王 琳 蘇舒陽 李任嫻

隨著可持續(xù)發(fā)展思想的貫徹，建筑領域不斷推行綠色設計理念，建設情況有所好轉，但整體仍不樂觀。城鄉(xiāng)建設碳排放量占我國碳排放總量約1/3，建筑能耗量占我國總能耗的比例近30%，且隨著城鎮(zhèn)化不斷推進和產業(yè)結構持續(xù)深化，城鄉(xiāng)建設領域的碳排放量占比將呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢。因此，建筑設計注重綠色低碳、環(huán)保節(jié)能，降低建筑能耗，構建生態(tài)宜居的居住環(huán)境，既是順應“雙碳”目標的戰(zhàn)略背景，也是構建可持續(xù)發(fā)展與全面深化改革的社會需要。

1 綠色低碳節(jié)能設計的背景及意義

1.1 “雙碳”目標的提出

建筑作為實行綠色低碳的主要載體，設計上更加注重節(jié)能減排已經成為時代發(fā)展的趨勢，對“雙碳”目標的實現(xiàn)具有深遠的戰(zhàn)略意義。2022 年，住房城鄉(xiāng)建設部提出，“到2025 年，完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5 億m2以上，建設超低能耗、近零能耗建筑0.5 億m2以上”[1]，為建筑的綠色低碳節(jié)能設計指明了新的目標方向。

1.2 綠色低碳建筑的概念及發(fā)展

傳統(tǒng)建筑設計受時代發(fā)展、社會生產力和工藝技術等因素的影響，自然資源利用率低、能源消耗較大，而綠色低碳建筑的概念正是基于此提出，它指在使用建筑物（包括建筑材料、設備設施等）的全生命周期內，能夠減少石化能源消耗量，提高資源利用率，減少二氧化碳排放的建筑類型[2]。

居住建筑是承載人們生活行為的主要場所，其中較大比例的能耗是由分布在各處的鄉(xiāng)村居住建筑產生，碳排放量占比20%以上，因而其綠色節(jié)能設計顯得尤為重要，成為推進節(jié)能減排、綠色低碳，實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的首要目標。住宅節(jié)能設計是將綠色低碳作為核心設計理念，對住宅整體布局、材料應用、設施設備規(guī)劃及各細節(jié)部分進行科學設計的過程[3]，采用各類生態(tài)材料和節(jié)能技術，最終達到低能耗、低污染、低排放、高效能的綠色低碳生態(tài)化鄉(xiāng)村住宅。

2 鄉(xiāng)村居住建筑綠色低碳節(jié)能設計的現(xiàn)狀研究

2.1 鄉(xiāng)村居住建筑環(huán)境面臨的問題

近年來，我國高度重視鄉(xiāng)村發(fā)展建設，積極推進“美麗鄉(xiāng)村”“鄉(xiāng)村振興”“康居工程”等，從各方面改善人居環(huán)境。但大部分現(xiàn)有鄉(xiāng)村居住建筑環(huán)境仍然面臨諸多問題，比如地理位置相對偏僻，經濟條件落后，道路硬化、雨污水處理等基礎市政建設落后，缺乏配套設施和大面積綠化，環(huán)境污染嚴重。加上建筑多是村民自建，采用廉價不環(huán)保材料，未進行保溫、通風、隔熱等方面的專業(yè)處理，室內熱舒適性較差，導致空調、煤炭等各類能源消耗增加，增加二氧化碳排放量。而且綠色低碳技術的應用，無論是新建還是改造，都需要在前期投入大量的資金成本，需要得到政府的有力支持，目前實行推廣力度不大。

2.2 綠色低碳節(jié)能設計研究現(xiàn)狀

國外部分高校較早開設了綠色建筑、環(huán)境工程等學科，美國推行綠色建筑認證體系（Leadership in Energy& Environmental Design Building Rating System，LEED），綠色建筑的迅速發(fā)展對建筑設計提出了新要求[4]。國外鄉(xiāng)村建筑的規(guī)劃新建，也較為注重節(jié)能、可持續(xù)等影響因素，提出“建筑節(jié)能”“生態(tài)村鎮(zhèn)”的設計思想，提倡減少使用不可再生資源，多利用太陽能、風能等綠色能源。生態(tài)村的建設多采用當?shù)亟ㄖ牧?，既降低造價，綠色環(huán)保，還能體現(xiàn)地域特色。此外，建筑選取有保溫、隔熱、氣密性的圍護材料，安裝利于通風散熱的設備，可以實現(xiàn)綠色低碳節(jié)能。

我國大約在1980 年開始對綠色建筑設計的初步研究，很多高校持續(xù)做相關方向的課題研究。鄉(xiāng)鎮(zhèn)同樣響應國家節(jié)能減排的號召，開始逐步重視規(guī)劃、建筑綠色節(jié)能的實施。近年來，越來越多的專家學者對鄉(xiāng)村規(guī)劃和住宅設計展開生態(tài)、低碳等內容研究，對村鎮(zhèn)規(guī)劃布局、低碳建筑改造、開發(fā)利用新能源、新型節(jié)能技術等提出了注意要點和建造策略，提出低碳鄉(xiāng)村建設，設計屋頂花園、生態(tài)陽臺等，吸收排放的二氧化碳，實現(xiàn)碳中和。

