現(xiàn)代綠色建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略與應(yīng)用

屈婉璐 單小妮

1.陜西榆林市規(guī)劃建筑設(shè)計院 陜西 榆林 719000；

2.榆林市自然資源調(diào)查與規(guī)劃中心 陜西 榆林 719000

引言

現(xiàn)階段，資源能源缺乏已經(jīng)成為世界各國共同面對的主要問題，生態(tài)節(jié)能也因此成為整個人類的共同使命，為了確保社會可持續(xù)發(fā)展，最重要的就是從各個方面入手，落實切實有效節(jié)能降耗措施。綠色建筑的出現(xiàn)與發(fā)展，正是建筑行業(yè)響應(yīng)國家綠色、可持續(xù)發(fā)展號召的具體表現(xiàn)，但是要想建造名副其實的綠色建筑，首先要明確了解建筑工程生態(tài)節(jié)能設(shè)計原則與設(shè)計策略，并保證建筑工程生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略在建筑工程建設(shè)中的合理應(yīng)用，以便確保建筑工程具備應(yīng)有的節(jié)能環(huán)保效果。

1 綠色建筑可持續(xù)發(fā)展設(shè)計原則

首先要遵守因地制宜原則。因地制宜原則意味著綠色建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)特定地區(qū)的氣候、氣象、環(huán)境和文化等因素進(jìn)行個性化的考慮。例如，在寒冷地區(qū)，建筑可以采用雙層或三層窗戶來隔離寒冷空氣和保持室內(nèi)溫暖。在炎熱地區(qū)，建筑可以采用遮陽結(jié)構(gòu)、通風(fēng)設(shè)計等來減少室內(nèi)熱量積聚。此外，合理利用當(dāng)?shù)氐目稍偕茉促Y源，如太陽能、風(fēng)能或水力發(fā)電，也是因地制宜的策略。

其次要遵循和諧原則。綠色建筑的和諧原則強(qiáng)調(diào)將建筑融合到周圍環(huán)境中，與自然景觀相協(xié)調(diào)。這包括使用本地材料、采用自然色彩，以及通過景觀設(shè)計將建筑與周圍的植被和水體融合在一起。同時，通過采用景觀綠化和生態(tài)修復(fù)技術(shù)，綠色建筑還可以恢復(fù)或改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)，提供更多的生物多樣性[1]。

2 現(xiàn)代綠色建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略

2.1 自然通風(fēng)

在現(xiàn)代綠色建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計中，自然通風(fēng)是一項重要的策略。通過合理利用自然氣流，可以實現(xiàn)室內(nèi)空氣的良好流通和舒適度的提高，減少對人工通風(fēng)系統(tǒng)的依賴，從而降低能源消耗和運營成本。自然通風(fēng)利用氣壓差和風(fēng)向來推動空氣流動。通過將通風(fēng)口設(shè)置在高低處，形成自然的氣流路徑，比如在屋頂設(shè)置排氣口和在底部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口。這樣可以促使熱空氣上升并排出，同時吸入新鮮空氣。對于大型建筑或復(fù)雜建筑布局，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，合理選擇建筑的朝向和布局，最大限度地利用自然風(fēng)的流通。可以考慮引入中庭或通風(fēng)廊道，以促進(jìn)自然通風(fēng)并形成空氣對流。通過合理的設(shè)計，可以引導(dǎo)風(fēng)在建筑中自由流動，并起到通風(fēng)和冷卻的效果。

2.2 自然采光

自然采光在現(xiàn)代綠色建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計中扮演著重要的角色。通過合理利用自然光線，可以最大限度地減少對人工照明系統(tǒng)的依賴，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適性，同時減少能源消耗和碳排放。在建筑設(shè)計過程中，考慮到建筑物的朝向、視野和周圍環(huán)境，合理安排窗戶和天窗的位置和大小。將主要生活區(qū)域和工作區(qū)域盡可能靠近窗戶，確保陽光能夠進(jìn)入室內(nèi)，為人們提供充足的自然光線。除此之外，選擇具有較高透光率的材料，例如玻璃或透明聚碳酸酯板（PC板），以便更多的自然光線能夠穿透到室內(nèi)。同時，這些材料還可以提供良好的保溫和隔熱效果，確保室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

