建筑設(shè)計中開展綠色住宅建筑的探索

李啟通

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的《2021中國建筑能耗與碳排放研究報告》顯示，2019年，全國建筑全過程能耗總量占全國能源消費總量的比重為45.8%；碳排放總量占全國碳排放的比重為50.6%。而在我國建筑總耗能當中，占比較大的建筑類型就是傳統(tǒng)的住宅建筑，因此，為助力碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)，大力發(fā)展綠色住宅建筑成為如今住宅建筑未來發(fā)展的必然方向[1]。

1 綠色住宅建筑設(shè)計原則

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源，保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

1.1 節(jié)能高效原則

綠色建筑旨在減少建筑全生命周期的能耗，包括建材生產(chǎn)、建材運輸、建筑施工、建筑運營、建筑維修、建筑拆解、廢棄物處理；在綠色住宅建筑的設(shè)計過程中，為了減少對常規(guī)能源的消耗，達到節(jié)能減排目的，應(yīng)根據(jù)當?shù)貧夂蚝妥匀毁Y源條件，使用可循環(huán)、節(jié)能的材料，利用可再生能源結(jié)合設(shè)計手段做到最大限度的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材。并且采用低耗、高效、經(jīng)濟、環(huán)保、集成與優(yōu)化的綠色建筑技術(shù)提高資源和能源的利用率，以及使用先進的管理調(diào)控系統(tǒng)來監(jiān)督建筑的全周期內(nèi)的節(jié)能減排效率[2]。

1.2 環(huán)境友好原則

綠色住宅建筑在設(shè)計建造的過程中應(yīng)盡量適應(yīng)當?shù)氐淖匀粭l件，尊重場地的地形地貌。營造住區(qū)景觀環(huán)境時，可以有效利用屋面空間及建筑外場地空間，提高住區(qū)綠化率，增加綠化面積，不僅能增加綠化的碳匯量，還可以創(chuàng)造舒適優(yōu)美的居住環(huán)境，使建筑接近自然、回歸自然，減少對環(huán)境造成的影響；同時因地制宜的使用可再生能源，減少環(huán)境污染，讓建筑與自然和諧共生[3]。

1.3 健康舒適原則

綠色住宅建筑需要平衡提高居住舒適度時的資源消耗與降低建筑能耗之間的沖突，在綠色住宅建筑中強調(diào)舒適原則并不是以犧牲建筑的舒適度為前提的，而是以滿足人類居住環(huán)境舒適要求為首要條件，通過依托巧妙適宜的建筑設(shè)計手段和綠色化、生態(tài)化及符合可持續(xù)發(fā)展要求的建筑綜合系統(tǒng)集成技術(shù)，滿足人們對居住環(huán)境健康舒適的要求[4]。

2 綠色住宅建筑設(shè)計措施的應(yīng)用

2.1 綠色住宅建筑的住區(qū)整體設(shè)計

綠色住宅建筑的規(guī)劃布局是直接影響能源消耗高低的重要因素之一；建筑整體的規(guī)劃布局，必須充分考慮地形地貌、氣候、文化等因素的影響，因地制宜地進行區(qū)域總平面布置、朝向設(shè)置、景觀營造。在布置區(qū)域總平面時，應(yīng)盡可能利用原有地形地貌，減少場地平整的工程量，減少對原有生態(tài)環(huán)境和景觀的破壞；同時需要合理的規(guī)劃建筑的位置，控制建筑的朝向、間距、體量等，以獲得充足的自然采光和通風，其中規(guī)劃建筑朝向時，可以先根據(jù)日照和太陽入射角確定建筑朝向范圍后，再根據(jù)夏季主導(dǎo)風向，從考慮建筑群整體通風效果的角度確定具體朝向；對于景觀的營造，應(yīng)結(jié)合原始地形和當?shù)氐木坝^風貌，種植適宜的植被類型，增加綠化面積，提高綠化覆蓋率，增強綠化碳匯，減少整體的綜合碳排放量，同時還可以降低地面的反射熱，緩解熱島效應(yīng)，提高人居環(huán)境品質(zhì)。圖1為住宅小區(qū)規(guī)劃。

2.2 綠色住宅建筑的單體設(shè)計

2.2.1 控制體型系數(shù)

