綠色建筑理念下建筑規劃節能設計應用策略探究

韋成

摘 要：節能低碳設計是建筑綠色發展的重要內容。為深入思考基于建筑本身的節能設計與規劃策略，本文從建筑綠色節能設計相關的概念、節能設計要求，以及建筑主體的制冷、制暖需求與節能間的關系等出發，探討在綠色理念下，建筑規劃中的節能設計基本途徑和矛盾平衡策略。從屋面隔熱、建筑制暖、建筑制冷、光照節能等角度探討節能路徑；從氣候變化與室內環境的恒定需求、環境條件差異性與設計的獨一性特點、功能需求與結構要求的匹配、建設成本與投資效益的平衡等方面，分析節能設計的矛盾與平衡，并提出系統化的思考、環境差異下的技術創新以及建筑結構節能優化等節能設計應用策略。

關鍵詞：綠色建筑；建筑規劃；節能設計；應用策略

1 前言

綠色建筑要求在建筑建設、使用、報廢等全生命周期內，通過資源節約、高效利用、生態環境保護、污染防控與處理等手段，盡量降低建筑對自然環境、社會生產生活的負面影響。建筑綠色設計在為人們提供健康、實用、高效的建筑空間和使用功能的基礎上，最大限度地提升了建筑的綠色效益，促進建筑生產運營，與自然生態環境達到和諧共生。

建筑建設與運營過程中，其能耗主要表現在建設材料生產加工、建設設備驅動以及建筑使用過程中取暖、制冷、照明、樓宇智能化等功能性設備[1]。相關研究顯示，2020年，全國建筑全過程能耗總量為22.7億tce，占全國能源消耗總量的45.5%；其中，建筑運行階段能耗為10.6億tce，占全國能源消耗總量的21.3%[2]。建筑建設與運行過程中的大量能源消耗，要求從建筑設計與規劃開始就需要充分而系統地考慮建筑節能問題。按GB 55015-2021《建筑節能與可再生能源利用通用規范》要求，應加強建筑在規模、布局、功能、性能和關鍵技術措施等要素上的節能與可再生能源利用。

2建筑規劃節能設計的基本途徑

建筑作為人類生產生活的重要空間建構產物，本質上是人類安全防護的重要產品，發揮著抵風御寒、遮陰避陽、阻擋各種風險的重要作用。在電氣技術之前，人們主要通過建筑結構創新與優化等，來實現對建筑的“制冷”、“制暖”、“調濕”等功能。在建筑節能化發展中，基于人類對環境條件變化的更深層認知和了解，建筑節能可以通過更為科學的、優化建筑自身的設計，且基于隔斷、引入等原理，采用屋面隔熱、建筑采暖、建筑制冷、光照節能等形式[3]，提升建筑的“制冷”“制暖”“調濕”等功能。

2.1房屋各部位的絕熱處理

在房屋各部位的絕熱處理方面，已經有了較為成熟的絕熱技術。比如，在建筑屋頂絕熱方面，需要防止太陽直接照射建筑屋頂所帶來的熱效應，為此可以加強屋頂區域的通風換氣效果，從而帶走熱量，或是選用隔熱材料，防止熱量傳遞到建筑內部；在墻壁和地面絕熱方面，需要阻止建筑內外熱流的相互傳導功能，為此可以在建筑物外側、屋內側等位置增加絕熱層，進行隔熱處理；在門窗絕熱方面，可以通過雙層或多層玻璃或是能夠反射紅外線的玻璃、貼反射膜的玻璃等提升門窗的絕熱性能。

2.2建筑制暖

制暖的原理主要是熱輻射的傳導和積聚作用，以阻止室內熱流的流出和室外寒流的進入，以及采取一定的蓄熱處理并提升室內的陽光照入量。在阻止對流方面，可以通過墻面、門窗的絕熱處理，減緩熱量的傳導；通過提升門窗的密封效果，防止空氣流動帶走熱量；在引入熱流方面，可以選擇建筑朝向、擴大透光面積等，以增加太陽光照射的時長與面積；在蓄熱處理方面，可以在建筑內采用具有反射紅外線效能的材料以提升室內的熱輻射，或是減小空間與外部的接觸面積，從而降低熱傳導，提升室內的蓄熱速度。

2.3建筑制冷

在建筑制冷節能方面，主要通過規避陽光、利用溫差和空氣流動帶走熱量以及降低熱傳導等方式實現制冷[4]。比如，在建筑物外部，通過樹木、其它建筑物和構筑物等遮擋陽光，減少陽光直射帶來持續積蓄的熱量；通過增加建筑周圍環境中的水景，利用水的蒸騰作用帶走熱量；通過調整建筑物的間距、高度、形態等，提升建筑環境的通風效能，利用空氣流動帶走建筑周圍的熱量。

