绿色建筑设计理念在住宅建筑设计中的应用研究

万仕蕾，刘建文

（湖南工业大学城市与环境学院，湖南 株洲412007）

“十二五”以来，我国的建筑节能和绿色建筑事业取得了巨大的成就，建筑节能的规范不断完善，实现了跨越式发展。《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中提出建筑节能和绿色建筑发展的具体目标是：到2020年，城镇新建建筑的能效水平比2015年提高20%，居住建筑中的节能建筑占全国居住建筑的比例超过60%。“十四五”规划和国家2035年远景目标建议中强调：加快推进绿色低碳的发展，大力发展绿色建筑。与此同时，《2020年中国建筑能耗研究报告》显示，2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿tce，占全国能源消费总量的46.5%，全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿tCO2，占全国碳排放的51.3%。由此可见国家对节能低碳和绿色建筑的注重程度，因此，借着政策的“东风”，顺应时代趋势，加快推进生态文明建设，大力发展绿色建筑是十分必要的。

1 绿色建筑设计理念概述

绿色建筑以创造一个健康、稳定、宜居、环保的生活环境与空间作为设计目标。在住宅建筑的整个生命周期中，涵盖了建筑原料的生产和运输、建筑的规划设计、开展施工、剩余或废弃原料的回收与处理、使用住房建筑过程中的维修措施、建筑物竣工后的拆卸全过程，高效利用土地资源、水资源、相关能源和建筑原料，以尽量降低施工中能源的消耗和尽可能减少构筑物对周边生态环境的影响。绿色建筑的设计理念是对现代建筑与生态环境之间关系合理性与科学性的综合运用。其目的是将住宅建筑连同其周边的配套环境协调构建成一个独立的小生态系统。绿色建筑设计概念是指具象构筑物与抽象环境之间彼此协调、彼此融合的建筑设计。这也是当代建筑设计中所探求的一种可持续性的目标[1]。

2 绿色建筑设计理念的应用原则

2.1 坚持节能低耗原则

在绿色建筑理念下，住宅设计应以创造可持续的生态环境为设计原则，以提高人们的生活质量和健康高效的生活需求为主要设计目标。在设计中，要不断提高资源的利用效率，力求促成资源的循环利用，最大限度地实现可再生能源与可降解能源的利用，但同时不能牺牲居民的宜居性和降低建筑节能效率[2]。在生态宜居住宅的设计中，不是简单地强调环境或建筑肌理的绿色种植，而是要切实考虑环境、经济与社会长久发展的需要，既要衡量其成本，又要注重持续的后期效益。

2.2 坚持健康舒适性原则

在绿色建筑的居住设计中，为了创造一个生态宜居的居住环境，促进人们生活质量的不断提高，需要为人们提供舒适的居住空间和户外休闲的社区环境，使人们感到舒适和放松。适宜的湿润度、充足的采光等条件对提高居住的舒适度非常重要。在住宅建筑设计中，添加景观绿化的设计能够增添居住环境的美感，增强居住者的舒适感[3]。同时，结合海绵城市和中水系统的理念，对地下室车库屋顶和住宅屋顶进行绿化景观设计，既能避免洪水灾害，又能有效收集雨水。雨水集中利用后，按需要进行二次利用，如社区厕所的冲刷与清理、社区绿植的灌溉，甚至可以过滤净化，达到安全饮用标准。实现城市居民区的水资源多次利用以达到良性的水文循环，提高有效的利用效率，能够珍惜并保护水资源，改善温度和调节热环境，缓和热岛效应，提高居民的生活品质，使得居住生态环境更加优美宜人。

2.3 经济原则

现代绿色建筑的宗旨是在施工全过程的各个环节，达到低消耗、低污染的目的，需减少和充分利用非可再生资源。在当代绿色建筑节能的设计中，应当以实现现代绿色建筑目的为根本，对建筑的施工成本进行严格把控，避免造成资金的浪费。利用现有的有限资源创造最大的经济效益，在施工质量得以保证的条件下，降低投入，更好地提升建筑的经济价值。

