高层住宅建筑设计中的绿色建筑设计探讨

周旭东

（浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江 杭州 310014）

绿色建筑设计理念在高层住宅建筑设计中的应用，就是将“绿色环保、低碳节能” 理念运用于建筑设计中，在建筑全生命周期内最大限度实现资源能源的节约，提升能源资源利用率，减少环境的污染，在保证建筑质量的前提下，满足绿色建筑建设的安全耐久、资源节约、能耗降低、环保宜居等指标，提高高层建筑的环保效益与社会效益。

1 绿色建筑理念下高层住宅建筑设计原则

1.1 整体性

绿色建筑设计不是单线活动，而是一项辐射多个专业领域的综合性工程。对于高层住宅设计，不仅仅要顾及到住宅本身的单体设计，更要兼顾到建筑相关的功能需求、设备设施等的设计，同时考虑到居住者的使用需求、居住体验等。因此，绿色高层住宅建筑设计上要从整体性出发，使高层建筑设计的每个功能单元都能符合绿色环保的要求，明确各个功能单元间的影响，如，选址、朝向设计对于采光通风等的影响，从整体性出发，才能使整个住宅建筑更符合绿色建筑要求，才能有效消除专业冲突与矛盾，使整个设计更为完善，实现人、建筑、自然三者的和谐共存。

1.2 节能性

可持续发展战略的深入推进，绿色产业快速发展，绿色建筑设计成为减少城市碳排放、优化城市功能的空间载体。过去的建筑工程能耗较大、污染问题突出，尤其是高层住宅建筑能耗最高，而在可持续发展战略背景下，依托绿色建筑设计，将节能环保、健康舒适、自然和谐理念融入建筑设计中，在建筑设计、构筑和使用过程中，充分运用节能减少技术，减少能源资源消耗，加强对生态环境保护，提升绿色建筑设计的实用性、高效性、前瞻性与持续性。在高层住宅建筑设计中，设计人员不能囿于建筑某一面，要立足于高层住宅建筑的全局视角，基于建筑工程特点，结合周边环境资源，减少对资源的破坏，减少对能源的消耗，保护自然环境。如，在建筑采光上，可通过对建筑的合理布局，增加建筑采光时长，利用太阳能设备，合理使用太阳能等可再生资源； 基于建筑所处风向，合理利用自然通风，打造自然化风冷系统，减少对不可再生能源的依赖性，减少碳排放。

1.3 环保性

绿色建筑设计既要竭力减少建设过程中的资源能源消耗，减少对环境的污染，还要将这一理念应用于建筑使用过程中，使建筑在全寿命周期内动能与周边环境和谐共融，减少对环境的破坏。如，在选址上，要确保不对污染周边环境，减少对地表土地的占用，减少对地面绿化的破坏。在工程建设用材上，尽量使用节能环保型、可循环利用型绿色材料，检测施工所用的木材、竹材、水泥、石灰等，减少对人们身体健康的影响。

2 高层住宅建筑设计中绿色建筑设计的应用策略分析

2.1 科学选址

1） 节地设计，城镇化建设的快速发展，城市中住宅建筑数量攀增，土地资源占用率增大。绿色建筑设计理念下，高层住宅建筑设计上应着力实现土地资源利用最大化，合理规划用地，基于相关论证，在设计上充分运用地下空间，增大地下空间利用率； 缩短建筑间距，提高建筑容积率； 做好散地块设计，提升建筑用地集约度，最大限度减少对土地资源的浪费；2） 环境分析。绿色建筑理念下，设计前期做好选址勘探。首先，在选择建筑地址上，综合分析周边环境，确保契合绿色环保要求。其次，考量气候变化规律，计算采光环境，防止周边高层建筑遮挡自然光；测算风环境，基于不同的城市风环境，建筑越高受风力影响越大，优化通风设计，以降低建筑能耗，提高住户舒适度。再者，勘查地质环境、水文环境等，了解地下情况，合理利用地下水、地热等能源，提升能源利用率。基于勘查数据，排查可能影响绿色建筑设计效果的影响因素，立足于高层住宅设计特点，合理选址，为高层住宅绿化设计奠定良好的基础。