在建筑物內部，通過吸光材料降低反射到環境中的熱輻射，并通過熱傳導將吸收的熱量傳導到建筑物其它部分；通過絕熱材料，抑制熱量進入室內的速度，還可以通過自然通風、在建筑物最高處設置排氣孔、采用人造風等方式，促進對流散熱。

2.4光照節能

在建筑照明節能方面，主要通過提高建筑物的采光率和透射率等，減少照明用電，進而起到節能的效果。在建筑規劃設計時，需充分考量建筑門窗的朝向、尺寸，利用天窗、豎井等結構增加照明時長和光照面積；通過提高建筑門窗的透光率及室內物體的光反射系數等抑制光損失[5]。但是，在提高日照光的同時，還要考慮日照帶來的熱輻射以及擴大門窗的日照面積對建筑保溫效果的影響，平衡光照帶來的制冷和制暖效應。

3建筑節能規劃設計中的矛盾與平衡

3.1氣候變化與室內環境的恒定需求

人們在建筑物中，一般需要相對恒定的溫度、濕度和具有良好通風條件的環境。但因氣候的變化，不得不進行必要的制暖和制冷雙向措施。在非電氣功能性設施的助持下，很多制冷、制暖和節能措施之間是相互矛盾的。比如，增大開窗面積會降低阻隔效果，而加強阻隔設計在提升了制暖功能的同時，又會影響散熱功能；引入太陽直射光照明減少了照明電力供給，但也可能導致室內環境溫度的升高，進而提升了空調制冷帶來的耗電問題。因此，單一方面的節能設計往往并不能發揮出節能作用，甚至會影響整體節能效果，為此需要更系統的分析和合理的模型建構，從節能的整體效果進行動態考量。

3.2環境條件差異性與獨一性設計

在建筑節能規劃過程中，不同的建筑面臨的氣候條件存在較大差異，比如，我國北方氣候變化明顯，日照角度偏大，冬季寒冷；南方夏季炎熱，冬季濕冷，存在極為潮濕的時節。為此就需要依據地域氣候特征選擇適宜的節能技術。再比如，城市建筑中，由于周圍建筑遮擋和反射等，環境日照和氣流的變化具有獨一性，需要充分了解建筑環境特點才能有效利用環境進行節能設計。因此，不同的建筑條件需要不同的節能技術，而相同的節能技術，也需要根據區域環境條件、氣候變化不同等因素進行精準的計量。

3.3功能需求與結構要求

從功能上來講，建筑需要更大的使用面積，且便于建造和日常維修與維護。但保溫、制冷、通風等節能措施，常常占用了建筑的使用空間，也使建筑結構更加復雜多變，從而帶來施工的復雜性，不利于建筑的日常維修與維護。而且，在建筑設計規劃過程中，為達到建筑設計創意效果和使用功能，需要設計一定的造型風格和空間布局，但從節能的角度來講，為達到一定氣流走向和阻隔效果，在建筑設計過程中會對建筑的方向、形態結構、空間布局等有一定的約束，可見設計效果與節能效果之間存在一定的取舍關系。因此，需要從設計和結構等方面進行協同優化，或是尋求更獨特的解決辦法。

3.4建設成本與投資效益

建筑建設過程中，無論從投資方還是建設方，都希望在確保工程質量的前提下盡量降低建設成本。但節能設計由于技術的先進性、施工的復雜性等，往往需要增加建設成本。比如結構復雜性會導致工期加長、施工難度提升，從而帶來成本的增加；隔熱保暖設計很可能增加建筑材料的用量，進而提升建設成本；為改善日照條件，需要采用感光性能更好、價格更高的玻璃材料等。

節能設計與建設成本之間存在無法回避的成本矛盾問題。一方面需要通過批量化、大規模的應用，降低節能材料的研發和生產成本，或是通過提升建設效率降低建設成本；另一方面需要政策、補貼、宣傳等，從建筑的全生命周期來考量建筑的節能價值。

