徐龍瑞

（中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430061）

1 寒冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)與綠色設(shè)計(jì)策略研究

1.1 建筑朝向布局

建筑朝向選擇是人類(lèi)生活適應(yīng)自然規(guī)律的重要體現(xiàn)，對(duì)于室內(nèi)采光、保溫避寒具有重大作用。 通過(guò)太陽(yáng)照射獲取盡可能多的熱量， 能夠減少取暖設(shè)備的能耗。 在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，建筑朝向大多為坐北朝南，在朝向設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)氣候環(huán)境及周邊建筑布局進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)分析模擬結(jié)果，提出合適的設(shè)計(jì)策略。比如，延吉市的最佳建筑朝向?yàn)槟掀珫|20°，長(zhǎng)春市的最佳建筑朝向?yàn)槟掀?7.5°。 室外風(fēng)環(huán)境也是影響建筑能耗的重要因素，當(dāng)建筑群布局不同時(shí)，會(huì)影響氣流走向，如果風(fēng)環(huán)境狀態(tài)惡劣，則無(wú)法形成優(yōu)質(zhì)的自然風(fēng)，不僅會(huì)增加夏季空調(diào)負(fù)擔(dān)，還會(huì)增加冬季采暖成本，所以，采用模擬軟件對(duì)環(huán)境進(jìn)行模擬， 分析出最佳的建筑朝向和布局， 靈活采用錯(cuò)列式、并列式、斜列式、自由式、周邊式等多種布局方式。

1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

研究表明， 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失占總耗熱量的70%以上，所以，外墻和屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)至關(guān)重要，同時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的圈梁、構(gòu)造柱等周邊熱橋部分也要做針對(duì)性的處理。 根據(jù)保溫層位置劃分，外墻保溫構(gòu)造可以分為單一保溫外墻、夾心保溫外墻、內(nèi)保溫外墻、外保溫外墻等。 相對(duì)而言，外墻外保溫是最高效、最科學(xué)的保溫節(jié)能技術(shù)，能夠獲得良好的建筑節(jié)能效果。 外墻外保溫主要由保溫層、面層組成。 常用的保溫層材料有聚苯乙烯板、玻璃棉氈、巖棉板等，通過(guò)釘固或粘貼的方式加以固定。 超輕保溫漿料可以直接涂抹在外墻表面，面層主要是聚合物水泥砂漿，能夠起到有效的保護(hù)固定作用。 外墻外保溫不會(huì)產(chǎn)生熱橋，有利于保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定，可以減少溫度波動(dòng)對(duì)墻體的破壞，延長(zhǎng)建筑的使用壽命，而且方便施工，不會(huì)影響室內(nèi)裝修。 在建筑設(shè)計(jì)中，時(shí)通常會(huì)采用外墻外保溫系統(tǒng)，尤其是在老舊小區(qū)改造過(guò)程中，其應(yīng)用更為方便[1]。

除了建筑外墻，屋頂也對(duì)建筑節(jié)能影響顯著，必須要做好屋頂?shù)谋馗魺嵩O(shè)計(jì)。 現(xiàn)代建筑大多采用平屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。平屋頂保溫構(gòu)造分為正置式和倒置式兩種， 應(yīng)盡可能采用倒置式保溫， 這樣能夠有效減少溫度變化和太陽(yáng)輻射對(duì)防水層的不利影響。 除了設(shè)置保溫層，平屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)還可以通過(guò)屋頂綠化和架空通風(fēng)實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)設(shè)置架空隔熱層可以產(chǎn)生良好的通風(fēng)效果，但不適宜在寒冷地區(qū)采用。 屋頂綠化不但具有良好的保溫隔熱作用，而且能夠提高城市綠化率。 另外，直接與土壤、空氣接觸的地面也要做節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)，在寒冷地區(qū)或?qū)Ρ匦阅芤筝^高的建筑，可以對(duì)整個(gè)地面鋪設(shè)聚苯板，以滿足建筑節(jié)能要求。

