建筑设计中开展绿色住宅建筑的探索

李启通

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

中国建筑节能协会发布的《2021中国建筑能耗与碳排放研究报告》显示，2019年，全国建筑全过程能耗总量占全国能源消费总量的比重为45.8%；碳排放总量占全国碳排放的比重为50.6%。而在我国建筑总耗能当中，占比较大的建筑类型就是传统的住宅建筑，因此，为助力碳达峰、碳中和目标实现，大力发展绿色住宅建筑成为如今住宅建筑未来发展的必然方向[1]。

1 绿色住宅建筑设计原则

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

1.1 节能高效原则

绿色建筑旨在减少建筑全生命周期的能耗，包括建材生产、建材运输、建筑施工、建筑运营、建筑维修、建筑拆解、废弃物处理；在绿色住宅建筑的设计过程中，为了减少对常规能源的消耗，达到节能减排目的，应根据当地气候和自然资源条件，使用可循环、节能的材料，利用可再生能源结合设计手段做到最大限度的节能、节地、节水、节材。并且采用低耗、高效、经济、环保、集成与优化的绿色建筑技术提高资源和能源的利用率，以及使用先进的管理调控系统来监督建筑的全周期内的节能减排效率[2]。

1.2 环境友好原则

绿色住宅建筑在设计建造的过程中应尽量适应当地的自然条件，尊重场地的地形地貌。营造住区景观环境时，可以有效利用屋面空间及建筑外场地空间，提高住区绿化率，增加绿化面积，不仅能增加绿化的碳汇量，还可以创造舒适优美的居住环境，使建筑接近自然、回归自然，减少对环境造成的影响；同时因地制宜的使用可再生能源，减少环境污染，让建筑与自然和谐共生[3]。

1.3 健康舒适原则

绿色住宅建筑需要平衡提高居住舒适度时的资源消耗与降低建筑能耗之间的冲突，在绿色住宅建筑中强调舒适原则并不是以牺牲建筑的舒适度为前提的，而是以满足人类居住环境舒适要求为首要条件，通过依托巧妙适宜的建筑设计手段和绿色化、生态化及符合可持续发展要求的建筑综合系统集成技术，满足人们对居住环境健康舒适的要求[4]。

2 绿色住宅建筑设计措施的应用

2.1 绿色住宅建筑的住区整体设计

绿色住宅建筑的规划布局是直接影响能源消耗高低的重要因素之一；建筑整体的规划布局，必须充分考虑地形地貌、气候、文化等因素的影响，因地制宜地进行区域总平面布置、朝向设置、景观营造。在布置区域总平面时，应尽可能利用原有地形地貌，减少场地平整的工程量，减少对原有生态环境和景观的破坏；同时需要合理的规划建筑的位置，控制建筑的朝向、间距、体量等，以获得充足的自然采光和通风，其中规划建筑朝向时，可以先根据日照和太阳入射角确定建筑朝向范围后，再根据夏季主导风向，从考虑建筑群整体通风效果的角度确定具体朝向；对于景观的营造，应结合原始地形和当地的景观风貌，种植适宜的植被类型，增加绿化面积，提高绿化覆盖率，增强绿化碳汇，减少整体的综合碳排放量，同时还可以降低地面的反射热，缓解热岛效应，提高人居环境品质。图1为住宅小区规划。

2.2 绿色住宅建筑的单体设计

2.2.1 控制体型系数

图1 住宅小区规划

建筑物体形系数是指建筑物与室外接触的外表面积与其所围成的体积的比值，它与建筑的热工性能密不可分。在建筑运行中，耗热量会随着建筑物体形系数的增大而直线上升，体形系数越小，单位建筑面积对应的外表面积越小，外围护结构的传热损失越小。但是，体形系数不只是影响外围护结构的传热损失，它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关[2]。如果体型系数比较大的话，能源的消耗就会越多，节能效益起不到太大的作用；体形系数过小，将制约建筑师的创造性，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。所以在设计阶段需要合理的控制建筑的体型系数，通过调整建筑外墙面积，控制层高、体型的凹凸变化、平面布局形式来平衡节能效益与居住环境舒适性之间的关系。图2为住宅形体设计。

图2 住宅形体设计

2.2.2 自然通风、采光应用设计

建筑外部形体、内部的功能布局，门窗设计等应兼顾通风、采光、美观、舒适等多方面的要求。建筑自然通风是通过利用空气流动的风压和热压特性对室内进行换气；门窗是室内通风换气的主要出入口，一般利用对流或单侧通风方式实现自然通风；其中，单侧通风主要利用空气的浮力、紊流作用，为提高通风效果可在同一墙面设置高、低窗。对流通风效果比单侧通风更好，不同墙面开窗会引起空气对流，但为了增强气流循环效果，进出风口不应在一条直线上；因此，通过合理的设置窗的形状、方位、高度、开启大小，就可以有效的控制自然通风的效果。建筑外部形体结构应根据自然光强弱、照射角度进行设计，尽量避免大进深，否则房间内部光线就会不足。自然采光应充分考虑建筑内部的功能，根据自然光照射时间长短、面积大小不同，对应调节内部结构，将人员使用频繁的主要功能房间设置在受光面，使用频率较少的功能房间设置在背光面。绿色住宅建筑通过对自然通风采光的应用，可以有效的减少对电气设备的依赖，降低能耗。

