于建筑通風。 將水景設置在場地上風向，能夠營造水陸風，同樣可以達到增強通風的效果。 當建筑空間與生態(tài)環(huán)境存在矛盾時，可以采用架空層的設計方法，盡可能避免工程建設對生態(tài)環(huán)境的破壞。 在高密度居住區(qū)也可以采用立體綠化的方式，提升建筑外立面綠化效果，真正實現(xiàn)建筑與自然環(huán)境相融共生。

2.1.2 內(nèi)部空間自然通風

在外部空間自然通風設計良好的情況下， 建筑表面及內(nèi)部空間自然通風設計主要解決自然風的“用”和“防”的問題，以及對風向和風速的調(diào)控。 通過設計孔洞、內(nèi)部空間調(diào)整可以把控自然風的流速和流向。 在建筑表面的通風設計中，應優(yōu)先考慮在迎風面和背風面合理設置門窗、洞口等孔洞，盡可能將風引進來，然后再根據(jù)需要，對風量、風向、風速、溫度、濕度進行優(yōu)化調(diào)整。 由于風速會隨著建筑高度的增加而增大，所以，高層建筑外窗設計要慎重考慮，以解決風壓過大的問題[3]。

建筑內(nèi)部空間自然通風設計除了表面設置孔洞， 還與內(nèi)部空間形態(tài)，以及空間之間的聯(lián)動密切相關。 通常情況下，流暢、貫通的空間自然通風良好，但是，空間的高效應用也是必須要考慮的問題。 根據(jù)濕熱地區(qū)的氣候條件，建筑平面設計應盡可能以東西向為長軸布置，主立面朝向南北，或者采用分散式布局，每一個相對獨立的子空間單獨做通風設計。 在空氣流通的路徑上， 如何設置合理孔洞面積成為制約通風效果的關鍵。 嶺南廣府民居中的竹筒屋內(nèi)部房間之間采用隔斷分隔，通過流暢貫通的空間營造良好的風場， 達到改善室內(nèi)熱環(huán)境的目的。 除了基于風壓通風的自然通風設計，還可以充分利用熱壓通風原理。 在風速微弱、氣候悶熱時，尤其是在大空間、大進深建筑中，僅僅依靠風壓通風是不能滿足室內(nèi)風環(huán)境需求的，這時應結(jié)合熱壓通風共同改善，著重考慮氣流出入口位置、水平空間和豎向空間形態(tài)及相關組合關系。 實踐表明，通過加大進出風口的高度差、溫度差能夠有效提升熱壓通風效果。

2.2 建筑空間防熱設計

2.2.1 建筑表面防熱設計

建筑受熱主要來源于太陽輻射、溫差傳導、空氣滲透等途徑，其中，太陽輻射是最主要的方式，所以，建筑防熱設計的關鍵并在于對太陽輻射的躲避。 根據(jù)濕熱地區(qū)的特點，減少建筑東西向的太陽輻射的熱尤為重要。 設計時，要盡可能減小建筑頂面以及東西墻面的面積，同時采用隔熱性能較好的材質(zhì)；減小窗墻比， 通常情況下， 夏熱冬暖地區(qū)南北向窗墻比限值為0.4，東西向窗墻比限值為0.3；做好建筑遮陽設計，通過水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽、綜合式遮陽等形式的靈活運用，發(fā)揮最佳的遮陽作用，屋面遮陽處理也同樣重要；加強各界面的立體綠化處理，促使地面植被與屋頂綠化融為一體。

2.2.2 建筑外部防熱設計

建筑外部空間防熱設計與自然通風設計的目標是相同的，都是結(jié)合自然條件進行景觀綠化設計，利用植被、水體的蒸騰作用實現(xiàn)吸熱降溫。 根據(jù)相關研究，建筑區(qū)域的溫度比綠化區(qū)域的溫度高6～8℃， 形成的溫度差會促使局部空氣流動，從而改善區(qū)域熱環(huán)境。 在用地緊張區(qū)域，使相鄰建筑東西兩側(cè)墻盡量靠近，能夠形成互相遮陽的效果。 廣州西關大屋中的冷巷就體現(xiàn)了這種防熱設計思想。

2.2.3 建筑內(nèi)部防熱設計

與建筑表面防熱設計相對應， 內(nèi)部空間防熱設計需要進一步抑制和減少太陽輻射、溫差傳導、空氣滲透，關鍵在于與建筑表面直接關聯(lián)的過渡區(qū)域處理。 在主要熱源來路設置功能空間、緩沖空間，構(gòu)成完整的防御空間體系。 比如，一般住宅建筑的陽臺設計時，公共建筑將交通、衛(wèi)生等輔助空間布置在建筑溫度較高的東西兩側(cè)等， 也可以對過渡空間進行通風遮陽設計， 著名建筑師巴卡設計的燈塔酒店內(nèi)部有一條遮陽廊道，不僅創(chuàng)造了健康、舒適的熱環(huán)境，而且給人一種純凈、自然、和諧的美感[4]。

3 結(jié)語

綜上所述， 運用建筑節(jié)能技術與綠色設計策略能夠為人們營造一個健康、舒適、高效的使用空間。 在策劃設計時，必須加強現(xiàn)場勘查和調(diào)查研究工作，充分結(jié)合區(qū)域氣候條件、地形地貌、植被覆蓋、水文條件等多種因素，滿足綠色建筑設計要求，保證設計方案的科學性、合理性、可行性。