綠色建筑節能設計與應用研究*

王青松

(明信偉業生態環境建設有限公司 太原 030100)

綠色建筑節能設計不僅需要注重建筑的節能性能、生態性能、環保性能以及健康性能等方面的要求,而且還需要通過一系列合理、科學、有效的方法來降低能耗,從而提高建筑物的使用壽命。現代綠色建筑節能設計要充分利用可再生資源和低能耗材料來實現對環境破壞和能源浪費問題的控制,實現經濟與社會可持續發展目標。因此,在綠色建筑節能設計時應該對其進行綜合考慮,從多個角度對其進行研究和分析,從而使其更好地應用于實際工作中。

1 綠色建筑節能設計的意義

綠色建筑主要是為人類提供一個健康舒適的工作和居住活動的空間,在此基礎上延伸出的綠色建筑設計。所以在進行設計時,要將綠色建筑的一些環保理念、可持續發展理念、節能理念融入到設計當中,既能夠確保建筑物實現實用性、功效性和環保性的統一,又實現設計和施工的協調發展,在全面提高建筑施工的質量同時,還能夠有效確保在進行建筑施工時做到低污染、低耗能。通過利用先進的環保施工技術和環保施工材料來達到相關環保需要求的建筑施工標準,并為建筑施工提供一定的指導和依據。

近年來,為了抑制國內能源的過度消費而推出了“節能減排”政策,其目標就是要在建筑工程中,讓這種與人民有著緊密聯系的各種物質在消費中進行控制,從而提高對建筑工程材料的有效控制,實現節能減排的目標。在建國之初,因為各項建設迫切需要重新啟動,并且還想要提高國力,所以在進行建筑設計的時,并沒有對能源的利用展開過一次系統的研究。到了21世紀,因為受到國內外能源的沖擊,自然資源逐年下降,不但導致國家能源消費的巨大損失,也給后人帶來了能源的嚴重短缺問題,從而對國家長期的經濟發展產生了不良影響。因此,在目前的建設項目中,節約能源和減少能源消耗已經是大勢所趨,同時也是目前建筑節能設計的一種替代物[1]。在建筑開發建設中,工作人員要對各類有限的資源進行有效地利用,保證經濟性節約性的同時做到環保性;降低在施工中產生的損耗及浪費,使建筑企業能夠降低投資成本,從而獲得最大利益。

2 現代綠色建筑節能設計的應用

2.1 建筑規劃中的節能設計

在進行綠色建筑節能規劃設計時,應該從建筑外環境的角度出發,這樣可以有效地減少能源的消耗。首先,合理的外部環境設計和建筑節能設計需要設計人員有較高的專業水平(這是一項細微和復雜的工作),尤其是在對建筑外部環境分析的時,應全面研究微氣候特征根據建筑功能的需求,通過一些切實可行的策略和方式來實現對外部環境的改變,為建筑節能創造更有利的微氣候環境。比如可以在建筑周圍種植花草樹木來實現空氣凈化、遮擋沙塵、降噪的目的。此外還可以設置一些建議小型的園林景觀如小型的池塘,利用水來平衡環境溫度還可以收集雨水,加強資源的利用。

其次,要合理規劃和落實科學的體型結構設計,加強建筑的合理規劃和體型結構設計是為了確保建筑整體結構能夠符合當地的自然環境,能夠有效地適應惡劣的維修環境變化確保建筑質量的全面提升。在對其進行設計的時,設計人員需要綜合考慮建筑朝向、光照程度、抗震能力等各方面因素[2]。在房屋建筑中屋內的日照強度及通風程度是人們十分關注的話題,由于我國建筑工程會受到歷史、文化、城市規劃各方面的制約,所以要想實現建筑朝向的均勻分布以及環保節能設計相對來說是比較困難的。這就需要設計人員能綜合分析各項因素以及權衡利弊,盡可能的找到一個最佳的制約和平衡點,為建筑的外形以及朝向選擇一個最佳的方位。

2.2 建筑結構中的節能設計

熱橋問題與節能設計是現階段實現建筑節能目標的一個需要重點解決的問題。由于現階段我國人們審美素養的全面提升,因此對建筑結構以及建筑造型上過度追求美觀和多變,導致了設計人員在對建筑圍護構造進行設計的時,多注重墻體和屋面構建設計,外飄窗也廣泛應用于設計中,但這些都在無形中增加了熱橋的產生,不利于建筑節能理念的實現。因此必須要做好外墻、門窗和屋面的保溫設計,有效防止熱橋的產生,實現節能目標。