2.2 整体设计

绿色建筑设计是综合性极强的工程，在设计上应结合项目所在地的外部环境，每一项绿色建筑设计工程都有其独特性，不能照搬其他建筑项目方案。从整体性角度出发进行综合考量，一是在总平面设计上，注意与周边环境的和谐共处，减少对周边环境的影响与破坏，基于地区气候条件进行建筑布局、朝向设计、体量设计、间距设计等，提高自然采光、自然通风效率。如，采光通风设计上，建筑间距应基于周边建筑遮光情况，结合建筑高度设计，一般情况下，应在18m以上，要保证住宅建筑底层采光效果及景观实现，提升建筑保温隔热性能的基础上扩大开窗面积；对建筑布局朝向进行调整，以此调整室内通风效果。通风设计上，高层建筑之间楼间距小，建筑高度大，建筑通风能力差，巧用自然风是高层住宅绿色建筑设计的要点之一。为保证充分利用自然风，在通风设计上，基于季节风向，结合地形地势，对楼间距进行科学设计，确保夏季自然风可以在建筑内部形成对流，减少建筑使用中空调的使用，同时确保冬季风直吹建筑，提高建筑保温作用，减少建筑使用过程中对地暖、空调等的使用，减少能源消耗。二是在布局设计上，现今高层住宅建筑在布局设计上常见方式为： 行列式、自由式、混搭组合式。行列式指的是建筑物整体有序的空间布局样式，这种方式下可增加了室内空间，但是会使得空气流动性增强，继而形成较强空气旋涡，影响居民正常生活。自由式指的是建筑错交错布局的样式，这种方式提升土地利用率，优化了采光条件，同时防止空气旋涡现场，减少了对居民生活的不良影响。三是建筑楼梯结构设计上，由于当前高层住宅建筑层数增加，在楼梯结构设计上应充分考虑到整体质量，了解设计影响效果及可能衍生的问题，对此，可借助BIM技术进行设计，建构可视化模型，在设计阶段直观掌握建筑设计成效。

2.3 围护结构设计

2.3.1 门窗设计

基于绿色建筑设计理念的高层住宅建筑设计，要从高层建筑承受的外界气压、上层结构光照强度等出发，合理设置门窗尺寸，减少外界风力、气压建筑环境的不良影响，通过计算选择适宜的门窗结构体系及材料用量。绿色建筑设计理念下，在门窗材料的选择上，应秉持节约环保原则，选择防辐射、节能型材质。做好门窗密封设计，减少门窗对空气的渗透，减少热损失，确保门窗具有良好的隔热性能、保温性能、气密性能及隔音效果。环保型材料种类较多，如，基于磁控真空放射技术的金属层玻璃，这种玻璃材质好，承压能力强，可优化对阳光的处理，采光性能佳，但光污染问题小。且这种玻璃使用性能优，可满足高层住宅建筑的品质要求； 镀锌彩板、铝合金型材，这些材料具备耐火断热性能，且无有害气体，环保性能佳； 此外，高层住宅建筑中还常用低辐射中空玻璃，耐冲击型中空玻璃材料。