3 鄉(xiāng)村居住建筑綠色低碳節(jié)能設計的技術策略

目前研究來看，單一技術策略均有其局限性，將多種技術策略有機結合，采用“被動式技術+主動式技術+可再生能源+綠色景觀”的組合策略，打造鄉(xiāng)村居住建筑的低能耗技術體系，方式簡單、成本低，且高效節(jié)能，可實現(xiàn)綠色低碳建筑。

3.1 優(yōu)先采用被動式技術

被動式技術主要是通過提高建筑圍護結構本身的保溫隔熱技術、采用太陽輻射、自然通風采光等被動式節(jié)能措施，提高室內居住環(huán)境的熱舒適度，同時又大幅降低建筑能耗，高度節(jié)能，提升綠色人居品質。

3.1.1 充分利用被動式節(jié)能措施

加強天然采光和自然通風設計，提高熱舒適性。傳統(tǒng)鄉(xiāng)村住宅多采用單側開窗，室內光線較暗，對流通風環(huán)境較差，可通過軟件模擬天然采光、通風并進行優(yōu)化設計，適時增設對側外窗、屋頂天窗，控制外窗、屋頂天窗的位置、比例、開啟方式等，加強室內的自然通風和采光照度及均勻度，保證最大限度利用太陽光線，又避免過多的太陽輻射造成室內熱量升高，增加空調能耗。窗戶宜選用鋁包塑鋼材質的被動式節(jié)能窗，改善鄉(xiāng)村居住建筑冬夏季室內溫度、濕度，有效提高熱舒適性，降低能耗。多層建筑可結合樓梯間造型設計自然通風塔，增強室內自然通風。

設計可調節(jié)陽光房或花園陽臺。條件允許時增設可調節(jié)陽光房，采用可旋轉玻璃外門或可以調節(jié)開啟角度的玻璃外窗，外側及頂部增設百葉，靈活調節(jié)被動存蓄的太陽能。冬季室外寒冷，關閉陽光房外窗，打開百葉，太陽輻射通過陽光房儲能，加熱室內空氣，降低室內采暖能耗；夏季室外炎熱，白天關閉外窗，防止室外熱空氣進入室內，夜晚開啟，將室內熱空氣散出室外，同時白天開啟陽光房百葉，有效阻擋太陽輻射進入室內加熱室內空氣，降低室內空調能耗。通過可調節(jié)陽光房的設計，被動式有效調節(jié)室內熱環(huán)境，做到冬季保溫和夏季防熱，大大降低建筑能耗（圖1）。

圖1 可調節(jié)陽光房冬、夏季能耗分析圖（來源：作者自繪）

陽光房也可結合生態(tài)綠植，設計花園陽臺，美化空間的同時，植物和水可以進一步調節(jié)室內濕度和溫度，形成生態(tài)小氣候圈，對戶外環(huán)境進入室內起到緩沖作用，真正實現(xiàn)綠色低碳的效果。

3.1.2 提高建筑外圍護結構本身性能

采用綠色生態(tài)建材。北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)村住宅多采用磚木結構，新建或改造的住宅宜采用當?shù)厣鷳B(tài)綠色環(huán)保材料，節(jié)約造價同時又避免資源浪費。也可以適當引入部分裝配式結構，如低碳的輕木結構、預制輕鋼模塊，便于拆裝，實現(xiàn)資源的低碳循環(huán)利用。

加強圍護結構性能設計或改造。外圍護結構，主要針對建筑屋頂、墻體、門窗、地面等系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，增強各部分保溫通風隔熱性能，減少建筑與外部環(huán)境之間的熱損失，降低建筑能耗，降低投入成本。

墻體、屋頂、地面多增設保溫材料來加強冬季保溫，門窗多采用雙層Low-E中空玻璃結合斷橋鋁合金窗框，并增強各結構氣密性。屋頂還可架設通風層散熱，推廣屋頂綠化，對整個鄉(xiāng)村人居環(huán)境起到調節(jié)作用。

3.2 搭配新型主動式技術

和被動式技術相比，主動式技術通常科技性和技術性更高，能夠提供更加舒適、人性化、智能化的居住環(huán)境，但造價高，能耗大，短時間內難以在鄉(xiāng)村居住建筑中推廣使用，應和低成本的被動式技術搭配使用。

3.2.1 全空氣新風系統(tǒng)

