基于綠色理念的建筑設計

王文輝

隨著建筑設計行業的發展，一些新的理念不斷涌現。在當前節能環保形勢下，綠色建筑成為建筑行業的新焦點。綠色建筑本身具有節能、環保、低碳的獨特優勢，有助于促進建筑行業的良性發展。但是，綠色建筑理念依然在探索階段，在未來發展中還需要進一步加強對環保理念以及綠色技術手段的應用。

1 綠色理念在建筑設計中的應用價值和應用要點

1.1 應用價值

綠色理念在建筑設計中的應用價值主要體現在以下方面：第1，增進人與自然之間的和諧度。在綠色理念下，突出了資源的節約和可持續利用，緩解了資源再生、環境保護等一系列問題，實現節能減排和資源的循環利用，既帶動了經濟發展，又解決了人類社會發展過程中對自然環境的破壞性利用問題。第2，提高建筑設計的水平。新型節能環保技術和材料的運用，從根本上契合當前社會的主流需求，能夠滿足業主方和用戶群體的訴求，同時也是建筑設計工作與時俱進、不斷創新發展的直接表現，綠色理念的應用與實現，直接與建筑設計主體的專業水平呈正相關。第3，有效控制建筑設計、建設和后期運營成本。在建筑設計、建設和后期運營中，建筑所選用的材料、能源以及與相關要求相匹配的技術應用是影響成本的關鍵，綠色理念中強調的“節能減排”“可持續”等，將建筑所涉及的相關技術與材料引向了便捷化和重復利用的方向，新型材料與技術不僅更契合現代化建筑工程需要，通過專業化、標準化的操作直接加快了工程進度，同時還能有效降低一次性能源與材料耗損，為整個項目提供了成本支撐，更有益于實現建筑的經濟價值[1]。

1.2 應用要點

任何一項工程的開展與落實都應該結合工程所在地區的實際情況進行勘查與檢測，從而制定出適合所在區域發展規劃與實際需求的建設方案，因此綠色建筑的設計方案必須遵循因地制宜的基本原則。一方面，對所在地區的氣象因素進行統籌把握和實際研究，經過一定的分析，合理發揮與利用當地的光照、風力等多種自然因素，在此過程中必須嚴格貫徹落實綠色環保的生態理念。另一方面，通過深入探究當地的地質條件和地緣屬性，結合綠色環保的思維模式合理利用有限的自然資源。

相關設計人員在設計過程中應盡量降低建筑能耗，以創新的方式取代常規能源，盡可能利用可再生資源，以維持生態平衡。以太陽能利用為例，可以將太陽能電池板安裝在房屋的各部位，如房頂、墻面等，采用光電轉化的方法將光能轉化為電能，從而降低建筑物自身能耗，方便使用者的日常生活[2]。適當的濕度、充足的光照等是改善居民生活環境的關鍵。在住宅建筑設計中增加園林綠化，可以提高居住空間的美觀度和舒適度。另外，將海綿城市與循環用水的理念相融合，在地下停車場及房屋屋頂進行景觀綠化布置，不僅可預防水患，而且能起到雨水聚集作用。后期可根據需求進行二次利用，如社區衛生間沖洗、綠化澆灌等，改變日常用水模式。

2 綠色理念在建筑設計中的應用實踐

某項目位于四川省成都市錦江區白鷺灣科技生態園內，毗鄰繞城高速，西側為城市主干道錦陽大道，東側為三圣花鄉自然公園。該項目用地面積7.2 萬m2，總建筑面積為28.5 萬m2，包含2 個地塊，主要業態為辦公、商業及配套設施用房。該項目秉承低碳理念，在圍護結構、能源和設備系統、照明、智能控制等方面盡可能采用可再生能源材料，打造低能耗建筑，以綠色建筑構造城市。

2.1 雨水回收系統

屋面及地面清潔雨水回收處理后主要用于綠化灌溉、車庫及道路沖洗、洗車用水、景觀用水等。工程中的雨水收集系統建設，主要包括雨水收集與凈化再利用2 個方面，雨水量的計算參照公式：

