北方綠色居住建筑設計關鍵技術措施研究

文｜河北建筑工程學院 建筑與藝術學院 邵旭 段國強 王奕

引言

綠色建筑體現了人與自然的和諧共存、時代的必然發展和社會民生的需求，是建筑行業可持續發展的迫切需要，我國自發展綠色建筑以來，綠色建筑評價標識項目數量一致保持著增長勢態。大力推廣綠色建筑，對社會解決能源短缺和保護環境等問題具有積極的現實意義，據此，本文從建筑規劃、單體設計、技術構造及可再生能源的利用上以北方某住宅小區為例，探討北方寒冷地區綠色居住建筑設計的關鍵技術措施。

1 綠色建筑規劃設計技術措施

綠色建筑不是單純綠化建筑，它需要將建筑設計、建筑技術、建筑建造和運營維護等多方面綜合協調，最大程度地降低建筑的能源與資源的消耗，盡量減少對自然環境的破壞與影響，同時增加人居環境的健康與舒適性。還需要強調在前期策劃、建筑規劃、建筑設計時充分考慮建筑所在地的氣候、資源、生態環境、經濟和人文等特點，遵循可持續發展原則，整合最佳綠色建筑理念，集合可再生能源、圍護措施、采光通風、綠化配置、雨水利用等技術手段，達到建筑與人和自然和諧共處的目的。

北方寒冷地區的綠色建筑設計要充分滿足日照，使建筑獲得良好的日照、采光和通風。本次所選擇的北方某居住區項目地塊東、北兩側臨城市道路，均無建筑物，西側為住宅小區，規劃建筑布局時，南北日照間距以1.74的日照間距系數計算，建筑間距達到28.71米時，可以滿足大寒日3小時的日照時數標準，最后設計建筑間距做到了29米，同時沒有降低周邊建筑的日照標準。

北方寒冷地區冬季太陽能的利用主要是依靠南側建筑立面直接吸收熱量，應本著夏季獲得良好的自然通風和避免過多的日曬、冬季獲得充足日照和避免西北寒風侵襲的原則進行設計。所以本項目通過模擬對比將建筑的主朝向面向正南，避免西曬，保證夏季良好的采光和通風，大面積的南向開窗在冬季能使陽光充分進入到建筑內部，提升建筑的室內溫度，同時降低了建筑供暖設備的供熱量，減少能源的消耗，北向縮小開窗面積，能大大阻擋冬季西北季風的侵襲（圖1）。

圖1

綠化是環境之本，綠化可以改善環境、調節微氣候、創造適宜的生存空間。設計為充分節約用地，將停車位與宅間綠地相結合，做環形機動車路，人車分流，在整個居住區內加大對綠化率和人均綠地面積的設計，豐富綠化方式，如停車位采用草坪磚形式、圍墻垂直綠化等，利用綠地調節區域性的微氣候。合理的選擇綠化方式，科學配置綠化植物，喬木、灌木結合地被植物綜合配置，遮陰降溫，最大限度的將整體小區融合自然環境。

2 綠色建筑單體設計技術措施

寒冷地區的建筑體型設計需注重建筑與環境的關系，因此建筑體型系數成為建筑體型的關鍵要素，體形系數的大小對建筑能耗的影響非常顯著，體形系數越大，單位建筑空間的熱損失面積就越大，能耗就越高。所以在本項目策劃時就首先考慮了建筑的體型與環境的關系以及體形系數大小問題，做到滿足建筑使用面積的同時將建筑體形系數降到最小，體形系數達到0.27，滿足國家標準0.3的最大要求。

對于建筑平面力求做到平面布局緊湊和形狀規整，平面不規整易造成建筑與室外空氣接觸的面積增加，提高耗熱量。規整的建筑平面布局可以達到自然調節的作用，在當地夏日東南季風的作用下，利于建筑組織自然通風，形成穿堂風；同時建筑平面集中設置利于保溫防寒，減小建筑體型系數，降低建筑能耗。戶型平面布局在滿足功能要求下，盡量做到冷熱環境分區，根據房間使用和人的活動規律將熱環境需求較高、主要活動的房間如臥室、客廳等房間集中設置在南向，滿足基本日照的需求，將利用較少的輔助房間如儲藏室、廚房、餐廳、書房等布置在北向，作為冷暖交替的緩沖區，達到防寒節能的效果；同時也做到了干濕分區、動靜分區和私密與公共分區（圖2）。

