绿色建筑理念下建筑规划节能设计应用策略探究

韦成

摘 要：节能低碳设计是建筑绿色发展的重要内容。为深入思考基于建筑本身的节能设计与规划策略，本文从建筑绿色节能设计相关的概念、节能设计要求，以及建筑主体的制冷、制暖需求与节能间的关系等出发，探讨在绿色理念下，建筑规划中的节能设计基本途径和矛盾平衡策略。从屋面隔热、建筑制暖、建筑制冷、光照节能等角度探讨节能路径；从气候变化与室内环境的恒定需求、环境条件差异性与设计的独一性特点、功能需求与结构要求的匹配、建设成本与投资效益的平衡等方面，分析节能设计的矛盾与平衡，并提出系统化的思考、环境差异下的技术创新以及建筑结构节能优化等节能设计应用策略。

关键词：绿色建筑；建筑规划；节能设计；应用策略

1 前言

绿色建筑要求在建筑建设、使用、报废等全生命周期内，通过资源节约、高效利用、生态环境保护、污染防控与处理等手段，尽量降低建筑对自然环境、社会生产生活的负面影响。建筑绿色设计在为人们提供健康、实用、高效的建筑空间和使用功能的基础上，最大限度地提升了建筑的绿色效益，促进建筑生产运营，与自然生态环境达到和谐共生。

建筑建设与运营过程中，其能耗主要表现在建设材料生产加工、建设设备驱动以及建筑使用过程中取暖、制冷、照明、楼宇智能化等功能性设备[1]。相关研究显示，2020年，全国建筑全过程能耗总量为22.7亿tce，占全国能源消耗总量的45.5%；其中，建筑运行阶段能耗为10.6亿tce，占全国能源消耗总量的21.3%[2]。建筑建设与运行过程中的大量能源消耗，要求从建筑设计与规划开始就需要充分而系统地考虑建筑节能问题。按GB 55015-2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》要求，应加强建筑在规模、布局、功能、性能和关键技术措施等要素上的节能与可再生能源利用。

2建筑规划节能设计的基本途径

建筑作为人类生产生活的重要空间建构产物，本质上是人类安全防护的重要产品，发挥着抵风御寒、遮阴避阳、阻挡各种风险的重要作用。在电气技术之前，人们主要通过建筑结构创新与优化等，来实现对建筑的“制冷”、“制暖”、“调湿”等功能。在建筑节能化发展中，基于人类对环境条件变化的更深层认知和了解，建筑节能可以通过更为科学的、优化建筑自身的设计，且基于隔断、引入等原理，采用屋面隔热、建筑采暖、建筑制冷、光照节能等形式[3]，提升建筑的“制冷”“制暖”“调湿”等功能。

2.1房屋各部位的绝热处理

在房屋各部位的绝热处理方面，已经有了较为成熟的绝热技术。比如，在建筑屋顶绝热方面，需要防止太阳直接照射建筑屋顶所带来的热效应，为此可以加强屋顶区域的通风换气效果，从而带走热量，或是选用隔热材料，防止热量傳递到建筑内部；在墙壁和地面绝热方面，需要阻止建筑内外热流的相互传导功能，为此可以在建筑物外侧、屋内侧等位置增加绝热层，进行隔热处理；在门窗绝热方面，可以通过双层或多层玻璃或是能够反射红外线的玻璃、贴反射膜的玻璃等提升门窗的绝热性能。

2.2建筑制暖

制暖的原理主要是热辐射的传导和积聚作用，以阻止室内热流的流出和室外寒流的进入，以及采取一定的蓄热处理并提升室内的阳光照入量。在阻止对流方面，可以通过墙面、门窗的绝热处理，减缓热量的传导；通过提升门窗的密封效果，防止空气流动带走热量；在引入热流方面，可以选择建筑朝向、扩大透光面积等，以增加太阳光照射的时长与面积；在蓄热处理方面，可以在建筑内采用具有反射红外线效能的材料以提升室内的热辐射，或是减小空间与外部的接触面积，从而降低热传导，提升室内的蓄热速度。

2.3建筑制冷

在建筑制冷节能方面，主要通过规避阳光、利用温差和空气流动带走热量以及降低热传导等方式实现制冷[4]。比如，在建筑物外部，通过树木、其它建筑物和构筑物等遮挡阳光，减少阳光直射带来持续积蓄的热量；通过增加建筑周围环境中的水景，利用水的蒸腾作用带走热量；通过调整建筑物的间距、高度、形态等，提升建筑环境的通风效能，利用空气流动带走建筑周围的热量。