2.3.2 墙体设计

传统高层住宅建筑设计上，常用到混凝土钢筋材料，消耗量大，且施工废料多，浪费情况严重，造价高； 绿色建筑设计理念下，多选择环保型材料，造价低且环保性能佳，可以充分保障建筑施工质量。材料设计上，要基于高层住宅建筑工程要求与实际需而定，合理规划环保材料使用类型。高层住宅建筑墙体结构设计上，主要分为外墙结构体系与内墙结构体系。其中外墙结构体系是主体框架，直接影响着建筑使用性能； 内墙结构体系起到保温、防风、防雨作用，内外墙结构体系的共同作用才能保障建筑整体结构的稳定性与耐久性。内外墙之间为保温层，保温层材料通常选择聚苯板，屋面选择反射材料，确保屋面具备反射太阳可见光与不可见光的效果，提高隔热保温效果，达到冬暖夏凉效果，减少室内热损耗。外墙、屋面属于建筑物表皮，通过优化表皮生态，可以实现遮阳、控温、隔音新效果。在外墙幕墙上，还可使用呼吸式幕墙，该幕墙主要有双层玻璃组成，较之传统幕墙，呼吸式幕墙中的空气交换层实现了内外空气的有效流通与交换。室内幕墙温度与室内温度接近，温差较小。呼吸式幕墙按照通风层结构的不同可分为两种形式，即“封闭式内循环体系”、“敞开式外循环体系”。此外，双层幕墙的使用，有效提升了隔音效果。

2.4 节能设计

1） 甄选建筑材料，基于建筑所在区域实际就地取材，降低材料运输成本的同时，减少运输过程中造成的材料浪费问题。在建筑所用材料上尽可能选择绿色环保材料，如，环保管材、绿色装饰材料、节能设备，如节能照明产品，或太阳能发电设备，以期降低建筑能耗； 2） 运用可再生能源，提高能源利用率，减少能源资源消耗。如，在热回收上，应用新风换气机，建筑公共区域照明可利用太阳能技术，利用太阳能发电提供照明能源，利用太阳能 +电蓄热系统构建集中热水系统，配置污水处理系统，应用雨水收集循环利用技术。建筑设计中构建水循环处理系统，配置膜生物反应器，确保在住宅使用期间，可以对生活污水进行收集并经过过滤、固液分离、去除氨氮等措施初步净化污水，净化后的水可以用于住宅小区内的绿化景观养护，可用于建筑内盥洗用水等； 3） 应用绿色施工技术，如，被动式外窗安装技术、外遮阳技术、太阳能技术、地源热泵技术、蒸发冷却技术、冷梁独立新风技术等，应用这些被动式施工技术，可进一步保障建筑隔热保温效果，减少能源消耗，提升建筑使用寿命，契合绿色建筑设计需求。

2.5 绿化设计

1） 夏季高温辐射下建筑辐射热能大，为减少辐射热能，可在高层住宅建筑外种植植物，降低阳光辐射产生的热能； 北方地区冬季气温低，可在室外种植落叶型树木，吸收地面阳光辐射量； 2） 基于高层住宅建筑实际，条件允许情况下，利用墙面攀缘类植物进行垂直绿化设计，减少墙面热辐射的同时强化美化效果； 3） 进行屋顶和阳台绿化，如，在屋顶设计屋顶花园，降低屋面辐射热量，同时可发挥蓄排水作用，提高建筑绿色植被覆盖量。

2.6 智能化技术的应用

高层住宅建筑设计中应用智能化技术，可有效调整建筑系统内部能源消耗。如，基于智能技术的门禁系统设计和监控安保系统设计，利用AI技术对其进行控制，为居住者营造更为安全的居住环境。基于AI技术设计智能照明系统和智能通风系统，对环境照明、空调等实现智能化声音控制，提高住宅建筑内部的体验性、实用性，同时，减少建筑能耗。

3 案例分析

3.1 工程概况

某高层住宅楼位于热带湿润季风季候区，当地气候冬冷夏热，工程总占地面积175421m，建筑高度为478.5m，建筑项目由裙楼、地下空间、塔楼构成。本工程基于绿色建设设计理念进行建筑的设计，以提高建筑的节能环保与舒适宜居性。