4綠色建筑理念下建筑規劃節能設計應用策略

4.1系統化思考

從建筑、人、環境這三者在節能上的復雜關系中可以看到，對建筑節能設計不能采用線性或是單一的思考邏輯來解決節能問題。節能設計需要充分考慮時間變化、抵御差異以及各要素之間的矛盾關系等。從理論上講，需要系統論的相關思想作為支撐。因此，需要在建筑規劃節能設計中，跳出環境要素、人的需求要素、節能技術要素等，將各個要素看成系統中的要素點，再上升到系統的層面。從點與點之間的關系建構、多個要素間的關系處理等角度，進行系統分析與規劃。接著，基于節能目標，運用定量的數學模型來表示各要素之間的復雜關系，充分運用數理模型來分析條件約束，并通過改變條件參數提升節能效能，分析和解決各種節能問題。

比如，在GB 55015-2021《建筑節能與可再生能源利用通用規范》中，全年供暖和供冷總耗電量應按如下公式計算：

E= EH+ EC

式中，E為全年供暖和供冷總耗電量（kWh/m2）；

EC為全年供冷耗電量（kWh/m2）；

EC為全年供暖耗電量（kWh/m2）。

其運算思想從能耗與節能的直接關系出發，計算建筑的能耗總量。運用自上而下的層級化思想，將能耗分為供冷和供暖兩個部分。基于環境差異，建構起能耗與建筑主體結構之間的復雜關系模型，并運用關系系數調控不同特點區域的節能要求。其節能影響要素的確立、關系系數的設定等，需要大量系統而科學的分析、實驗與研究，確保節能分析的科學性和質量。

4.2技術創新

建筑節能規劃從根本而言是在尋找建筑內、外環境差異在能耗最低要求下的解決辦法。建筑規劃節能設計中，不但需要充分考慮建筑周圍風場、濕度、溫度等對建筑內部的影響，還需在時間上動態且充分地考量氣候變化帶來的各種影響。由于制冷和制熱的矛盾性，一方面需要平衡節能和制冷、制熱之間的變化關系，減少氣候差異對節能效能上的影響；另一方面需要積極發揮人的創造力，尋求能夠實現制冷、制熱且達到節能要求的先進技術來解決矛盾問題，提升節能效能。比如，創新單向通風的材料、創新可調節光照又兼具保溫隔熱效能的玻璃產品等。

4.3結構節能優化

建筑形態與結構要素在建筑節能中具有重要意義。其中，建筑體形系數是影響建筑物耗熱量的重要指標。節能設計中要求嚴格控制體形系數，充分考慮建筑整體外表面積的散熱能力，盡量減少與環境接觸的外表面積，通過規整的形態進行約束。

建筑平面布局的形狀與自然通風的關系較為密切，建筑平面形狀需充分考慮環境的風場變化，通過通風的引入、引出等調節建筑的制冷、制暖；在圍護結構上，可通過保溫復合結構進行保溫，通過材料性能提升建筑的保溫效果；在開窗、開門等建筑表面的孔洞設計上，充分考慮窗墻的面積比，保證建筑整體的保溫隔熱性能。

為平衡建筑機能與建設要素之間的矛盾，應在建筑設計之初就明確節能設計要求。在建筑造型設計上，可以更多從節能的角度進行形態構思，避免增加能耗的形態設計，充分利用天然的太陽能，考慮結構布局、建筑朝向、建筑間距，注意形體表面積、開窗量的設計等；在結構設計上，外觀造型難以起到節能作用，通過結構優化、材料優化等內部的節能優化進行彌補。比如，嚴寒地區建筑一般需要采用重量輕、熱導率小、輕質高強的材料，以提升建筑的保溫性能。為盡量減少建筑物料增加帶來的承重壓力，應減少對建筑空間的占用，提升材料的性能等。

5結論

綜上所述，節能減排是當下我國建筑綠色發展的重要內容。從建筑本身內、外環境的關系角度來講，基于綠色建筑理念的建筑規劃節能設計，應從人對建筑室內環境的需求，建筑外圍日照、溫度、濕度和風場等跟隨氣候變化的特征，去尋求基于建筑外部形態、內部結構、材料技術等方面的節能可能性。因此，需要充分運用系統化的思維、數理化的模型分析以及不斷的技術創新等手段，以提升建筑的節能效果。

參考文獻

[1]余曉平.建筑節能原理與實踐理論[M].北京：北京大學出版社.2018：3.

[2]中國建筑能耗與碳排放研究報告（2022年）[J].建筑，2023（2）：57-69.

[3]劉經強，劉坤宇，劉崗. 綠色建筑節能工程設計[M].北京：化學工業出版社.2018：7.

[4]胡永東.綠色建筑理念下建筑規劃節能設計初探[J].建筑工程技術與設計，2015（32）：1480.

[5]任懷堂.綠色建筑理念下建筑規劃節能設計措施研究[J].中國建筑裝飾裝修，2022（3）：91-92.