式中：W為雨水的徑流總量，單位m3；a為項目系數，取0.6；ψ為雨量徑流系數；h為設計降雨厚度，單位mm；F為匯水面積，單位m2。

雨水收集項目設計雨水量與匯水面積如表1 所示。

表1 雨水收集項目設計雨水量與匯水面積

2.1.1 雨水收集

依據初步設計方案，園內雨水收集除降雨外，收集對象還包含部分噴灌水資源，涉及的水量較大。擬在區域雨水收集網終端放置200 m3定制超大型玻璃纖維增強塑料（Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP）罐作為存儲器，包含雨水的棄流、沉沙、過濾、排洪等功能和程序。前期收集的雨水所含雜質較多，直接排至雨水井中，至雨水充足且水質變好后將棄流口關閉，雨水經過濾網后集中于雨水收集池。收集池中的水積滿后溢出至復合井排出，并將雜物一并帶出進入雨水管網。集水用超大型GFRP 罐綜合結構如圖1 所示。

圖1 集水用超大型GFRP 罐綜合結構（來源：網絡）

2.1.2 雨水凈化再利用

設計方案合理利用紫外線消毒、雨水過濾等對收集的雨水進行多步驟凈化處理，并儲存于集水池中供后續使用。集水池中分別設計不同的液位實現水泵控制，自下而上依次為排污終止液位（20 cm）、回用泵終止與排污啟動液位（40 cm）、自來水補水啟動液位（50 cm）、回用泵啟動（70 cm）、自來水補水終止（85 cm）以及自來水超限警戒液位（100 cm）。回用泵采用變頻恒壓控制，當存儲雨水使用完畢后控制電動閥補充自來水。設計2 個回用泵，其中一個為備用，通過變頻恒壓進行控制。雨水使用的優先級高于自來水，當雨水存量不足時自動打開自來水補水開關。排污泵與回用泵聯動控制，當液位達到40 cm 時，回用泵停止，排污泵開啟，當液位達到20 cm 時排污泵停止。雨水量和水位由系統自動監測，當達到水池補水位時自動啟動補水，遇特殊情況可進行手動控制[3]。

2.2 光伏發電系統

西側主塔樓建筑屋頂及會議中心屋頂采用光伏一體化技術。光伏發電系統主要由光伏組件、蓄電池和控制器等組成，可將太陽能轉化為電能供建筑使用，是當代綠色建筑的典型技術之一。不同于大型光伏發電站，本項目設計中優先考慮系統的安全性及電能轉換與利用效率，不盲目使用高指標設備，逆變器使用無變壓器型號。蓄電池的選擇需要考慮到負荷沖擊、放電深度、環境溫度等因素，蓄電池的容量合理預留一定空間，以保證整個電網的可靠性。原則上光伏組件的輸出量應小于控制器輸入量，本項目中光伏組件輸出量相對較大，選用較大功率的控制器。考慮控制器安裝環境的限制，保護級別的選擇為室內IP54、室外IP65。考慮光伏組件本身易受破壞，設計防護措施，在組件兩面設置5 mm 的鋼化玻璃。電池板安裝的螺栓使用彈簧墊圈，避免螺栓松動，且在連接處采取防銹措施。

光伏組件所轉化的電能通過配電系統輸送，由匯流箱實現配電系統的綜合防護。除主要的熔斷器外，額外設置防反二極管對元件熱斑效應進行防護，同時設置防雷器防護雷電事故。配電系統匯流箱多重防護結構如圖2 所示。機房內設置18 個匯流箱，箱殼為不銹鋼材質，尺寸50 cm×40 cm×20 cm。基于匯流箱的特殊性，采用室外IP65 的防護等級設計，可滿足–20 ～60℃的工作條件，箱體內部線路間距不小于15 mm。

圖2 配電系統匯流箱多重防護結構（來源：網絡）

設計機房選用空間為80 m2，內部設備的間距為5 cm，場地內設置通風設備與通風孔，避免室內集熱影響設備性能。在機房一側設置電纜橋架，設置6 個蓄電池支架，支架間距為1.0 ～1.5 m，以便后期維護通行。電纜選擇以低能耗、高效率為標準，使用最新光伏發電專用電纜，此電纜具有較強的抗折性和抗高溫老化特性。電纜經特定線孔穿出，由橋架實現控制，連接光伏組件與機房內設備，設計主要電纜70 根，單根直徑10 mm。