3.2 围护结构设计

建筑内外墙之间设计保温层，合理填充保温材料，防止室内热量流失，导致温度不足，做好住宅热桥节点处理，对楼板缝隙、建筑门窗、幕墙等做好密闭处理。本项目朝向为南向，地上楼层33 层，其中18 -33 层为住宅楼，10 层、33 层住宅系数为0.38、0.39，一般而言，住宅系数＞0.35，满足建筑节能设计要求。本工程围护结构设计上，外墙外保温材料为无机轻集料保温砂浆，其传热系数为1.25W/（m·K）、1.47W/（m·K），小于1.5W/（m·K）。此外，聚氨酯硬泡沫塑料作为屋顶材料，使用该材料后平均传热系数符合绿色建筑设计要求。

3.2 采光设计

本工程在采光设计上，塔楼部分采用呼吸式幕墙，1 ～14 层设置中空玻璃，同时安装活动百叶窗。倘若全关闭百叶窗，SC＞0.25，全收下情况下，SC＞0.6，窗户内外层分别使用中空高透玻璃、钢化玻璃，百叶窗利用导轨式轨道进行从上至下的控制，保证气流的稳定性，在室内采光上必要时可借助反光板，本工程廊道宽度设计为60cm～100cm。本工程中庭顶部开窗设计，自然采光与自然通风相结合，达到建筑采光需求，同时利用室内外风压差与热压达到通风效果，同时调节室内热环境。基于《建筑采光设计标准》，对不同材料光学性能参数进行计算分析，平均采光系数3.63% ～5.10%，采光系统大于2.2%，符合设计要求。地下车库通风采光上，在车道设计采光井，间隔300m设置采光井，达到降低能耗的效果。

3.3 通风设计

在通风设计上充分应用自然风，基于当地季节风速风向特点，对建筑间距进行合理规划，合理利用自然风向，扩大夏季自然风流量与流通面积，同时防止自然风直吹住宅建筑。本工程有效风能密度＞200W/m，可自由应用建筑设备层空间，另外，地上风速＞地面风速，满足风力发电要求。因此，本工程使用了风力发电方式，设置5 个通风夹层，层高为4.5m，发电设置选择涡轮机组，夹层发电为60kW，也可在条件满足情况下进行双向发电，其功率为40kW。该方式利用清洁能源，降低能源消耗，

3.4 雨水利用

高层住宅建筑耗水量大，有着复杂的供水系统。本工程设置雨水收集系统，雨水收集后可以用于建筑小区内部绿色、花园等的灌溉。在雨水利用上，通过导水槽收集雨水，在分区线中基于收集入口将雨水引至室内，雨水收集经过处理后达到室内花园、室外绿地。雨水收集系统主要包含两个区，其中上区将收集到的雨水送达处理间，下区至储水间，基于泵机传递至中层处理间，达到雨水收集效果。

3.5 绿化处理

高层住宅绿化设计中景观的有效处理，可以有效改善建筑小气候，调节建筑温度，优化空气质量，不同气候条件下，不同的绿化方式与绿化密度，其绿化效果不尽相同。建筑周围绿化建设后，可使室内温度降低1℃～2℃，缓解热岛效应。本项目中，设计绿色花园，在高温夏季，通过自然风的引用，绿化设计改善热舒适度。设计屋顶花园，可降低屋顶的温度15℃，室内可降低温度2.2℃。在绿色工程的养护上，采取自动喷灌系统，采用永久应用花盆，阳台绿化上设置PVC管线用于水资源和养料的供给，将其嵌入混凝土地板，向绿化植物传送养料和水。

4 结语

基于绿化建筑设计理念进行高层住宅建筑设计是一项负责、系统、综合性工程，在设计上首先进行科学选址，从建筑全局出发进行整体设计，优化围护结构设计，完善节能设计，优化绿化设计，将绿色建筑设计理念贯穿于住宅建筑全寿命周期内，提高资源能源利用率，有效减少能耗，满足节能、节地、节水、节材设计目标，打造绿色环保高层住宅，发挥绿色建筑的绿色环保价值，为住户提供绿色环保、低碳节能、健康舒适的居住环境，推动高层住宅建筑工程领域的持续发展。