2.3 住宅的围护结构节能设计

2.3.1 外墙保温设计

外墙是建筑的主要散热构件，在整个建筑外表面积中的占比较大；因此，外墙采取保温隔热措施是减少建筑热能耗和提升住宅建筑热舒适性最有效的设计途径之一。在建筑外墙保温的发展中，形成了三种外墙保温结构，分别是外保温、内保温和复合墙体保温。通过采用具备隔热性能的材料，如聚苯板、岩棉、保温砂浆、发泡混凝土等材料，降低建筑外墙的温度传导能力，从而实现建筑内部环境和外部环境之间热传递的有效隔离；在绿色住宅建筑设计的过程中，应综合考虑外墙保温的施工技术、保温能力、墙面效果等因素，选择适宜的外墙保温方案。

2.3.2 外窗保温节能设计

外窗是实现自然采光的建筑外围护构件，而自然采光是伴随着得热的，在夏季，得热会导致制冷负荷的增加从而增加能耗。为了有效降低外窗的耗能，就需要提高外窗的隔热保温防护性能。外窗遮阳技术和设施就是为了解决外窗在夏季自然采光时出现的过热问题，其中包括在窗口设置的布帘、竹帘、软百叶等设施的临时性遮阳措施和在建筑围护结构上设置长期使用的遮阳板等的永久性遮阳措施。此外，高气密性设计和采用节能玻璃也是提高外窗保温隔热性能的关键，当前建筑上常用的节能玻璃有吸热玻璃、热反射玻璃、Low-E低辐射镀膜玻璃、中空玻璃等；在选择节能玻璃时，应根据建筑所需要的保温需求确定玻璃品种。

2.3.3 屋顶节能设计

屋面的节能跟墙体的节能一样，可以通过使用保温材料以改善屋面层的热工性能，减少热量的传递；除此之外，屋面隔热降温的方法还有架空通风屋面、种植屋面、蓄水屋面等；其中，种植屋面不仅能够使得屋面的温度波动较小，有效的缓解屋面的冷热冲击，降低制冷、采暖的耗能，同时还能改善生态环境[3]；图3为种植屋面。

图3 种植屋面

2.4 资源及能源的高效利用

2.4.1 可再生能源技术的应用

可再生能源具有环保、节能等突出的特征，可再生能源的应用能极大的缓解对传统能源的依赖，同时，在满足建筑能源的需求前提下，进一步降低了建筑的耗能，推动建筑业的可持续发展。目前，在绿色住宅建筑中使用最广泛的可再生能源是太阳能，常见的太阳能技术有太阳能光伏系统、太阳能光热系统；通过利用太阳能光伏发电装置及太阳能热水装置，将太阳能转化为电能和热能，实现太阳能的高效利用；在绿色住宅建筑设计中，尽量避免光热设备与建筑进行简单的相加，应尝试将光热设备与建筑进行有机的结合，将光伏、光热系统替代某些建筑构件，促进光伏、光热建筑一体化，这样不仅能实现建筑自身产能，节约建筑构件材料，还实现建筑立面的创新（图4）；并且，在绿色建筑中，引进热泵供热技术，热泵是新能源的一种，包括空气源热泵，水源热泵，地源热泵等，它具有能实现把低温热能输送至高温热能的功能，可大量利用自然资源和余热资源中的热量，有效地节约民用及工业所需的一次能源，减少能耗，提高能源利用率。通过与太阳能供热互补，为建筑运行提供持续不断的能源需求[5]。

图4 光伏平面瓦

2.4.2 推进绿色装配式住宅建筑设计

绿色装配式住宅建筑，是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在生产车间把墙板、梁柱、阳台、楼梯及连接件提前预制好，然后运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。装配式住宅建筑不仅有效的减少施工现场作业，降低了水电、钢材，水泥资源的使用量，还减少建筑垃圾；同时在主体的施工安装过程中，主要是利用机械设备来完成，不仅提升了建筑整体施工的效率，也在一定程度上减少了人工的使用量，降低人员雇佣成本。装配式住宅建筑所使用的材料多以绿色建材为主，这些建材主要的特点就是材质较轻，实现了材料重量轻质化，降低了建筑的荷载，由于材料具有良好的性能，使其具备较好的耐腐蚀性及防火效果、抗震效果、隔音效果等。绿色装配式材料不仅符合建筑质量的要求，并且不会给环境带来二次污染，在建筑被拆除后还可以对材料进行二次利用，提高建材资源的利用率，减少资源浪费。

2.4.3 雨水收集和中水回用

绿色住宅建筑社区中的雨水资源化综合利用，是对非传统水源利用率加以提升的重要手段。雨水收集系统通过收集屋顶、路面等处的雨水，处理达标后再进行回用，可用于绿化、路面清洁、冲洗厕所、洗车等；除了雨水的收集利用，建筑中水处理回用对于提升水资源利用率也发挥了重要作用，建筑中水回用通过将建筑中人们生活或生产活动中排放的生活污水、冷却水；经集流、水处理、输配水等技术，回用于非传统水源用水点使用；中水回用一方面可以减少环境排污量，另一方面它又能减少对水资源的开采，兼具开源节流和环境保护的作用，是城市污水资源化不可分割的一部分。

3 结语

在绿色低碳环保成为共识的今天，大力发展绿色住宅建筑意义重大，是实现建筑业可持续发展、完成“双碳”目标的关键。绿色住宅建筑的设计宜遵循因地制宜、传承传统建筑文化精髓的理念，体现健康、自然的生活态度，以规划、设计、环境配置的建筑手法和绿色技术的应用来改善和创造舒适环保的居住环境。