3 绿色建筑理念应用的必要性

3.1 有利于人与生态可持续发展

在当前的发展中，人们逐渐重视绿色环保理念的应用。习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的概念促使可持续发展的健康绿色建筑设计成为当代的发展趋势，并且验证了其适应我国可持续发展战略与政策的内在要求，在一定程度上也可以缓和如今面临的生态危机，推动我国建筑设计向绿色环保的方向深入，最终促进人、社会、生态之间的协调发展。

3.2 有利于节约资源，降低能耗

在我国，人口与资源的矛盾突出，从有限的自然资源与飞速增长的人口数量发展趋势看，人口与资源的矛盾将继续激化。在绿色建筑的设计中，自然资源的推广利用同时保护了我国稀少的能源。特别是绿色建筑采用环保建材，既能达到经济效益和社会效益的统一，又能合理充分利用其周边资源，包括水资源、风能和太阳能的利用，使各种资源得到优化利用，同时还能提高用户的生活质量[4]。由此可见，绿色设计理念在建筑设计中具有重大的意义，其应用十分必要。

绿色建筑设计贯通建设项目选址、具体规划、建筑材料选择使用的整个设计过程，其中怎么减少建筑的能耗又是设计的重中之重。如在建筑设计中，设计师会依据施工现场的实际情况，考虑建筑选址、体积和形状等。还将考虑如何降低建筑在建筑原料使用上的消耗，从而为人们创造更多的环保与节能的使用空间。

4 应用策略与建议

4.1 树立完善的建筑设计理念

绿色建筑的设计理念在住宅设计中的应用应该以资源的整合与利用为重点，全面落实生态安全的设计理念，把减少环境污染作为前提，达到满足人们日常生活的基本需求的目的。由此可见，传统民居建筑设计已经与居民实际的需求不相匹配。我们要及时地转换其设计理念，构建相对完善的设计理念。在具体的实践中，应积极运用绿色建筑的设计理念，合理高效地使用现有资源，尽可能地减少能源消耗，营造宜居舒适环境[5]。对绿色建筑的设计理念进行完善与应用，全方面提高住宅建筑的设计水平，引导其向绿色方向深入发展。

4.2 优化科学的建筑布局设计

建筑的布局设计是建筑设计中的关键环节。建筑的布局要考虑很多因素。首先，在建筑布局中首先应考虑通风和采光。为了保证舒适性和节能环保，应优先选择自然通风和自然采光，合理高效利用自然资源以提高建筑设计环境保护的水平[6]。采用自然采光，可以提高其室内效果，确保绿色建筑的低能耗。其次，建筑的布局设计需要考虑降低建筑自身的热量负荷，减少使用隔热材料。最后，合理规划建筑周围的面积，利用周围的绿化植物和其他建筑来降低建筑的热负荷。同时，应合理设置建筑物之间的间隔，以避免影响相互之间的采光与照明。

4.3 推广使用环保的建筑材料

建筑材料是完成建筑工程的根本，合理择选建筑原料是降低建筑能耗、实现环境保护效果，体现其生态价值的重要途径。要时刻坚持环保的理念，在材料选择的时候，要对其进行严格的把控。绿色建筑材料是实施绿色理念的物质基础[7]。在住宅建筑的设计过程中，设计理念要涵盖绿色建筑理念和建筑标准，提高建筑原料的使用率，减少浪费不必要的资源，以保证住宅建筑的质量。例如，硅酸铝保温材料具备防水、防火性能高的优点，其能吸收多余热量可以一定程度上减少传统的防火、防水材料的使用，从而达到绿色建筑的设计目的。

4.4 应用智能建筑技术

伴随着科技快速的发展，智能建筑技术的使用已经成为人类生活的主导。现代建筑技术、现代计算机技术、现代通信技术和现代控制技术构成了当前智能建筑技术。当代绿色建筑的设计中，人们越来越倾向使用智能建筑技术，在高层住宅中经常得到运用，以方便营造人性化、高效的建筑环境。因此，我们有必要加强智能建筑技术的应用。在绿色建筑的设计中，应综合考虑智能建筑系统的特点和功能，确保建筑更加健康舒适、便利环保，减少资源消耗。根据住户的需求，综合最优化建筑结构、系统、服务和管理之间的组合。

