绿色环保低碳节能技术在建筑设计中的应用分析

曾 琼 广州华立学院讲师

陈 静 广州华立学院副教授

徐剑琼 广州华立学院讲师

林锦眉 广州华立学院助理研究员

绿色低碳经济强调对能源结构进行优化，在不断创新低碳能源的基础上，通过转化人们观念的方式，使新能源得到充分利用。飞速发展的科技，为绿色低碳经济的践行提供了有力支持，要想实现持续发展目标，当务之急便是对节能技术进行快速且大力的推广，保证以建筑为代表的各个行业，均能够主动应用节能技术，通过将节能技术与建筑设计充分融合的方式，使建筑达到绿色低碳标准。

1 绿色节能施工的意义

近年来，世界各国均将打造绿色建筑的工作提上日程，在此基础上，对新技术进行了大力开发。只有科学使用新技术，才能实现可持续发展。具体来说，就是以相关技术为依托，通过组合应用的方式，有效控制应用成本，并根据实际情况使用技术，达到节能减排的最终目的[1]。

绿色节能施工主要指的是对建筑进行设计与施工时，充分利用现有建筑材料，通过对材料消耗加以控制的方式，使自然资源价值得到应有发挥，由此达到环保低碳的设计目的。相关技术的特点主要体现，一是能够有效控制资源被消耗的程度，二是在建筑投入使用后，可借助外界条件减少资源消耗[2]。

2 生态建筑特征与技术体系

2.1 建筑特征

生态建筑是指以生态学原理为核心，以持续发展、生态平衡为指导原则，在保证综合系统达到效率最优要求的前提下，对建筑内外物质因素进行设计并施工，确保能源及物质均可在建筑内部形成良性循环的建筑。对生态建筑进行大力建设，既能够使资源得到充分利用，使住户拥有舒适且健康的居住环境，又有利于生态环境的持续发展。结合实践所积累经验可知，此类建筑的特征主要体现在以下方面：一是可有效节约资源及能源；二是可为周围环境提供保护；三是具备持续发展的条件。

2.2 核心技术

要想在保护生态环境、节约资源和能源的前提下，推动建筑朝着持续发展的方向前进，关键是要加大现有绿色环保技术的研究力度，根据建筑情况对相关技术进行集成应用。现阶段，实证有效的绿色环保技术，主要包括模拟自然通风和采光的技术、地源热泵技术、太阳能技术等，在确定设计方案时，设计人员应酌情运用以上技术，以此来保证生态建筑优势可得到充分发挥。

3 绿色节能设计要点探究

3.1 节约资源

随着经济的发展，建筑行业的设计理念得到更新，绿色生态建设逐渐引起了相关人员的重视[3]。在选择建筑施工材料时，设计人员应考虑资源处置及科学使用，尽量避免资源被浪费，使资源得到重复利用。

3.2 打造舒适环境

以低碳节能和绿色环保为原则，对建筑进行设计与施工，既能够促进生态环境变好，也能够促进个人健康[4]。因此在制定设计方案时，有关人员应重视打造舒适环境的要求，保证建筑内部所使用施工和装修材料均为无毒、无害材料，空气清新，相对湿度和温度适宜。

3.3 节约能源

充分利用太阳能，配合使用空调、采暖和节能围护结构，减少建筑内部空调、采暖的数量。根据建筑布局、当地气候特点，对自然风加以利用。

3.4 尽量贴近自然

选择绿色环保技术时，设计人员应充分考虑当地气候特点，这是因为绿色建筑的特点主要是能够完全融入周围环境，以动静互补、和谐一致为指导原则，通过设计环保且可行的施工方式，为生态环境提供全方位保护。在雨季较长的南方地区，设计供水系统时，可充分利用雨水资源，而在冬季温度偏低的北方地区，设计人员需要将设计重心放在门窗及墙体设计上，以此达到保温防寒的目的。

4 建筑设计中节能技术的应用

绿色设计理念的提出，标志着建筑设计走向低碳节能和环保，距离实现持续发展目标更进一步[5]。

4.1 屋面节能

屋面节能强调以优化屋面层所具有热工性能的方式，阻止热量传递。相关措施可分为坡屋面、保温屋面、绿化屋面和架空屋面等四类。现代建筑所采用的屋面形式，多为植草屋面、非上人屋面，其中，植草屋面位于地下室的顶板处。

对建筑屋面进行节能设计，关键是要做到大面积应用节能保温材料，挤塑板、聚苯板等传统保温材料，均存在成本昂贵，施工难度较大，有毒且易燃，极易开裂导致使用寿命缩短等问题。若沿用传统材料，不仅无法达到绿色节能的要求，还会增加火灾等事故发生的可能，进而对人们的安全产生威胁。

在此背景下，有关人员对新型保温材料进行了研发，以GJ-XQ为代表的新型保温材料，既能够满足国家对建筑能耗要求，又弥补了传统材料的不足。优点主要体现在以下方面：一是防火性能优异，具有良好的安全性及可靠性；二是无毒且不会给环境造成污染；三是整体强度理想，不存在生霉、起鼓、脱落或是开裂的问题；四是施工难度小、成本低且使用寿命长。