建筑的窗墻比影響到了建筑立面效果、建筑能耗及采光通風等問題，所以在設計時根據使用情況和環境因素整體調節。在建筑南向設計較大的窗口，窗墻比值為0.42，窗扇的開啟方向利于夏季東南主導風向的引入，充分利用自然通風的技術達到節能和改善室內空氣質量的要求，而在冬季可以吸收大量的熱輻射，提高室內溫度，降低建筑能耗。在北向，自身處于陰面，冬季西北主導風向加重了建筑耗熱量，窗的傳熱系數又大于墻體的傳熱系數，所以在滿足采光系數的前提下，采用較小的窗口，窗墻比值為0.27，減少建筑的耗熱量。東西向夏季太陽輻射最大，冬季西北主導風向強烈，所以在這兩邊沒有開窗。

3 綠色建筑技術應用設計措施

建筑入口是不可小覷的地方，它是整棟建筑使用率最高的地方，北方寒冷地區的冬季，大量冷空氣會從此處侵入建筑內部，所以建筑入口要做到阻擋冷空氣直接吹入和防止室內熱量流失。我們在設計中采用了門斗的方式，改善入口處的熱環境，門斗的設置使室內外形成一個過渡空間，這個空間在風壓的作用下可以阻擋室外冷空氣吹襲，防止冷風滲透，還可以保持一定的溫度，減少室內熱損失（圖3）。

凸窗作為熱橋存在一定的熱工缺陷，易造成室內結露。通過計算在沒有保溫的情況下傳熱系數K值達到4.3W/(m2·k)，如果加上40厚的保溫，傳熱系數K值達到0.57W/(m2·k)，但視覺過于笨重，凸窗的外窗傳熱系數也有較高的要求，固然會大大增加建筑的成本，所以寒冷地區不宜采用，本設計在各個方向均沒有使用凸窗，降低了建造成本，提高了窗口的保溫性能（圖4）。

圖2

圖3

建筑的圍護結構保溫隔熱層的性能直接影響到建筑的能耗，對建筑外墻進行節能保溫設計可以有效地降低建筑采暖設備的負荷，減少設備使用時間，改善室內舒適度。在建筑的外墻、屋頂、首層及地下室均設計了保溫或防水，減少了外墻、屋頂傳熱系數和結露問題，經過計算南北外墻貼40厚擠塑聚苯板的傳熱系數K值等于0.45W/(m2·k)，東西外墻貼60厚擠塑聚苯板的傳熱系數K值等于0.39W/(m2·k)，屋面加80厚擠塑聚苯板的傳熱系數K值等于0.45W/(m2·k)，均小于外圍護結構熱工性能參數限值。

4 綠色可再生能源的利用技術措施

太陽能為無污染、可再生的清潔能源，對自然環境影響較小，是綠色建筑新能源的最佳選擇，應加大在建筑上的利用，既可以節能低碳綠色，又能給居民帶來生活的便利。太陽能可用于建筑室內發電、供熱和加熱水。目前在我國建筑領域中應用最普遍的是家用太陽能熱水器，本項目將太陽能與屋頂結合，高效利用屋頂空間，并為居民生活用水帶來方便（圖5）。

圖4

5 結語

本項目的綠色居住建筑設計以節能設計為主，注重建筑功能、環境及配套設施，通過規劃、建筑體型、建筑平面優化、建筑構造及可再生能源的被動式的設計，即改善了建筑內部的居住環境，提升建筑的品質，又能大幅度降低建筑能耗損失，節約能源，減少環境污染。綠色建筑在利用高效節能、減排的綠色關鍵技術路線的同時，也應著重使用被動式的辦法來解決設計問題，兩條腿走路，使用適當的技術手段來完成綠色建筑設計，尊重北方的自然環境與氣候，使其相互和諧，這是綠色建筑的基本要求，也是整個社會文明發展的要求，人、建筑、社會與自然和諧共處才能是綠色建筑的未來。

圖5