圖1 住宅小區(qū)規(guī)劃

建筑物體形系數(shù)是指建筑物與室外接觸的外表面積與其所圍成的體積的比值，它與建筑的熱工性能密不可分。在建筑運行中，耗熱量會隨著建筑物體形系數(shù)的增大而直線上升，體形系數(shù)越小，單位建筑面積對應(yīng)的外表面積越小，外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失越小。但是，體形系數(shù)不只是影響外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失，它還與建筑造型、平面布局、采光通風等緊密相關(guān)[2]。如果體型系數(shù)比較大的話，能源的消耗就會越多，節(jié)能效益起不到太大的作用；體形系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑造型呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。所以在設(shè)計階段需要合理的控制建筑的體型系數(shù)，通過調(diào)整建筑外墻面積，控制層高、體型的凹凸變化、平面布局形式來平衡節(jié)能效益與居住環(huán)境舒適性之間的關(guān)系。圖2為住宅形體設(shè)計。

圖2 住宅形體設(shè)計

2.2.2 自然通風、采光應(yīng)用設(shè)計

建筑外部形體、內(nèi)部的功能布局，門窗設(shè)計等應(yīng)兼顧通風、采光、美觀、舒適等多方面的要求。建筑自然通風是通過利用空氣流動的風壓和熱壓特性對室內(nèi)進行換氣；門窗是室內(nèi)通風換氣的主要出入口，一般利用對流或單側(cè)通風方式實現(xiàn)自然通風；其中，單側(cè)通風主要利用空氣的浮力、紊流作用，為提高通風效果可在同一墻面設(shè)置高、低窗。對流通風效果比單側(cè)通風更好，不同墻面開窗會引起空氣對流，但為了增強氣流循環(huán)效果，進出風口不應(yīng)在一條直線上；因此，通過合理的設(shè)置窗的形狀、方位、高度、開啟大小，就可以有效的控制自然通風的效果。建筑外部形體結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)自然光強弱、照射角度進行設(shè)計，盡量避免大進深，否則房間內(nèi)部光線就會不足。自然采光應(yīng)充分考慮建筑內(nèi)部的功能，根據(jù)自然光照射時間長短、面積大小不同，對應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將人員使用頻繁的主要功能房間設(shè)置在受光面，使用頻率較少的功能房間設(shè)置在背光面。綠色住宅建筑通過對自然通風采光的應(yīng)用，可以有效的減少對電氣設(shè)備的依賴，降低能耗。

2.3 住宅的圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

2.3.1 外墻保溫設(shè)計

外墻是建筑的主要散熱構(gòu)件，在整個建筑外表面積中的占比較大；因此，外墻采取保溫隔熱措施是減少建筑熱能耗和提升住宅建筑熱舒適性最有效的設(shè)計途徑之一。在建筑外墻保溫的發(fā)展中，形成了三種外墻保溫結(jié)構(gòu)，分別是外保溫、內(nèi)保溫和復(fù)合墻體保溫。通過采用具備隔熱性能的材料，如聚苯板、巖棉、保溫砂漿、發(fā)泡混凝土等材料，降低建筑外墻的溫度傳導(dǎo)能力，從而實現(xiàn)建筑內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境之間熱傳遞的有效隔離；在綠色住宅建筑設(shè)計的過程中，應(yīng)綜合考慮外墻保溫的施工技術(shù)、保溫能力、墻面效果等因素，選擇適宜的外墻保溫方案。

2.3.2 外窗保溫節(jié)能設(shè)計

外窗是實現(xiàn)自然采光的建筑外圍護構(gòu)件，而自然采光是伴隨著得熱的，在夏季，得熱會導(dǎo)致制冷負荷的增加從而增加能耗。為了有效降低外窗的耗能，就需要提高外窗的隔熱保溫防護性能。外窗遮陽技術(shù)和設(shè)施就是為了解決外窗在夏季自然采光時出現(xiàn)的過熱問題，其中包括在窗口設(shè)置的布簾、竹簾、軟百葉等設(shè)施的臨時性遮陽措施和在建筑圍護結(jié)構(gòu)上設(shè)置長期使用的遮陽板等的永久性遮陽措施。此外，高氣密性設(shè)計和采用節(jié)能玻璃也是提高外窗保溫隔熱性能的關(guān)鍵，當前建筑上常用的節(jié)能玻璃有吸熱玻璃、熱反射玻璃、Low-E低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃等；在選擇節(jié)能玻璃時，應(yīng)根據(jù)建筑所需要的保溫需求確定玻璃品種。

2.3.3 屋頂節(jié)能設(shè)計

屋面的節(jié)能跟墻體的節(jié)能一樣，可以通過使用保溫材料以改善屋面層的熱工性能，減少熱量的傳遞；除此之外，屋面隔熱降溫的方法還有架空通風屋面、種植屋面、蓄水屋面等；其中，種植屋面不僅能夠使得屋面的溫度波動較小，有效的緩解屋面的冷熱沖擊，降低制冷、采暖的耗能，同時還能改善生態(tài)環(huán)境[3]；圖3為種植屋面。

