徐瑩

（中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，長(zhǎng)春 130000）

1 生態(tài)設(shè)計(jì)在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中采取生態(tài)設(shè)計(jì)方法，能極大地緩解城市能源短缺、環(huán)境污染等問題，為綠色節(jié)能建筑的建設(shè)以及打造節(jié)能城市提供支持。寒冷地區(qū)建筑的傳統(tǒng)保溫節(jié)能要點(diǎn)有開窗面積比設(shè)計(jì)、保溫墻體構(gòu)造等，這些保溫節(jié)能方式具有較大的局限性，不利于寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。建筑行業(yè)的快速發(fā)展過程中，建筑能耗相應(yīng)增加，碳排放量也隨著增大，對(duì)我國建筑行業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了諸多不利影響，所，以寒冷地區(qū)建筑要積極轉(zhuǎn)型，采取生態(tài)設(shè)計(jì)方法，尊重生態(tài)環(huán)境與建筑的關(guān)系，系統(tǒng)地提出生態(tài)概念建造建筑。生態(tài)設(shè)計(jì)在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能促進(jìn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，打造綠色建筑，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的污染，推動(dòng)我國建筑業(yè)的綠色發(fā)展。

2 生態(tài)設(shè)計(jì)在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 堅(jiān)持生態(tài)理念

寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中生態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，要堅(jiān)持生態(tài)理念，在保證建筑質(zhì)量、安全與舒適的基礎(chǔ)上，能將節(jié)能作為建筑設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)，提升建筑的能源利用率，降低建筑能耗。同時(shí)，在建筑設(shè)計(jì)中保持建筑與環(huán)境的和諧，確保建筑的可持續(xù)性。在建筑的整個(gè)生命周期中，必須有效地節(jié)約能源，提高能源利用率，降低能耗，為人們提供更加舒適的建筑環(huán)境。在寒冷地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中，為踐行生態(tài)理念，要求夏季室內(nèi)溫度、夏季室內(nèi)自然通風(fēng)風(fēng)速、夏季室內(nèi)空調(diào)送風(fēng)風(fēng)速、相對(duì)濕度分別為24~26℃、＜1.5 m/s、＜0.3 m/s、40%~60%。

基于生態(tài)設(shè)計(jì)的建筑設(shè)計(jì)，需注意以下幾方面：（1）要遵循因地制宜的原則，確保能從當(dāng)?shù)氐臍夂?、地形等情況出發(fā)；（2）保持整體性原則，建筑設(shè)計(jì)要對(duì)建設(shè)全過程進(jìn)行考慮，要制訂整體方案，保證建筑設(shè)計(jì)的可靠性；（3）采取綜合性原則，在建筑生態(tài)設(shè)計(jì)中，要針對(duì)建筑實(shí)際情況，采取綜合性手段降低建筑能耗，提升建筑能源利用率；（4）確保性能，在確保建筑功能性基礎(chǔ)上，做好節(jié)能減排工作，這樣才能確保建筑的使用效果。

2.2 建筑布局和朝向設(shè)計(jì)

單體建筑的三維尺寸和形狀對(duì)周圍的風(fēng)環(huán)境影響較大。從節(jié)能角度看，建筑形式應(yīng)能降低風(fēng)速、能耗和熱損失。單體建筑設(shè)計(jì)應(yīng)在分析場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境的基礎(chǔ)上，調(diào)整建筑整體長(zhǎng)、寬、高的比例，保證建筑物迎風(fēng)面壓力分布的合理性，避免背風(fēng)面形成渦旋區(qū)[1]。

在根據(jù)日照模擬分析確定建筑物最低日照標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還需要關(guān)注建筑周邊場(chǎng)地與既有建筑邊界，設(shè)計(jì)出建筑物的最大形體與高度。保證室內(nèi)的日照量是建筑物最小間距確定的主要依據(jù)，要確保即使在冬季也能讓室內(nèi)有一定日照量。長(zhǎng)方形體形、南北朝向可以起到較好的建筑節(jié)能效果。建筑體積相同，而體形不同時(shí)所獲取的日照量也不相同。日照、當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向是影響建筑朝向的主要因素，寒冷地區(qū)冬季住宅內(nèi)的熱損耗與夏季室內(nèi)的自然通風(fēng)將會(huì)直接受到主導(dǎo)風(fēng)向的影響。寒冷地區(qū)建筑朝向的確定，要確保冬季有較為充足的日照，在夏季能減少日照，且能保持良好的自然通風(fēng)。以我國北京與呼和浩特地區(qū)為例，最佳朝向分別為南至南偏東30°、南至南偏東或南至南偏西。

2.3 體形系數(shù)設(shè)計(jì)

體形系數(shù)就是建筑物與室外大氣接觸的外表面積與外表面積所包圍的建筑體積之比，可以使用式（1）表示。

式中，Cp為體形系數(shù)；F0為建筑外表面積，m2；V0為建筑體積，m3。

建筑物體形系數(shù)要從寒冷地區(qū)的氣候情況出發(fā)，一般情況下，建筑體形系數(shù)與建筑物能耗成正比，以0.3為基礎(chǔ)，增加0.01則會(huì)增加2.4%~2.8%的能耗，減少0.01則會(huì)減少2%~3%的能耗。體形系數(shù)在寒冷地區(qū)放寬，就會(huì)減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值，在現(xiàn)有技術(shù)條件下難以達(dá)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值，會(huì)增加成本投入[2]。

低層建筑體形系數(shù)約為0.52，4~8層建筑體形系數(shù)約為0.33，可以控制建筑整體能耗。高層建筑體形系數(shù)為0.23。寒冷地區(qū)的建筑的層高在≥14層時(shí)，體形系數(shù)可以為0.26。建筑耗能量指標(biāo)與體形系數(shù)成正比。