2.3 可再生能源

傳統(tǒng)建筑主要依賴市電供電，但市電傳輸過程中存在高線損率問題，導(dǎo)致實際能源消耗超過了系統(tǒng)運行所需的電量。這意味著我們需要考慮減少對市電的依賴，以降低能源浪費和成本。我國當(dāng)前主要的電力來源是火力發(fā)電，這導(dǎo)致大量不可再生的化石能源被消耗。這與綠色建筑的理念相違背，因為綠色建筑強(qiáng)調(diào)減少環(huán)境影響和推廣可再生能源的使用。為了解決以上問題，應(yīng)當(dāng)積極利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉磥砣〈鷤鹘y(tǒng)的電力能源。綠色建筑項目具體的措施包括在建筑的屋頂設(shè)置光伏發(fā)電裝置，通過利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為建筑提供一部分電力需求。同時，在屋頂可以安裝真空管熱水器，利用太陽能熱水來滿足建筑的熱水需求。此外，還可以設(shè)置地?zé)峋蛽Q熱站，利用地下的低溫地?zé)崮茉催M(jìn)行建筑采暖。通過地?zé)釗Q熱系統(tǒng)，有效利用地下穩(wěn)定的溫度，減少對傳統(tǒng)電力的需求。

3 現(xiàn)代綠色建筑的生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略應(yīng)用實例

3.1 項目案例

某建筑工程項目位于南方某省會城市，占地面積437000m2，建筑總面積為180000m2，該建筑緊鄰城市中的一個森林公園以及一個城市公園，該建筑由三棟不同功能的建筑以及配套生活住房組成，目標(biāo)是將該建筑群打造為該城市以科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新為主題的新型科技社區(qū)。

3.2 現(xiàn)代綠色建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略的具體應(yīng)用

3.2.1 自然通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計。

（1）朝向調(diào)整是根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝惋L(fēng)向，通過科學(xué)計算和分析確定建筑最佳朝向角度，以提高通風(fēng)效果。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)向圖，考慮到當(dāng)?shù)丶竟?jié)性風(fēng)向的變化，調(diào)整建筑的朝向，使建筑物主要開口面朝向風(fēng)口，最大限度地利用自然通風(fēng)。

（2）建筑群布局調(diào)整是根據(jù)風(fēng)向分析，在建筑群的整體規(guī)劃設(shè)計中考慮風(fēng)的影響，并選擇合適的平面布置方式。一種常見的方式是采用錯列式高低層交錯布局。通過將高層建筑錯落布置在低層建筑之間，可以形成風(fēng)道，增加風(fēng)速，促進(jìn)空氣流動。這樣可以提高整個建筑群的通風(fēng)效果，減少局部阻擋風(fēng)的影響。

（3）單體建筑平面布局調(diào)整是通過多種方法改善室內(nèi)通風(fēng)。其中包括設(shè)置中庭和庭院，以增加室內(nèi)外空氣的交流和通風(fēng)。中庭可以成為室內(nèi)空氣流動的核心區(qū)域，通過設(shè)置開敞的樓梯、通風(fēng)窗或天井，使新鮮空氣能夠流入建筑內(nèi)部，舊空氣能夠順暢地排出。