在建筑物内部，通过吸光材料降低反射到环境中的热辐射，并通过热传导将吸收的热量传导到建筑物其它部分；通过绝热材料，抑制热量进入室内的速度，还可以通过自然通风、在建筑物最高处设置排气孔、采用人造风等方式，促进对流散热。

2.4光照节能

在建筑照明节能方面，主要通过提高建筑物的采光率和透射率等，减少照明用电，进而起到节能的效果。在建筑规划设计时，需充分考量建筑门窗的朝向、尺寸，利用天窗、竖井等结构增加照明时长和光照面积；通过提高建筑门窗的透光率及室内物体的光反射系数等抑制光损失[5]。但是，在提高日照光的同时，还要考虑日照带来的热辐射以及扩大门窗的日照面积对建筑保温效果的影响，平衡光照带来的制冷和制暖效应。

3建筑节能规划设计中的矛盾与平衡

3.1气候变化与室内环境的恒定需求

人们在建筑物中，一般需要相对恒定的温度、湿度和具有良好通风条件的环境。但因气候的变化，不得不进行必要的制暖和制冷双向措施。在非电气功能性设施的助持下，很多制冷、制暖和节能措施之间是相互矛盾的。比如，增大开窗面积会降低阻隔效果，而加强阻隔设计在提升了制暖功能的同时，又会影响散热功能；引入太阳直射光照明减少了照明电力供给，但也可能导致室内环境温度的升高，进而提升了空调制冷带来的耗电问题。因此，单一方面的节能设计往往并不能发挥出节能作用，甚至会影响整体节能效果，为此需要更系统的分析和合理的模型建构，从节能的整体效果进行动态考量。

3.2环境条件差异性与独一性设计

在建筑节能规划过程中，不同的建筑面临的气候条件存在较大差异，比如，我国北方气候变化明显，日照角度偏大，冬季寒冷；南方夏季炎热，冬季湿冷，存在极为潮湿的时节。为此就需要依据地域气候特征选择适宜的节能技术。再比如，城市建筑中，由于周围建筑遮挡和反射等，环境日照和气流的变化具有独一性，需要充分了解建筑环境特点才能有效利用环境进行节能设计。因此，不同的建筑条件需要不同的节能技术，而相同的节能技术，也需要根据区域环境条件、气候变化不同等因素进行精准的计量。

3.3功能需求与结构要求

从功能上来讲，建筑需要更大的使用面积，且便于建造和日常维修与维护。但保温、制冷、通风等节能措施，常常占用了建筑的使用空间，也使建筑结构更加复杂多变，从而带来施工的复杂性，不利于建筑的日常维修与维护。而且，在建筑设计规划过程中，为达到建筑设计创意效果和使用功能，需要设计一定的造型风格和空间布局，但从节能的角度来讲，为达到一定气流走向和阻隔效果，在建筑设计过程中会对建筑的方向、形态结构、空间布局等有一定的约束，可见设计效果与节能效果之间存在一定的取舍关系。因此，需要从设计和结构等方面进行协同优化，或是寻求更独特的解决办法。

3.4建设成本与投资效益

建筑建设过程中，无论从投资方还是建设方，都希望在确保工程质量的前提下尽量降低建设成本。但节能设计由于技术的先进性、施工的复杂性等，往往需要增加建设成本。比如结构复杂性会导致工期加长、施工难度提升，从而带来成本的增加；隔热保暖设计很可能增加建筑材料的用量，进而提升建设成本；为改善日照条件，需要采用感光性能更好、价格更高的玻璃材料等。

节能设计与建设成本之间存在无法回避的成本矛盾问题。一方面需要通过批量化、大规模的应用，降低节能材料的研发和生产成本，或是通过提升建设效率降低建设成本；另一方面需要政策、补贴、宣传等，从建筑的全生命周期来考量建筑的节能价值。