2.4 室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)

1）光環(huán)境。建筑朝向的合理設(shè)計(jì)能保證最佳的采光性能，要利用好建筑物的天井、中庭等采光部分，要能確保室內(nèi)空間有足夠的天然光線停留；為改善室內(nèi)的自然光分布，要利用好自然光調(diào)控設(shè)施（反光板、反光鏡等）；采取節(jié)能效果好的照明設(shè)備，降低能耗。

2）熱環(huán)境。優(yōu)化建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，避免外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度不當(dāng)，使太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)后給居住者帶來的不適；設(shè)置溫度與濕度調(diào)控系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)的整體環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓室內(nèi)達(dá)到最佳的溫度與濕度；溫度可調(diào)區(qū)域的大小應(yīng)設(shè)計(jì)合理，以便為居住者提供良好的室內(nèi)感受。

3）聲環(huán)境。在布置建筑平面、劃分建筑空間時(shí)，可以采取動(dòng)靜分區(qū)的基本原則，要能有效減少房間的噪聲干擾，保持室內(nèi)環(huán)境的安靜。需合理選用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，采取更加高效的隔音減噪措施，確保室內(nèi)隔聲效果符合實(shí)際要求[3]。

2.5 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)

1）外墻。冬季保溫是寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)必須考慮的要點(diǎn)。在保證建筑安全性基礎(chǔ)上，要采取外保溫結(jié)構(gòu)，確保良好的熱穩(wěn)定性，減少熱橋處熱損失值，對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效保護(hù)。外墻保溫系統(tǒng)中保溫材料的選擇很關(guān)鍵，在寒冷地區(qū)建筑生態(tài)設(shè)計(jì)中，外墻保溫材料的選擇需結(jié)合自身實(shí)際情況合理確定。寒冷地區(qū)常用的幾種保溫材料見表1。

表1 寒冷地區(qū)常用的幾種保溫材料

2）屋面。寒冷地區(qū)建筑屋面設(shè)計(jì)中，將保溫材料設(shè)在防水層之上的倒置式保溫屋面是當(dāng)下使用最為廣泛的一種構(gòu)造類型，采用該方法可以保護(hù)防水層，防止內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，對(duì)保溫材料的性能要求更高。XPS板、硬質(zhì)PU板等是目前使用最廣泛的保溫材料。為打造生態(tài)建筑，可以采用屋頂綠化方案，在屋頂種植抗寒能力強(qiáng)的植物，屋頂?shù)母餐林脖豢梢云鸬搅己玫谋嘏c隔熱作用。屋頂綠化設(shè)計(jì)不僅要能確保植物的健康生長(zhǎng)，更要做好屋面保護(hù)，避免對(duì)建筑物的屋頂安全產(chǎn)生影響。植物灌溉用水要少，可利用屋頂空調(diào)冷凝水與屋頂雨水收集回灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。

3）門窗。溫差變化大是寒冷地區(qū)的一大特征，這會(huì)對(duì)建筑造成極大影響，會(huì)降低外墻窗戶的散熱性能，影響保溫效果，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)讓門窗產(chǎn)生變形，影響外窗氣密性，在冬季還會(huì)有冷空氣滲入。寒冷地區(qū)的建筑生態(tài)設(shè)計(jì)，要對(duì)門窗的保溫性能進(jìn)行改善，可以采用斷橋鋁合金Low-E中空玻璃制作而成的門窗，保證冬季室內(nèi)熱量不會(huì)通過門窗散失[4]。

2.6 建筑物的入口設(shè)計(jì)

寒冷地區(qū)冬天有必要做好建筑物的入口設(shè)計(jì)，以防止室外冷風(fēng)進(jìn)入建筑物中。設(shè)置建筑物入口時(shí)，要考慮到平面布局，不要將其設(shè)置在冬季主導(dǎo)風(fēng)向上，建筑物的入口要根據(jù)周圍風(fēng)速的情況變化合理做好入口設(shè)計(jì)，減少冷風(fēng)滲透，有效控制建筑物的綜合能耗。設(shè)計(jì)入口形式時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采取保溫措施，如采用門斗設(shè)置，可以形成從室外到室內(nèi)的過渡空間，保溫效果好，能避免冷風(fēng)直接進(jìn)入室內(nèi)，減少建筑物的熱量損失[5]。

2.7 節(jié)水設(shè)計(jì)

寒冷地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)要堅(jiān)持生態(tài)理念，做好節(jié)水及水資源的利用。節(jié)約水資源要從生產(chǎn)、運(yùn)輸、排放等全過程進(jìn)行控制，避免發(fā)生水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象；選擇節(jié)水設(shè)備，加強(qiáng)水資源的利用。采取廢污分流、中水回用等技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)污水的處理與再利用；要做好雨水、雪水的收集與再利用，將這部分水轉(zhuǎn)化為灌溉、沖廁等用水。

3 結(jié)語

生態(tài)設(shè)計(jì)在寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是我國綠色發(fā)展的主要方向之一，能滿足時(shí)代發(fā)展需求以及人們對(duì)高品質(zhì)建筑的需求。由于寒冷地區(qū)相比于一般地區(qū)，在氣候方面存在較大差異，因此，建筑生態(tài)設(shè)計(jì)有很多不同，保暖便是其中的要點(diǎn)之一。為全民提升建筑的生態(tài)效果，確保建筑的適應(yīng)度，要結(jié)合寒冷地區(qū)的實(shí)際情況，采取更加全面的、高效的生態(tài)設(shè)計(jì)方法，從多個(gè)方面控制建筑節(jié)能效果，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的基本要求。