3.2.2 自然采光優(yōu)化設(shè)計。

（1）開窗形式設(shè)計。為了提供足夠的自然光線，建筑設(shè)計中應(yīng)考慮合適的窗戶類型和位置。側(cè)窗可以采用豎向窗或水平窗的形式，根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓庹諚l件選擇最合適的類型。同時，設(shè)計中還可以考慮使用高側(cè)窗，尤其是朝南或朝北的側(cè)面，以獲得更多的日照。高側(cè)窗優(yōu)先采用南、北向，在小進(jìn)深建筑使用磨砂玻璃，大進(jìn)深建筑使用高透光玻璃：在安排高側(cè)窗時，優(yōu)先考慮朝向南北方向，以最大限度地利用自然光線。對于小進(jìn)深的建筑，可以使用磨砂玻璃來增加光的均勻性和柔和性。而對于大進(jìn)深的建筑，可以選擇高透光玻璃，以確保光線能夠深入室內(nèi)。建筑進(jìn)深過大時設(shè)置天窗，根據(jù)采光需求選擇矩形或鋸齒形天窗：當(dāng)建筑的深度較大，側(cè)窗無法滿足需要時，可以考慮設(shè)置天窗[2]。

（2）建筑物遮陽設(shè)計。在建筑設(shè)計中，應(yīng)考慮采取適當(dāng)?shù)恼陉栐O(shè)計措施，以防止太陽直射進(jìn)入室內(nèi)，造成室內(nèi)溫度過高。這可以采用遮陽板、遮陽蓬或者樹蔭等方式來實現(xiàn)。同時，遮陽設(shè)計也有助于解決室內(nèi)光照分布不均勻和眩光問題，提供更加舒適的環(huán)境。為了避免直射光線的強(qiáng)烈穿透，可以在室內(nèi)安裝導(dǎo)光板。導(dǎo)光板能夠遮擋直射光，并通過反射將光線引導(dǎo)到其他區(qū)域，從而改善室內(nèi)的照度均勻性。

（3）朝向調(diào)整設(shè)計。根據(jù)地理位置和氣候條件，優(yōu)先選擇朝向日照時間較長、陽光充足的方向開設(shè)側(cè)窗和高側(cè)窗。這樣可以使室內(nèi)獲得更多的自然采光，減少對人工照明的依賴，并提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。過多在東西向開窗可能會導(dǎo)致采光時長減少，因為太陽的軌跡在東西向上相對較短。此外，過多的東西向窗戶也可能導(dǎo)致室內(nèi)溫度過高，增加空調(diào)負(fù)荷。同時，東西向光線進(jìn)入建筑物時，可能會產(chǎn)生眩光問題，影響視覺舒適度。

（4）中庭空間設(shè)計。在傳統(tǒng)的內(nèi)廊式建筑中，由于走廊區(qū)域無法直接獲得自然采光，常常需要依賴人工照明來提供照明條件。這會增加能源消耗，并且對居住者或使用者的視覺健康造成一定的影響。為改善建筑內(nèi)部采光狀況，可以在建筑中間設(shè)置中庭空間。中庭的開放設(shè)計將允許自然光線進(jìn)入建筑內(nèi)部，有效地提供室內(nèi)自然采光。通過中庭空間，光線可以從上方進(jìn)入并傳播到周圍房間和走廊，提升整體的照明質(zhì)量。

3.2.3 低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（1）保溫隔熱墻體。保溫隔熱墻體的主要功能是阻擋室內(nèi)外熱量的傳遞，從而減小室內(nèi)空間受外界溫度影響的程度。它可以有效地減少冬季的熱量流失和夏季的熱量進(jìn)入，提供更穩(wěn)定舒適的室內(nèi)環(huán)境。通過設(shè)置保溫隔熱墻體，可以增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)的熱工性能。它可以降低墻體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減少冷熱橋效應(yīng)，并提高建筑的整體保溫性能和能源利用效率。

（2）隔熱通風(fēng)墻體。隔熱通風(fēng)墻體的設(shè)計目標(biāo)是在提供良好的隔熱性能的同時，確保室內(nèi)空氣的良好通風(fēng)和舒適度。它既要減少熱量的傳遞，又要保證空氣的流通。具體的結(jié)構(gòu)形式是采用雙層皮外墻結(jié)構(gòu)，外層采用透明的玻璃材料，內(nèi)層則使用中空玻璃。這種結(jié)構(gòu)可以有效地隔離室內(nèi)外的溫度差異，減少熱量傳遞。