1.3 門(mén)窗節(jié)能措施

門(mén)窗是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)， 為了提高建筑門(mén)窗節(jié)能效果：（1）要控制窗墻比，嚴(yán)格遵循不同熱工分布區(qū)不同朝向窗墻比限值，比如，在寒冷地區(qū)，北向窗墻比限值為0.3，南向窗墻比限值為0.5，東西向窗墻比限值為0.35，同時(shí)，還要考慮采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)窗面積與建筑能耗比等其他要求，應(yīng)基本滿足較大進(jìn)深房間的采光需求。 （2）要提高窗戶的氣密性，嚴(yán)格控制空氣滲透。 一般情況下，居住型建筑7 層以下氣密性不能小于3 級(jí)，7 層以上氣密性不能小于4 級(jí)， 公共建筑的氣密性不能小于4 級(jí)。 可以通過(guò)安裝密封條等措施進(jìn)行特殊密封處理。（3）選擇合適的材料，減少傳熱能耗。 為了減少窗框、窗扇型材傳熱能耗，應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。 現(xiàn)階段，PVC 塑料型材導(dǎo)熱系數(shù)最小， 也可以采用斷橋式窗戶， 阻斷能量傳遞的熱橋。 為減少玻璃的傳熱耗能，采用真空玻璃、中空玻璃、LOW-E玻璃、熱反射玻璃都可以降低窗戶傳熱系數(shù)；采用隔熱保溫窗簾也有明顯的節(jié)能效果。 門(mén)的節(jié)能設(shè)計(jì)需要從入戶門(mén)、陽(yáng)臺(tái)門(mén)兩方面著手，應(yīng)選擇傳熱系數(shù)合適的入戶門(mén)，對(duì)于落地玻璃陽(yáng)臺(tái)門(mén)可以作為外窗進(jìn)行處理。

1.4 其他綠色設(shè)計(jì)

綠色建筑設(shè)計(jì)不僅包含節(jié)能設(shè)計(jì)，而且還需要從節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)境保護(hù)等方面著手，提高建筑的綠色性和健康性。（1）充分利用清潔能源。 太陽(yáng)能是一種利用水平比較成熟的清潔能源， 在屋面安裝太陽(yáng)能集熱器， 可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，為建筑提供熱水。 南向坡太陽(yáng)能設(shè)計(jì)是北方寒冷地區(qū)采取的普遍策略，將屋面和集熱器一體化設(shè)計(jì)，能夠保證建筑的美觀和節(jié)能效果。 （2）在節(jié)材設(shè)計(jì)方面，盡可能選取適宜的本地材料，形成獨(dú)特的建筑風(fēng)格，既可以降低材料成本，又可以減少運(yùn)輸成本，所以，要加大對(duì)本地特有材料的研究，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代化處理工藝加以利用。 （3）在節(jié)水設(shè)計(jì)方面，應(yīng)充分重視超壓出流問(wèn)題，改善二次供水技術(shù)。 通過(guò)設(shè)置減壓閥等方式，將給排水管網(wǎng)各用水點(diǎn)供水壓力控制在一定范圍內(nèi)。 設(shè)計(jì)中水利用系統(tǒng)和雨水回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分質(zhì)供水的效果，提高水資源利用率。 推廣使用節(jié)水器具，在滿足使用功能的同時(shí)，限制出水流量，縮短出水時(shí)間，有效減少跑冒滴漏問(wèn)題[2]。

2 濕熱地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)與綠色設(shè)計(jì)策略研究

濕熱地區(qū)綠色建筑設(shè)計(jì)的核心就是降低建筑本體能耗，關(guān)鍵在于通過(guò)建筑空間設(shè)計(jì)減少建筑得熱，增強(qiáng)自然通風(fēng)。 重新解構(gòu)建筑空間與建筑環(huán)境的內(nèi)在邏輯關(guān)系， 采用建筑氣候設(shè)計(jì)方法，能夠與綠色建筑內(nèi)涵本質(zhì)高度契合，是實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)的有效途徑。

2.1 建筑空間通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1.1 外部空間自然通風(fēng)

從氣候特點(diǎn)、設(shè)計(jì)順序等方面出發(fā)，自然通風(fēng)都是應(yīng)該優(yōu)先考慮的問(wèn)題。 建筑空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)需要將總體布局、建筑空間與形態(tài)、自然資源有機(jī)整合，創(chuàng)造出自然、舒適的建筑室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境。 從建筑內(nèi)部空間上看，自然通風(fēng)設(shè)計(jì)順序應(yīng)該從外到內(nèi)依次進(jìn)行。 建筑與周邊環(huán)境共同組成的空間作為外部空間，在保護(hù)好場(chǎng)地原有生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，將擬建建筑與場(chǎng)地條件作為一個(gè)有機(jī)整體，考量建筑的朝向位置、組合方式、體量形態(tài)，并結(jié)合景觀綠化、雨水收集等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，營(yíng)造一個(gè)有利于建筑通風(fēng)和室外活動(dòng)的外部空間風(fēng)環(huán)境。