4.5 新型节能技术

新型节能技术在绿色住宅建筑的应用前景十分广阔，其从技术层面看，比以往的建筑技术更为先进，最直接的效果是减少了房地产开发对环境的负面影响，并通过新型节能技术应用，减少资源浪费，充分利用现有资源，实现住宅建筑的可持续发展。

1）太阳能建筑一体化

太阳能建筑一体化是一种新型的无燃料、无污染的绿色建筑，是太阳能利用设施和建筑的有机结合的模式。采用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或保温层，这样既缩小了对建筑外形的影响范围，又可以避免重复投资，降低建造成本，可实现我国建筑业的永续发展。如福建省的首个阳光保障房工程——宁德·金涵小区一期建设中采用了集中集热-分户储热太阳能热水系统工程。927户采用288台LPC1500集热器，集热面积达1 800 m2。15年内工程总节能（标准煤）4 995 t，减排12 487 tCO2。

2）分质供水

以自来水为原水，将原水中的生活用水与直饮水分离，另外设与住户直接衔接的管网系统，实现生活用水与饮用水的分质、分流，可以达到直接饮用的目的，满足高质量高使用、低质量低使用的要求（见图1）。循环利用工业和生活用水，可以有效降低污水处理成本。由于分质供水的饮用水不经煮沸可以直接饮用，大大节约了天然气、电力、煤炭等能源，分质供水高效利用从而有效地保护了珍贵的水资源。

图1 分质供水工程示意图（图片来源：网络）

3）浅层地热能利用

主要是通过热泵技术的热交换形式，将地层中的低位热源转化为可利用的高位热源，既能供热，又能供冷[8]。因地制宜推广各种各样的热泵系统，满足采暖、供冷和生活热水的需求。提高浅层地热能的设计及运行水平，全面衡量浅层地热能应用的资源条件，顾及其冬夏平衡，合理匹配相应机组。提倡能源站通过能源托管或者合同能源管理的形式进行管理和运营，提高运营的效率，以达到高效利用能源的目的。其主要应用集中在我国的华北地区和东北南部地区，如遵化市龙华名苑小区的水源热泵项目经过运行连续7个采暖期，每个采暖期实际供热耗电量为23 kW·h/m2，节能效益显著。

4）装配式建筑推广

装配式建筑是预制构件部件直接在施工现场组装的建筑，如图2所示。在装配式建筑中推广使用可再生能源和绿色建筑产品，这并没有改变建筑自身，而是改变了建筑模式。建筑和装饰一体化设计与施工可以有效缩短工期，节约资源和能源，减少施工污染，提高建筑质量安全水平。如万科的金域缇香工程，施工中引进万科工业住宅的技术，包括预制的楼梯、隔板墙、叠合楼板等。在提高建筑结构精度的同时解决了渗漏、开裂等质量问题。

图2 装配式建筑示意图[9]

5）Building Information Modeling（BIM）技术运用

BIM为绿色建筑的发展提供深入的剖析和有效的管理，致力于建筑生命周期各个阶段的一体化管理，如图3所示。BIM技术可以为此提供了一个完整的解决方案，能够全方位把握各种材料和设施的完整信息，并同时进行实时合作和进一步优化，从而达到节能减排的目的。如常州的九洲花园城项目利用BIM技术虚拟施工指导并实时更新，实现了其精细化管理。

图3 BIM技术示意图（图片来源：网络）

6）被动式节能建筑

被动式节能技术是指通过建筑自身的原料、布局、规划等与气候相适应，辅以间歇运行的空调设备，实现节能舒适的技术。不同于主动节能技术把室内空间与自然环境隔离开来，采用充分利用现有条件的方法，使建筑最大限度地顺应环境。可以最大限度地减少建筑对采暖、空调和照明的需求，充分利用可再生能源，以最小的能耗提供舒适的室内环境。

5 实例分析

5.1 严寒地区——装配式EPS模块被动房

图4 位于哈尔滨市的一所被动式住房，其地处严寒气候区，冬季室外温度极低，加之采暖期近6个月，常规建筑的采暖能耗高，同时建造被动房难度大，所以其结合被动式建筑技术体系与EPS模块混凝土结构，提高建筑围护结构整体保温性能和气密性，从而大大降低冬季建筑的采暖负荷，降低能耗。