本工程光伏發電系統控制方式為并網控制，用電狀態的轉化依靠逆變器和直流電/直流電（Direct Current/Direct Current，DC/DC）變換器實現。母線與第二變換器連接，且變換器在升壓狀態下處于主線路，在非升壓狀態下處于支線路。由于光伏組件光電轉化率較高，電網負擔相對較大，并網方式需要進行性能增強，可采用分布式發電并網方式以滿足電壓特點。在兼容性方面，對相關設備進行調試，并于安裝過程中進一步調試逆變器及相應組件性能，確定電網滿足發電系統的運行需求。

2.3 活動外遮陽

路演大廳的幕墻外采用可調節外遮陽，保障夏季太陽得熱系數小于0.15，冬季太陽得熱系數大于0.4。將建筑活動外遮陽系統區分為南北與東西向，不同朝向的外遮陽設計思路因日照情況不同而采取差異化處理。

以夏季為主要分析季節，根據日照情況計算遮陽的臨界角度下的間距與深度，以此為設計角度上限。根據冬季日照情況計算出遮陽臨界角度的最小值，以此為遮陽設計角度下限。但是考慮冬季可能無須遮陽而需要采取被動采暖，因此下限數值可以不用過于精準要求。

依據自然規律，每年太陽活動軌跡在冬至與夏至日之間循環，而且具體的太陽直射角度、移動規律等因地區不同而存在差異，因此首先調查并收集地區氣候資料，分析太陽活動周期內的高度角變化，從而獲取最佳臨界角度值的計算結果，以此作為外遮陽設計的參考依據。根據設計要求，在夏季時外遮陽須滿足對太陽直射輻射的完全遮擋，同時需要滿足漫射輻射的部分遮擋。但是由于遮陽百葉增大會導致光傳播系數減小，間距與深度比值增大會導致光傳播系數增大，需要根據《建筑節能手冊》計算采光系數。以夏至日為例，取遮陽時間段為07:00—18:00，查取太陽方位角為103°22′，則遮陽角度為13°22′。在偏角度的限制下求取百葉偏轉角度限值，確保百葉在調整情況下始終擁有最佳遮陽效果和視線曝光角[4]。

2.4 高效照明系統

設計選用節能型發光二極管（Light Emitting Diode，LED） 燈 具進行智能控制，全面降低照明能耗，既要滿足照明需求又要滿足低耗能要求。設計采用新型LED 燈具、數字無線互聯模塊、K 波段雷達探測器與可調型光驅電源等結合為一體。K 波段雷達探測器的信號經過調理電路和無線組網節點模塊微控制單元（Micro Controller Unit，MCU）采樣后，通過模式識別算法智能分析判斷本網段內LED 燈具應進入何種工作狀態，并將相應的控制命令發送給LED 燈具內置的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。燈具內CPU 通過控制燈具的電源驅動執行無線組網節點模塊的控制命令，實現燈具0%～100%的調光輸出，并反饋燈具狀態給無線組網節點模塊[5]。無線組網節點模塊記錄該次信息，并通過現場總線將信息上傳至網關。無線組網節點模塊同時將判斷的情況通過無線網絡接力給下一個路徑的無線節點模塊，以便下一個模塊提前進入預備狀態。無線組網模塊查詢網關是否下達新的節能控制策略，若有則下載新的策略并執行。無線通信協議采用曼徹斯特編解碼和循環冗余校核（Cyclic Redundancy Check，CRC），系統通信采用跳頻機制，增強了系統的抗干擾能力，提高了系統的可靠性和實用性。

3 結語

將綠色建筑理念引入建筑設計中，可以有效減少能源和資源的消耗，滿足城市的發展需要，重視生態環境的保護，為人類的生活和發展做出貢獻。在建筑設計中，工作人員需要重視對綠色建筑理念的學習及應用探討，以便有效改善建筑能耗與污染問題，實現建筑行業的可持續發展。