在建筑位置、朝向、布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)濕熱氣候的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)機(jī)理，抓住兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：建筑主立面要盡可能迎向夏季主導(dǎo)風(fēng)向；要有效避免建筑群落對(duì)自然風(fēng)的阻擋干擾，按照風(fēng)影形成規(guī)律， 適當(dāng)調(diào)整建筑主立面寬度及與主導(dǎo)風(fēng)向的角度，通過(guò)建筑群落各種交錯(cuò)方式，有效減小風(fēng)影區(qū)，為形成良好的自然通風(fēng)條件奠定基礎(chǔ)。 對(duì)于獨(dú)棟建筑，主立面盡量朝南或南偏西，建筑形態(tài)為板樓時(shí)，自然通風(fēng)效果較好，但是在背立面和兩側(cè)會(huì)形成局部強(qiáng)風(fēng)區(qū)，當(dāng)有其他建筑相鄰時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域風(fēng)速過(guò)大， 尤其是高層建筑設(shè)計(jì)需要控制其寬度和高度， 可以在局部適當(dāng)開(kāi)孔， 這樣能有效緩解局部強(qiáng)風(fēng)效果。由建筑產(chǎn)生的空氣阻力也是必須要考慮的問(wèn)題。建筑形態(tài)呈流線型時(shí)，風(fēng)阻較小，特別是超大體量建筑。 流線型設(shè)計(jì)能夠避免建筑風(fēng)壓、 風(fēng)速過(guò)大， 并且降低對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響，因此，世界上許多知名建筑都會(huì)采用這種外形處理方式。自然通風(fēng)具有隨機(jī)多變的特點(diǎn)，應(yīng)該充分結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)、模擬分析等科學(xué)方法，提升建筑的綠色性能和形式美。結(jié)合自然環(huán)境，利用水體、植被等生態(tài)因素，能夠人為地營(yíng)造良好的外部風(fēng)環(huán)境。 植樹(shù)綠化能夠起到遮陽(yáng)降溫的作用，而且建筑與樹(shù)林之間會(huì)形成溫度差，有利于建筑通風(fēng)。 將水景設(shè)置在場(chǎng)地上風(fēng)向，能夠營(yíng)造水陸風(fēng)，同樣可以達(dá)到增強(qiáng)通風(fēng)的效果。 當(dāng)建筑空間與生態(tài)環(huán)境存在矛盾時(shí)，可以采用架空層的設(shè)計(jì)方法，盡可能避免工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。 在高密度居住區(qū)也可以采用立體綠化的方式，提升建筑外立面綠化效果，真正實(shí)現(xiàn)建筑與自然環(huán)境相融共生。

2.1.2 內(nèi)部空間自然通風(fēng)

在外部空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)良好的情況下， 建筑表面及內(nèi)部空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)主要解決自然風(fēng)的“用”和“防”的問(wèn)題，以及對(duì)風(fēng)向和風(fēng)速的調(diào)控。 通過(guò)設(shè)計(jì)孔洞、內(nèi)部空間調(diào)整可以把控自然風(fēng)的流速和流向。 在建筑表面的通風(fēng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮在迎風(fēng)面和背風(fēng)面合理設(shè)置門(mén)窗、洞口等孔洞，盡可能將風(fēng)引進(jìn)來(lái)，然后再根據(jù)需要，對(duì)風(fēng)量、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。 由于風(fēng)速會(huì)隨著建筑高度的增加而增大，所以，高層建筑外窗設(shè)計(jì)要慎重考慮，以解決風(fēng)壓過(guò)大的問(wèn)題[3]。