圖3 種植屋面

2.4 資源及能源的高效利用

2.4.1 可再生能源技術(shù)的應(yīng)用

可再生能源具有環(huán)保、節(jié)能等突出的特征，可再生能源的應(yīng)用能極大的緩解對傳統(tǒng)能源的依賴，同時，在滿足建筑能源的需求前提下，進一步降低了建筑的耗能，推動建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，在綠色住宅建筑中使用最廣泛的可再生能源是太陽能，常見的太陽能技術(shù)有太陽能光伏系統(tǒng)、太陽能光熱系統(tǒng)；通過利用太陽能光伏發(fā)電裝置及太陽能熱水裝置，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，實現(xiàn)太陽能的高效利用；在綠色住宅建筑設(shè)計中，盡量避免光熱設(shè)備與建筑進行簡單的相加，應(yīng)嘗試將光熱設(shè)備與建筑進行有機的結(jié)合，將光伏、光熱系統(tǒng)替代某些建筑構(gòu)件，促進光伏、光熱建筑一體化，這樣不僅能實現(xiàn)建筑自身產(chǎn)能，節(jié)約建筑構(gòu)件材料，還實現(xiàn)建筑立面的創(chuàng)新（圖4）；并且，在綠色建筑中，引進熱泵供熱技術(shù)，熱泵是新能源的一種，包括空氣源熱泵，水源熱泵，地源熱泵等，它具有能實現(xiàn)把低溫熱能輸送至高溫熱能的功能，可大量利用自然資源和余熱資源中的熱量，有效地節(jié)約民用及工業(yè)所需的一次能源，減少能耗，提高能源利用率。通過與太陽能供熱互補，為建筑運行提供持續(xù)不斷的能源需求[5]。

圖4 光伏平面瓦

2.4.2 推進綠色裝配式住宅建筑設(shè)計

綠色裝配式住宅建筑，是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進行，在生產(chǎn)車間把墻板、梁柱、陽臺、樓梯及連接件提前預(yù)制好，然后運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場，通過可靠的連接方式在現(xiàn)場裝配安裝而成的建筑。裝配式住宅建筑不僅有效的減少施工現(xiàn)場作業(yè)，降低了水電、鋼材，水泥資源的使用量，還減少建筑垃圾；同時在主體的施工安裝過程中，主要是利用機械設(shè)備來完成，不僅提升了建筑整體施工的效率，也在一定程度上減少了人工的使用量，降低人員雇傭成本。裝配式住宅建筑所使用的材料多以綠色建材為主，這些建材主要的特點就是材質(zhì)較輕，實現(xiàn)了材料重量輕質(zhì)化，降低了建筑的荷載，由于材料具有良好的性能，使其具備較好的耐腐蝕性及防火效果、抗震效果、隔音效果等。綠色裝配式材料不僅符合建筑質(zhì)量的要求，并且不會給環(huán)境帶來二次污染，在建筑被拆除后還可以對材料進行二次利用，提高建材資源的利用率，減少資源浪費。

2.4.3 雨水收集和中水回用

綠色住宅建筑社區(qū)中的雨水資源化綜合利用，是對非傳統(tǒng)水源利用率加以提升的重要手段。雨水收集系統(tǒng)通過收集屋頂、路面等處的雨水，處理達標后再進行回用，可用于綠化、路面清潔、沖洗廁所、洗車等；除了雨水的收集利用，建筑中水處理回用對于提升水資源利用率也發(fā)揮了重要作用，建筑中水回用通過將建筑中人們生活或生產(chǎn)活動中排放的生活污水、冷卻水；經(jīng)集流、水處理、輸配水等技術(shù)，回用于非傳統(tǒng)水源用水點使用；中水回用一方面可以減少環(huán)境排污量，另一方面它又能減少對水資源的開采，兼具開源節(jié)流和環(huán)境保護的作用，是城市污水資源化不可分割的一部分。

3 結(jié)語

在綠色低碳環(huán)保成為共識的今天，大力發(fā)展綠色住宅建筑意義重大，是實現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展、完成“雙碳”目標的關(guān)鍵。綠色住宅建筑的設(shè)計宜遵循因地制宜、傳承傳統(tǒng)建筑文化精髓的理念，體現(xiàn)健康、自然的生活態(tài)度，以規(guī)劃、設(shè)計、環(huán)境配置的建筑手法和綠色技術(shù)的應(yīng)用來改善和創(chuàng)造舒適環(huán)保的居住環(huán)境。