图4 装配式EPS模块被动房（图片来源：网络）

5.2 寒冷地区——铁血山庄

图5 是一所位于北京郊区的被动住宅。它背靠山坡，导致寒冬季节的冷空气会冲刷北外墙，因此，需要因地制宜利用现有的场地空间。依据太阳方位和角度，确定建筑的整体布局，严密计算窗户的位置及其大小。外墙采用150 mm保温板，中庭内设大型玻璃房，玻璃箱结构的太阳能房可在冬季提供连续热源，同时解决了中心区域的采光问题。在完成第一个采暖季的数据采集后，实验证明，冬天无采暖设备室内温度可达到均温11℃。同时，夏季通过空气流动的原理，把地下室里凉爽的空气引入室内并从屋面排出室外，造成室内外的空气循环，从而降低室内温度。被动式住宅将居住需求放在首位，保证了其居住的舒适度与建筑的节能可持续化。

图5 铁血山庄（图片来源：网络）

5.3 夏热冬冷地区——铁篱山庄住宅

高温高湿是这个气候区最大的问题，建筑如何降低室内的湿度是关键。图6是位于湖南株洲的装配式钢木结构的被动房，采用工业化、室内外一体化设计的被动式建筑，以及超低能耗的建筑技术实现低碳节能。建筑顶层覆盖着沥青瓦，保温层连续包裹整个建筑的外观，起到保温隔热的效果；为了保证完整的气密层，安装了窗框覆保温层的被动式门窗，并运用特殊的配件和材料，从而防止室内的能量损失；高效的热回收新风系统源源不断地提供氧气，保证了室内的恒温恒湿。

图6 铁篱山庄住宅（图片来源：网络）

5.4 夏热冬暖地区——北山被动式住宅

福建南安的北山被动式住宅（见图7）是我国夏热冬暖地区的第一个被动式的低能耗房屋项目。这个气候区的建筑以冬季采暖，夏季制冷和除湿为主要目标。其被动式节能技术措施主要有建筑围护结构保温（外墙、屋面采用100 mm厚B1保温材料，被动式专用门窗）和具有除湿功能的空气源热泵空调通风系统。同时采用户式太阳能热水系统，楼顶上统一布置集热板和水箱，然后再分配到每户。不仅改善了建筑能耗，还提升了整体居住的舒适度[10]。

图7 北山被动式住宅（图片来源：网络）

5.5 温和地区

我国温和地区主要包括云南省和贵州、四川、西藏等地区，这些地区经济相对落后，在建筑节能技术的推广和应用方面投入资金较少。温和地区的居住建筑特点不同于其他的气候区，对其居住建筑能耗的研究较少，要在充分调研论证的基础上，确定适宜的建筑节能技术路线，且建筑节能工作开展的较晚，技术体系还处于发展阶段，针对低能耗建筑的研究则尚未起步。

6 结语

综上所述，在住宅建筑设计中，强调绿色建筑设计的理念，一方面可以做到节约能源，降低能耗，营造舒适健康的宜居想环境，另一方面可以增进人与自然的共生发展。在重视其必要性的前提下，通过对设计理念的完善，建筑布局的设计，风能、太阳能、节能环保材料的利用，智能建筑技术和新型节能技术的应用，促使其与绿色建筑设计理念之间的相互融合发展，降低了住宅建筑设计与使用中的能源消耗量，推动可持续发展理念的进一步落实，促进经济进一步发展，实现生态环境的切实保护。绿色建筑分为一星级、二星级和三星级，星级越高其需要满足的要求也就越多，在具体设计时，需充分利用可再生能源，不同地区的绿色建筑设计应遵循因地制宜，针对不同气候区的住宅建筑所要应对的主要问题，结合本地现有自然条件，采取适宜的节能技术与措施。通过规划、设计、环境配置等手段创建宜居环境，使建筑有效地成为环境的过滤器和调节器，创造健康舒适、便利宜人的居住环境。