建筑內(nèi)部空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)除了表面設(shè)置孔洞， 還與內(nèi)部空間形態(tài)，以及空間之間的聯(lián)動(dòng)密切相關(guān)。 通常情況下，流暢、貫通的空間自然通風(fēng)良好，但是，空間的高效應(yīng)用也是必須要考慮的問(wèn)題。 根據(jù)濕熱地區(qū)的氣候條件，建筑平面設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能以東西向?yàn)殚L(zhǎng)軸布置，主立面朝向南北，或者采用分散式布局，每一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子空間單獨(dú)做通風(fēng)設(shè)計(jì)。 在空氣流通的路徑上， 如何設(shè)置合理孔洞面積成為制約通風(fēng)效果的關(guān)鍵。 嶺南廣府民居中的竹筒屋內(nèi)部房間之間采用隔斷分隔，通過(guò)流暢貫通的空間營(yíng)造良好的風(fēng)場(chǎng)， 達(dá)到改善室內(nèi)熱環(huán)境的目的。 除了基于風(fēng)壓通風(fēng)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，還可以充分利用熱壓通風(fēng)原理。 在風(fēng)速微弱、氣候悶熱時(shí)，尤其是在大空間、大進(jìn)深建筑中，僅僅依靠風(fēng)壓通風(fēng)是不能滿足室內(nèi)風(fēng)環(huán)境需求的，這時(shí)應(yīng)結(jié)合熱壓通風(fēng)共同改善，著重考慮氣流出入口位置、水平空間和豎向空間形態(tài)及相關(guān)組合關(guān)系。 實(shí)踐表明，通過(guò)加大進(jìn)出風(fēng)口的高度差、溫度差能夠有效提升熱壓通風(fēng)效果。

2.2 建筑空間防熱設(shè)計(jì)

2.2.1 建筑表面防熱設(shè)計(jì)

建筑受熱主要來(lái)源于太陽(yáng)輻射、溫差傳導(dǎo)、空氣滲透等途徑，其中，太陽(yáng)輻射是最主要的方式，所以，建筑防熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵并在于對(duì)太陽(yáng)輻射的躲避。 根據(jù)濕熱地區(qū)的特點(diǎn)，減少建筑東西向的太陽(yáng)輻射的熱尤為重要。 設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減小建筑頂面以及東西墻面的面積，同時(shí)采用隔熱性能較好的材質(zhì)；減小窗墻比， 通常情況下， 夏熱冬暖地區(qū)南北向窗墻比限值為0.4，東西向窗墻比限值為0.3；做好建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，通過(guò)水平式遮陽(yáng)、垂直式遮陽(yáng)、擋板式遮陽(yáng)、綜合式遮陽(yáng)等形式的靈活運(yùn)用，發(fā)揮最佳的遮陽(yáng)作用，屋面遮陽(yáng)處理也同樣重要；加強(qiáng)各界面的立體綠化處理，促使地面植被與屋頂綠化融為一體。

2.2.2 建筑外部防熱設(shè)計(jì)

建筑外部空間防熱設(shè)計(jì)與自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是相同的，都是結(jié)合自然條件進(jìn)行景觀綠化設(shè)計(jì)，利用植被、水體的蒸騰作用實(shí)現(xiàn)吸熱降溫。 根據(jù)相關(guān)研究，建筑區(qū)域的溫度比綠化區(qū)域的溫度高6～8℃， 形成的溫度差會(huì)促使局部空氣流動(dòng)，從而改善區(qū)域熱環(huán)境。 在用地緊張區(qū)域，使相鄰建筑東西兩側(cè)墻盡量靠近，能夠形成互相遮陽(yáng)的效果。 廣州西關(guān)大屋中的冷巷就體現(xiàn)了這種防熱設(shè)計(jì)思想。

2.2.3 建筑內(nèi)部防熱設(shè)計(jì)

與建筑表面防熱設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)， 內(nèi)部空間防熱設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步抑制和減少太陽(yáng)輻射、溫差傳導(dǎo)、空氣滲透，關(guān)鍵在于與建筑表面直接關(guān)聯(lián)的過(guò)渡區(qū)域處理。 在主要熱源來(lái)路設(shè)置功能空間、緩沖空間，構(gòu)成完整的防御空間體系。 比如，一般住宅建筑的陽(yáng)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，公共建筑將交通、衛(wèi)生等輔助空間布置在建筑溫度較高的東西兩側(cè)等， 也可以對(duì)過(guò)渡空間進(jìn)行通風(fēng)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)， 著名建筑師巴卡設(shè)計(jì)的燈塔酒店內(nèi)部有一條遮陽(yáng)廊道，不僅創(chuàng)造了健康、舒適的熱環(huán)境，而且給人一種純凈、自然、和諧的美感[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 運(yùn)用建筑節(jié)能技術(shù)與綠色設(shè)計(jì)策略能夠?yàn)槿藗儬I(yíng)造一個(gè)健康、舒適、高效的使用空間。 在策劃設(shè)計(jì)時(shí)，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和調(diào)查研究工作，充分結(jié)合區(qū)域氣候條件、地形地貌、植被覆蓋、水文條件等多種因素，滿足綠色建筑設(shè)計(jì)要求，保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性、可行性。