（3）門窗節(jié)能。合理設(shè)計和選擇門窗材料是提高整體建筑節(jié)能性能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的門窗存在著縫隙和不完全密封的問題，因此，需要采取措施來增強(qiáng)門窗的保溫隔熱能力，減少能量損失。調(diào)整窗墻比例是一種常見的措施，可以適當(dāng)減少門窗的面積，增加墻體的保溫隔熱面積，從而減少熱量的傳遞和能耗。采用低導(dǎo)熱系數(shù)的中空玻璃、低輻射率玻璃或者夾層玻璃等，可以有效地減少熱量的傳導(dǎo)和輻射損失。

（4）屋頂節(jié)能。強(qiáng)化屋頂?shù)谋馗魺嵝阅苁翘岣呶蓓敼?jié)能效果的關(guān)鍵。可以采用架空屋面或者蓄水屋面等措施來實現(xiàn)。架空屋面通過在屋頂與保溫層之間留出一定的通風(fēng)空間，降低熱傳導(dǎo)和熱輻射，減少室內(nèi)外溫差傳導(dǎo)。蓄水屋面在防水層上設(shè)置一層深度在150～200mm或300mm以上的蓄水層，通過蓄水層的吸熱和蒸發(fā)作用來調(diào)節(jié)屋面溫度。

3.2.4 建筑綠化設(shè)計。建筑綠化設(shè)計是一種重要的設(shè)計理念，通過垂直綠化和屋頂花園等方式，可以改善空氣質(zhì)量、降溫隔熱、美化環(huán)境、提供休憩空間，并且取得環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。采用垂直綠化和屋頂花園等方式進(jìn)行建筑綠化設(shè)計。垂直綠化是指在建筑結(jié)構(gòu)上栽植攀爬植物，如爬山虎等。屋頂花園則是在建筑的屋頂部分鋪設(shè)種植土，用于栽植綠色植物。垂直綠化可以改善空氣質(zhì)量、營造微氣候，并且不占用大量的空間。通過栽植攀爬植物，可以增加建筑表面的綠色覆蓋面積，吸收二氧化碳，釋放氧氣，凈化空氣，降低空氣中有害物質(zhì)的濃度，提高周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量。屋頂花園的建設(shè)可以帶來多重益處。屋頂花園可以降低室內(nèi)溫度，起到隔熱的作用，減少室內(nèi)空調(diào)的使用頻率，降低能耗。

3.2.5 可再生能源設(shè)計。可再生能源設(shè)計是在建筑和基礎(chǔ)設(shè)施中利用太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹脑瓌t和方法。通過安裝太陽能電池板、太陽能熱水系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電機(jī)組等，將自然資源轉(zhuǎn)化為電能或熱能，滿足建筑能源需求。此外，利用地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)資源等也是可再生能源設(shè)計的重要方向。整合不同能源系統(tǒng)并優(yōu)化利用，能實現(xiàn)能源的高效利用和互補(bǔ)。可再生能源設(shè)計可以實現(xiàn)建筑能源自給自足，減少能源成本，同時符合可持續(xù)發(fā)展的要求[3]。

4 結(jié)束語

開展綠色建筑工程建設(shè)是建筑行業(yè)發(fā)展必然走向，也是有效改善傳統(tǒng)建筑工程建設(shè)模式高能耗、高污染特點的有效手段。但是目前我國綠色建筑還處在發(fā)展研究階段，仍需要不斷摸索和總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗。因此為了促進(jìn)綠色建筑發(fā)展，同時也為了提高綠色建筑建設(shè)水平，我們應(yīng)繼續(xù)加大現(xiàn)代綠色建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計策略及其應(yīng)用實踐的分析研究力度。