4.2 门窗节能

对门窗进行节能设计的切入点，主要是减少太阳辐射，控制热量传递及渗透。在太阳辐射较强的地区，辐射热传递途径以窗户为主，设计人员可选择对建筑进行内遮阳处理，使太阳辐射被控制在合理范围内。关于控制热量传递，建筑的窗户主要分为窗框、扇形材和镶嵌材料三部分，设计人员可酌情选用实证有效的节能材料。例如，以隔热铝、塑钢为主要材质的节能窗框，节能效果理想的热反射玻璃与中空玻璃，传热量往往能够随着窗户所具有传热性的增大而减少。减少渗透量的方法，主要是利用密封性能良好的材料对窗户进行密封，使气密性达到理想水平，随着室外与室内气流大量交换的问题被解决，设备负荷显著减少。

4.3 墙体节能

建筑外墙保温始终是行业关注重点[6]。在确定施工技术时，设计人员应考虑当地气候和地理环境，真正以外界环境为依据，利用相关资源。例如，在冬季温度偏低的北方，通常要在墙体表面覆盖多层防寒材料，才能起到节能的效果。

墙体节能和屋面节能的原理相同，墙体设计与施工所用节能技术，主要分为单一节能、复合节能。单一节能指的是通过优化墙体结构主体材料所具有热工性能的方式，达到节能的目的。复合节能指的是以墙体结构为基础，通过覆盖多层保温材料的方式，使其热工性能得到改善。在建筑设计环节，有关人员往往会选择以国家所提出的节能要求为依据，结合实际情况，大面积铺设复合保温砖或其他新型材料，使墙体实现自保温。

4.4 地源供热

我国现有建筑中，约有95%的建筑未达到节能标准，在正在施工或计划投入使用的建筑中，高能耗建筑的占比为90%，建筑能耗约为各行业总能耗的35%，其中，能源消耗量较大的环节为暖通。

在传统设计中，建筑制冷、供暖和热水需求，主要依靠燃烧气、矿煤和油来得到满足，由此而带来的问题体是要消耗大量能源和导致环境污染程度加重。

地球浅层所蕴含的地能往往为可再生能源，作为现有技术中，优势突出且应用前景广阔的技术，经由地源热泵对浅层地能进行转化，可使各国所排放CO2的总量减少约6%。由我国所研发的超导热泵，其节能效果较常规热泵技术更加优异，该技术强调利用超导材料替代水源传导材料，通过升级真空金属管及其内部传导材料的方式，使导热性得到显著提高，不仅传递能量的速度更快，传输距离也有所延长。

4.5 通风与采光

4.5.1 通风

充分利用自然风对建筑进行设计，同样是生态设计、可持续设计的表现。自然通风的好处，主要是能够在建筑内部营造自然且清新的环境，通过取代一部分机械通风的方式，将机械通风所消耗的能源量维持在较低水平。

4.5.2 采光

对人工环境质量进行评价的又一指标为采光，建筑内部常见的采光形式有自然采光、人工照明，要想有效降低采光能耗，关键是要保证自然采光、人工照明处于相对平衡的状态。简单来说，就是尽量利用自然光替代人工照明。例如，在地下室、顶层区域，对光导照明系统进行设置，便可有效节省常规照明所产生的电力消耗。

4.6 太阳能的应用

4.6.1 太阳能光伏

太阳能光伏又被称作光生伏特（如图1所示），其原理是以光伏半导体所具有光生伏打效应为依托，确保太阳能可被尽数转变成直流电能。将该项技术用于建筑设计，对提高建筑环保性能具有重大意义。以某小区为例，设计人员在建筑屋顶对光伏系统进行了设置，光伏组件为230 W 的晶体硅，结合当地情况将电池组件倾角设为20，通过串联3 块电池的方式，获得电池方阵，该电池方阵与汇流箱连接，汇流箱与接线柜连接，接线柜与配电系统连接。

图1 太阳能光伏

4.6.2 太阳能热水

我国大部分地区均满足安装太阳能热水系统的条件，其特点是由系统负责24 h 提供热水，通过对自来水压力加以利用的方式，使系统得到自动补水。集热器得以自动循环所依托要素为内外温差，住户可通过安装加热系统、壁挂炉的方式，为系统加热提供辅助。

4.7 外部遮阳

近几年，越来越多的建筑选择设置卷帘外遮阳系统，特点是颜色及面料丰富、整体结构较小，通常分为抗风压低梁、遮阳面料、驱动及导向四部分。合理应用遮阳卷帘，不仅能够起到遮光、遮阳的效果，还可以使建筑外立面更具观赏价值，在实际应用中，以下内容需要引起重视：一是根据当地光照时长和紫外线强度选择卷帘面料，并保证所选择面料便于维护及清洗；二是优先选用暗藏拉杆、弹簧装置的高强度垂直轨道，增强遮阳卷帘所具有的抗风能力，确保其使用寿命可得到显著延长。

4.8 其他节能技术

为实现低碳目标，对建筑进行设计时，设计人员可选择在走廊、电梯内部安装节能灯具，在楼梯间安装由声光进行控制的灯具，同时用风光互补路灯取代传统路灯。在选择供水管材时，应重点关注管材内壁是否光滑，以免管道沿程损失水头超出预期，同时改用倒流防止器和低阻力阀门。在确保管道水力和水头损失得到控制的前提下，通过调整水泵供水压力的方式，使供水能耗得到显著降低。

5 结语

综上所述，要想节约建筑所消耗的能源，为生态环境提供保护，关键是要深入研究现有生态技术，保证相关技术可在建筑设计环节得到集成。事实证明，在气候问题、能源危机和环境污染形势越来越严峻的背景下，利用现有技术对建筑进行设计与施工，使建筑满足低碳绿色的要求，一方面可使低碳生活方式得到大力推广，另一方面可通过对能源紧缺情况加以环保节约的方式，为持续发展助力。