现代绿色建筑的生态节能设计策略与应用

章蔚

（中国建筑设计研究院有限公司）

1 项目案例

中国移动南方基地一期项目位于广州市天河区高塘大道，建筑面积约为17.6万m2，总占地面积为42.6万m2，西侧毗邻火炉山森林公园，东侧毗邻高唐新区中心公园，由三大中心组团建筑群和配套生活用房组成，承担着科研、IT、交流与支撑等重要职责。

2 现代绿色建筑的生态节能设计策略

2.1 自然通风

自然通风是在建筑物的门窗、过道、中庭等区域内形成气流组织，在室内外风压差的作用下，带动室外新鲜冷空气进入室内环境，持续将室内浑浊空气向外排出。相比机械通风方式，自然通风有着无须设备运行、节省能源、营造更为舒适室内环境的优点，但需要根据当地气候条件、风向调整建筑物朝向，合理计算门窗比、窗户数量、窗户位置等设计参数的最佳值，方可取得理想的自然通风效果。同时，对于办公楼、教学楼、住宅等人员密集的建筑物而言，自然通风系统的通风换气次数较少，需要搭配自然通风和机械通风两种方式，解决室外新风和室内空气交换不足的问题。

2.2 自然采光

自然采光通过采取调整建筑物朝向、优化建筑形式、墙体开窗、设计高透光率玻璃幕墙作为围护结构、屋顶开设天窗等设计策略，引导室外太阳光投射入室内环境，在不开启照明灯具的前提下，在白昼期间确保室内多数房间具备较高照度，满足建筑物使用需求，仅在少数自然光无法投射的房间内开展照明灯具即可。如此，既可以缩短建筑照明系统的运行时间和减少灯具开启数量，又能节省电能、降低系统运行能耗。同时，相比于人工照明，自然光起到调节使用者心理情绪、保障心理健康的作用[1]。

2.3 利用可再生能源

在早期建筑工程中，主要以市电接入的电能作为照明、暖通空调等系统的运行能源，电能在传输期间产生较大的线损量，一部分电能因此被损耗，实际耗用电能远超过系统运行能耗。同时，我国以火力发电作为主要发电方式，在发电过程中持续消耗大量的不可再生化石能源，与绿色建筑、低碳经济的初衷相违背。对此，需要落实利用可再生能源的设计策略，根据建筑所处环境条件，使用太阳能、风能、地热能等可再生能源，取代电力能源，如在屋顶部位安装小型光伏电站进行发电、在屋顶安装热管真空管型或全玻璃真空型热水器、设置地热井与换热站，利用低温地热资源进行建筑供暖。如此，既可以充分利用建筑物周边环境的自然资源，减少电能耗用量与传输期间额外产生的线损量，同时，还可以减少建筑物的总体使用成本，无须因暖通空调、照明等系统长时间运行而产生高昂电费。

3 现代绿色建筑生态节能设计策略的具体应用

3.1 自然通风优化设计

①朝向调整是根据当地气候条件、风向来计算建筑物的最佳朝向，通过调节风向投射角来提高室内通风顺畅程度。例如，在本项目中，拟建建筑物的高度为30m、宽度为20m、长度为60m，当地夏季主导风为东南风，开展建筑屋后旋涡分析工作，发现在风向投射角为45°时的风速衰减系数较小，且迎风建筑物身后部位未出现明显旋涡（见图1）。

图1 室外风倾斜45°吹响建筑的屋后旋涡分析图

②建筑群布局调整是根据当地风向来选择建筑群平面布局结构，如在拟建多座高层建筑与底层建筑时，可采取错列式作为建筑群布局，交错布置高低层建筑物，通过引导湍流形成的方式增加风速。

③单体建筑平面布局是通过布置中庭空间、在外墙与房间内墙上设置窗户、调整建筑进深、增加窗口离地高度等手段来改善建筑室内自然通风效果[2]。

3.2 自然采光优化设计

3.2.1 开窗形式问题

在建筑内部开设若干侧窗、高侧窗与天窗，通过窗户将室外太阳光均匀引导至室内环境。在当地自然光线充足与多阴天的情况下分别选择竖向窗、水平窗作为侧窗形式；优先选择南向和北向作为高侧窗朝向，在小进深建筑中使用磨砂玻璃作为高侧窗，在大进深建筑中使用高透光率玻璃作为高侧窗；在建筑进深过大的情况下开设天窗，根据室内采光分布要求选择天窗形式，如在追求工作面照度均匀分布效果时选择矩形天窗，在追求室内整体亮度最大化提升时选择锯齿形天窗。