通過設備進行氣流組織、新風送風和通風置換，實時環(huán)境監(jiān)測和智能控制，置換污濁空氣，調節(jié)室內溫度和空氣濕度，過濾消除細菌，實現(xiàn)全屋空氣每1 ～2 h 置換一次，在低碳節(jié)能的基礎上提升室內居住品質，打造恒溫、恒濕、恒氧、恒潔、恒靜的“五恒”系統(tǒng)。還可以采用具備新風熱回收功能的環(huán)能一體機，提供新風的同時滿足室內冷熱需求。全空氣系統(tǒng)可結合自然通風搭配使用，實現(xiàn)低能耗的同時提升居住環(huán)境舒適度。

3.2.2 全屋智能控制系統(tǒng)

隨著數(shù)字化、智能化的全面發(fā)展，打造全面升級的第二代物聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)，搭載云服務中心實現(xiàn)遠程控制、智能診斷與監(jiān)測，24 h 監(jiān)測室內環(huán)境狀態(tài)，實時調整，節(jié)省能源。

3.2.3 鄉(xiāng)村智能控制平臺

結合全屋智能系統(tǒng)，進一步搭建可視化的數(shù)據(jù)智能控制平臺，兩者相互補充，方便使用者實時掌握房屋能耗情況。屋頂設置氣象站，收集氣象環(huán)境信息。室內物聯(lián)網(wǎng)傳感器可收集各類數(shù)據(jù)能耗情況，如室內溫濕度、實時光伏發(fā)電量等。

智能控制平臺還可實現(xiàn)互聯(lián)，進一步擴展至鄉(xiāng)村層級，收集各類鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)，如公共廁所用水量、光伏路面停車場等，便于信息集成管理和人居環(huán)境治理，實行低碳節(jié)能。

3.3 利用各類可再生能源

通過太陽能、風能、雨水等可再生能源的充分利用，結合被動式技術節(jié)約的能耗，與主動式技術消耗的能源相互平衡，實現(xiàn)“近零能耗”的建筑目標。

3.3.1 太陽能

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。住宅屋頂設置太陽能光伏板，坡屋面可設置太陽能光伏瓦，技術已相對成熟，甚至可以在陽光房鋪設彩色薄膜的太陽能光伏玻璃，儲備基礎電能的前提下，增強造型藝術表現(xiàn)力。

太陽能熱水系統(tǒng)。宜采用太陽能熱水器，白天通過收集太陽輻射，將能量轉化成熱能，以供平時洗澡、洗漱等生活需要，節(jié)約能耗。

3.3.2 雨水收集系統(tǒng)

設計獨立的雨水收集及處理系統(tǒng)，將收集的雨水和生活廢水及時進行凈化處理，凈化后中水可用于沖廁所、植物灌溉等，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。若住宅設計有花園陽臺，也可在種植槽下部預留儲水裝置，和雨水收集系統(tǒng)形成聯(lián)動（圖2）。

3.3.3 風能

風能的收集主要用于發(fā)電，對于風能的利用，可結合當?shù)氐臍夂蚝徒洕鷹l件進行。一年四季風力均有變化，風能的利用應主要在風力較大的時節(jié)。條件好的可以在住宅中安裝縱軸風渦輪機，可以和太陽能熱水系統(tǒng)在季節(jié)上實現(xiàn)互補，太陽能在夏季被最大化利用，縱軸風渦輪機則在冬季這一風力最強的季節(jié)被廣泛利用[5]。

3.4 配套低碳景觀設計

除建筑主體，鄉(xiāng)村居住建筑多有自己的院落空間，可貫徹綠色節(jié)能策略，進行低碳景觀設計。庭院宜種植綠色植物，結合雨水收集系統(tǒng)進行澆灌，美化居住空間的同時，吸收排放的二氧化碳。也可利用廢舊磚瓦、木窗、砌塊等材料，通過不同的組合方式形成有設計感的鋪裝和景觀墻，既體現(xiàn)鄉(xiāng)村風貌和鄉(xiāng)土文化，也做到了廢物利用，低碳環(huán)保。院落景觀設計采用低碳海綿形式，完善雨污管線的排水機制，完成雨洪實時下滲，補充地下水。增設過濾凈化設施，收集雨水可用于綠化系統(tǒng)的水分供給，形成雨水花園。

4 結語

“雙碳”戰(zhàn)略目標將建筑綠色、低碳、節(jié)能推上了新高度，但我國的鄉(xiāng)村居住建筑仍以村民自建居多，較少關注建筑能耗問題，成為我國建筑節(jié)能減排關注的對象。鄉(xiāng)村住宅的綠色低碳設計，要求建筑師本著節(jié)能環(huán)保和以人為本的原則，從整體規(guī)劃到建筑材料、技術的運用都要周全考慮，采用“優(yōu)先采用被動式技術，搭配主動式技術，利用一切可再生能源，配套低碳景觀設計”的策略力求達到能源平衡，降低住宅從建造到使用的全生命周期內的建筑能耗，實現(xiàn)綠色低碳節(jié)能的同時為人們提供舒適的人居環(huán)境，有序推進鄉(xiāng)村住宅節(jié)能設計工作，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。