2.2.1 外墻保溫設計

在綠色建筑的設計過程中,外墻保溫設計是一個重要環節,因此在對外墻進行保溫設計時應該從整體出發,從而達到節能目的。在外墻的設計過程中,可以使用保溫性能較好的材料來對其進行施工,比如巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫板等。但是在實際施工中,應該選擇質量較好的材料,注意對建筑材料的運輸問題,以免造成材料損失。例如我國的世博中心(見圖1),在外墻射界上就遵循“3R”原則,大力增強建筑圍護結構的保溫性,減少熱量損失。世博中心建筑整體為鋼架,施工速度快、能耗低,施工過程對周圍環境影響小。對建材也有很大的要求,選用的都是綠色、綠色、高效的建材。世博中心同其他很多大型公共建筑采用了大量的玻璃幕墻[3],但是它卻隱藏著節約能源的秘密,如使用了玻璃與鋁板、陶板、石材等多種形式的復合幕墻,并且使用了呼吸式玻璃幕墻(也被稱為雙層幕墻或熱通道幕墻)以及低輻射中空玻璃等新一代產品,陽光充足的南側外墻,在兩層玻璃內加了鐵絲,并加入了不活潑的空氣,起到了顯著的遮陽保溫作用;北立面不用擔心日曬雨淋,它是一個巨大的、通透的、空心的玻璃窗,既有充足的自然光線,又有一眼望盡黃浦江的美麗景色。這些都可以滿足人們在室內對充足的日照和新鮮的空氣的需求,而且它們應用了自遮陽、太陽能采集、雨水收集等多項環保技術。

圖1 世博中心

2.2.2 加強門窗的節能設計

在對建筑門窗設計的過程中,設計人員應該關注門窗節能技術的應用,在設計過程中合理控制窗墻面積比,還要根據國家有關的設計節能設計標準來科學落實建筑結構中門窗的設計,綜合考慮不同地區以及房屋朝向和建筑功能性來確保門窗面積的合理性。而且門窗面積設計的合理,可以減少熱量的損失加強室內的保溫程度。在對外墻門窗進行設計的時,應該考慮到如何實現門窗節能的全面提升,尤其是外墻玻璃門窗阻擋夏季太陽輻射熱,進入室內和冬季室內熱量的散失的最薄弱環節,這部分的耗能是十分巨大的,所以在設計的時候要充分考慮到這一問題,盡可能地選取更為合適的門窗玻璃材質如單層或者多層中空低輻射的玻璃門窗[4],來增加玻璃門窗的熱工性能。對此可以選擇單層或多層中空或低輻射玻璃,還要提高門窗設計的氣密性,避免夏季熱量的滲入,冬季熱量的流失。此外設計人員還要考慮到門窗的遮陽性,尤其夏季的時避免太陽輻射直接進入屋內導致能耗的增加。

2.2.3 注重屋頂的節能設計

屋頂的節能設計是綠色建筑設計中重要的組成部分。由于屋頂的面積非常大,因此,它也是建筑能耗最高的部分之一。在進行屋頂設計時應該充分考慮到其保溫隔熱性能,同時還要保證其具有良好的通風效果,這樣才能在保證節能效果的同時還能夠有效地改善空氣質量。對屋頂進行節能設計時首先要確定其所處的位置,然后再根據所處位置進行具體設計。由于建筑物的屋頂不僅可以遮擋陽光,而且還可以為建筑物提供一定的緩沖空間[5],這樣就能夠對自然風起到一定的阻擋作用。

2.3 從材料應用角度出發,加強綠色建筑節能設計

隨著人們對生活環境質量要求的不斷提高,對建筑材料的要求也越來越高,傳統建筑材料的使用不僅會對環境造成污染,而且還會消耗大量的能源。所以,在進行建筑節能設計時要注重綠色建筑節能材料的應用,從而減少資源消耗。在進行綠色建筑節能設計時需要根據當地實際情況對綠色建筑節能材料進行選擇和使用。以杭州低碳科技館按照為例(見圖2),總建筑面積3.37萬m2,總投資將超過4億元。在建材上首先選用本地建材以減少材料運輸過程中的碳排放;選用天然的、可回收的材料;幕墻的是采用太陽能光復材料,這一建筑是按照“國家綠色建筑三星級”標準進行設計和建設,是名副其實的低碳建筑。科技館的外裝修材質是金黃色的鋁板材,鋁板材若僅用作純粹的裝飾,與節能概念背道而馳。因此,這一建筑將鋁板材有序堆疊并放大,不僅表現出了“璞玉”的自然風化概念,而且還將鋁材的底層設計成了穿孔板,并在一些微小的尺度差異處,直接使用縫隙結構,在鋼板幕墻與內部墻體的縫隙中利用壓力差,產生一種能夠供氣流的中空結構,從而提高了外部空氣的循環效率,同時也能夠吸收陽光的熱能,降低外部墻體的表層氣溫,從而達到節約能源的目的,實現了將建筑外形、裝修與節能三者有機融合的目的。

圖2 杭州低碳科技館

3 結語

隨著節能減排、生態保護和可持續理念的不斷貫徹落實,現階段我國建筑行業的高耗能、高污染問題已經受到了高度的重視,企業只有立足時代發展需求,積極落實國家政策要求,及時改變自身的發展戰略,通過節能設計來實現建筑的節能降耗目標,促進建筑企業的健康可持續發展,才能夠保障建筑行業長久穩定的發展下去。