3.2.2 建筑物遮阳问题

为避免因自然采光而导致室内温度上升，并解决室内照度分布不均、眩光现象等实际问题，需要在方案中采取遮阳设计措施，在建筑室内安装导光板、窗体内侧安装遮阳百叶。其中，对导光板的安装，可以遮挡室外自然光直接投射至室内环境，并借助板面反光层将自然光经过反射后射入室内其他区域，避免室内照度不均。遮阳百叶的安装起到阻止直射光形成、扩散自然光源、提高房间整体亮度的作用，尽可能在采光窗上部安装遮阳百叶。

3.2.3 朝向调整问题

一般情况下，优先在南向、北向等日照时间较长、阳光充足的朝向开设侧窗与高侧窗，如果在东西朝向开窗，不但会缩短自然采光时长，还有可能出现室内温度过高、眩光等问题。同时，对南北朝向的开窗面积、开窗数量进行调整，南向开窗面积应略大于北向开窗面积，借此改善建筑物的冬季防寒效果。

3.2.4 设置中庭空间问题

在部分早期建筑工程中，采取内廊式建筑形式，在中间部位设置走廊，在两侧区域分布房间，这类建筑的走廊区域自然采光条件较差，需要长时间开启照明灯具来维持环境照度。对此，需要对建筑形式加以改进，在建筑物中间部位设置中庭空间，从建筑顶部向中庭空间投射太阳光，但需要重点控制中庭空间尺寸，可尽量设计高度较小、宽度较大的中庭空间。

3.3 低能耗围护结构设计

3.3.1 保温隔热墙体

为阻挡室内热量向外扩散，减小室内外环境温度的影响系数，需要在建筑外墙部位设置保温隔热墙体，以此强化围护结构和建筑整体结构的热工性能。一般情况下，可采取内置、中心夹层或外置保温层的墙体构造形式，外置保温层构造最为常见，在墙体外侧固定铺设岩棉板、膨胀聚苯板等材质的保温板，起到提高墙体热阻值的作用[3]。

3.3.2 隔热通风墙体

为兼顾围护结构热工性能与建筑物自然通风效果，可选择设计双层皮外墙，在幕墙外层安装玻璃，在内层安装中空玻璃，在空气间层安装遮阳百叶，并在幕墙上预留通风口，起到调节室内太阳辐射量、阻止热量散失、提升幕墙热阻值等作用。

3.3.3 门窗节能

门窗一直都是围护结构的保温隔热薄弱部位，室内热量持续经过门窗缝隙向外扩散，难以维持恒定的室内环境温度。对此，需要采取调整窗墙比、使用新型玻璃、窗框处理的措施来强化门窗部位保温隔热能力。

3.3.4 屋顶节能

为强化屋顶部位的保温隔热性能，可采取架空屋面、蓄水屋面等多种构造形式。以蓄水屋面为例，在屋面上施作防水层，在防水层上蓄积深度在150mm～200mm或是300mm及以上的蓄水层，当太阳光照射至建筑屋顶时，由蓄存水体吸收一定比例的辐射热量，并在水体蒸发时消耗一定热量，起到屋面降温效果。

3.4 建筑绿化设计

对建筑绿化设计策略的落实，可采取垂直绿化设计、打造屋顶花园等具体手段，由绿化植物来改善室内环境、提高空气质量和遮阳。其中，垂直绿化是在廊、柱、阳台等建筑空间结构上栽植爬山虎等攀爬类植物，植物在生长期间，依附在构筑物上，既可以充分发挥提高空气质量、营造微气候等功能效用，还不会因植物生长而占据过多的室内空间面积[4]。而屋顶花园则是在屋顶上方铺设种植土并栽植绿化植物，同时起到降温隔热、美化环境、改善气候、为使用者提供休憩空间、提高绿化覆盖率等多重作用，取得十分显著的环境效益、经济效益，屋顶花园效果如图2所示。

图2 屋顶花园效果图

3.5 可再生能源设计

在现代绿色建筑中，太阳能、风能、地热能是最为常用的可再生能源，有着相关工艺技术成熟、设计体系完善、能源应用范围广的优点，设计师需要优先使用这类可再生能源。同时，还需要遵循因地制宜、实际出发的设计原则，根据建筑周边环境情况、气候条件选择具体的设计措施。

4 结语

综上所述，为满足现代绿色建筑的设计、使用需求，打破传统设计理念是势在必行的。在这一工程背景下，设计人员必须树立生态节能的全新理念，正确掌握各项设计策略的有效应用方法，为建筑质量提供设计保障，帮助建筑企业建设更高规格的现代绿色建筑。