4绿色建筑理念下建筑规划节能设计应用策略

4.1系统化思考

从建筑、人、环境这三者在节能上的复杂关系中可以看到，对建筑节能设计不能采用线性或是单一的思考逻辑来解决节能问题。节能设计需要充分考虑时间变化、抵御差异以及各要素之间的矛盾关系等。从理论上讲，需要系统论的相关思想作为支撑。因此，需要在建筑规划节能设计中，跳出环境要素、人的需求要素、节能技术要素等，将各个要素看成系统中的要素点，再上升到系统的层面。从点与点之间的关系建构、多个要素间的关系处理等角度，进行系统分析与规划。接着，基于节能目标，运用定量的数学模型来表示各要素之间的复杂关系，充分运用数理模型来分析条件约束，并通过改变条件参数提升节能效能，分析和解决各种节能问题。

比如，在GB 55015-2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》中，全年供暖和供冷总耗电量应按如下公式计算：

E= EH+ EC

式中，E为全年供暖和供冷总耗电量（kWh/m2）；

EC为全年供冷耗电量（kWh/m2）；

EC为全年供暖耗电量（kWh/m2）。

其运算思想从能耗与节能的直接关系出发，计算建筑的能耗总量。运用自上而下的层级化思想，将能耗分为供冷和供暖两个部分。基于环境差异，建构起能耗与建筑主体结构之间的复杂关系模型，并运用关系系数调控不同特点区域的节能要求。其节能影响要素的确立、关系系数的设定等，需要大量系统而科学的分析、实验与研究，确保节能分析的科学性和质量。

4.2技术创新

建筑节能规划从根本而言是在寻找建筑内、外环境差异在能耗最低要求下的解决办法。建筑规划节能设计中，不但需要充分考虑建筑周围风场、湿度、温度等对建筑内部的影响，还需在时间上动态且充分地考量气候变化带来的各种影响。由于制冷和制热的矛盾性，一方面需要平衡节能和制冷、制热之间的变化关系，减少气候差异对节能效能上的影响；另一方面需要积极发挥人的创造力，寻求能够实现制冷、制热且达到节能要求的先进技术来解决矛盾问题，提升节能效能。比如，创新单向通风的材料、创新可调节光照又兼具保温隔热效能的玻璃产品等。

4.3结构节能优化

建筑形态与结构要素在建筑节能中具有重要意义。其中，建筑体形系数是影响建筑物耗热量的重要指标。节能设计中要求严格控制体形系数，充分考虑建筑整体外表面积的散热能力，尽量减少与环境接触的外表面积，通过规整的形态进行约束。

建筑平面布局的形状与自然通风的关系较为密切，建筑平面形状需充分考虑环境的风场变化，通过通风的引入、引出等调节建筑的制冷、制暖；在围护结构上，可通过保温复合结构进行保温，通过材料性能提升建筑的保温效果；在开窗、开门等建筑表面的孔洞设计上，充分考虑窗墙的面积比，保证建筑整体的保温隔热性能。

为平衡建筑机能与建设要素之间的矛盾，应在建筑设计之初就明确节能设计要求。在建筑造型设计上，可以更多从节能的角度进行形态构思，避免增加能耗的形态设计，充分利用天然的太阳能，考虑结构布局、建筑朝向、建筑间距，注意形体表面积、开窗量的设计等；在结构设计上，外观造型难以起到节能作用，通过结构优化、材料优化等内部的节能优化进行弥补。比如，严寒地区建筑一般需要采用重量轻、热导率小、轻质高强的材料，以提升建筑的保温性能。为尽量减少建筑物料增加带来的承重压力，應减少对建筑空间的占用，提升材料的性能等。

5结论

综上所述，节能减排是当下我国建筑绿色发展的重要内容。从建筑本身内、外环境的关系角度来讲，基于绿色建筑理念的建筑规划节能设计，应从人对建筑室内环境的需求，建筑外围日照、温度、湿度和风场等跟随气候变化的特征，去寻求基于建筑外部形态、内部结构、材料技术等方面的节能可能性。因此，需要充分运用系统化的思维、数理化的模型分析以及不断的技术创新等手段，以提升建筑的节能效果。

参考文献

[1]余晓平.建筑节能原理与实践理论[M].北京：北京大学出版社.2018：3.

[2]中国建筑能耗与碳排放研究报告（2022年）[J].建筑，2023（2）：57-69.

[3]刘经强，刘坤宇，刘岗. 绿色建筑节能工程设计[M].北京：化学工业出版社.2018：7.

[4]胡永东.绿色建筑理念下建筑规划节能设计初探[J].建筑工程技术与设计，2015（32）：1480.

[5]任怀堂.绿色建筑理念下建筑规划节能设计措施研究[J].中国建筑装饰装修，2022（3）：91-92.