張 樺

(上?，F(xiàn)代建筑設計(集團)有限公司，上海 200000)

1 綠色建筑設計的意義

1.1 綠色設計的概念

綠色設計應用在建筑設計行業(yè)，是指貫徹綠色理念，使用信息化技術(shù)，在常規(guī)設計上提供的增值服務設計內(nèi)容；是建筑設計充分考慮當?shù)貧夂驐l件，綜合環(huán)境負擔、室內(nèi)外舒適度及建造經(jīng)濟成本等各方面因素后，以性能化分析為支撐手段而進行的空間、體形、圍護結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、設備系統(tǒng)等的設計；以規(guī)劃設計為核心充分并綜合利用綠色技術(shù)、產(chǎn)品與材料，以達到減少能源消耗與環(huán)境影響的目標。

圖1 綠色建筑設計概念解析

綠色設計主要體現(xiàn)在室內(nèi)外風環(huán)境的營造、聲環(huán)境的控制、光環(huán)境的調(diào)節(jié)以及熱環(huán)境的優(yōu)化等方面，而這些設計優(yōu)化往往是同時進行、同步考慮的。

1.2 綠色設計的特點

綠色設計與傳統(tǒng)建筑設計不同之處主要體現(xiàn)在以下4個方面。首先是設計效果的可量化。傳統(tǒng)建筑設計也注重室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的營造，也考慮室內(nèi)通風風路的設計，但是基本上靠的是設計師的經(jīng)驗與感性認識，而綠色設計則可在此基礎(chǔ)上更進一步，依托性能化計算進行量化的理性分析，能控制每一步設計改進的通風效果，給設計改動或方案比較以量化的數(shù)據(jù)支撐，使設計更為理性化(如圖 2)。

第二個特點是綠色設計能夠?qū)⒍康挠嬎阒庇^而形象地表現(xiàn)出來，方便設計改進與結(jié)果呈現(xiàn)。傳統(tǒng)設計中涉及的部分技術(shù)只能用經(jīng)驗公式或簡化圖表計算，過程復雜且結(jié)果抽象，計算結(jié)果的驗證也只能通過經(jīng)驗或者計算書的檢查來實現(xiàn)，對于某些非專業(yè)的業(yè)主或者使用者就很難表達清楚。綠色設計借助計算機仿真技術(shù)將傳統(tǒng)的定量設計方法進行可視化。如圖3(b)為某大空間建筑的氣流組織分析圖，與圖3(a)的計算方法相比，結(jié)果一目了然，可直接根據(jù)結(jié)果為風口布置的密度、出口風速以及風口形式的優(yōu)化提出改進建議。

第三個特點是綠色設計可實現(xiàn)建筑性能設計的最優(yōu)化。傳統(tǒng)設計也利用仿真模擬，但一般是在整體方案成型后，利用模擬對其性能進行驗證

圖2 綠色設計的可量化

圖3 綠色設計的可視化

性分析，調(diào)整也只能是已有的設計格局下微調(diào)；而綠色設計是從設計起點開始即將建筑性能作為一個因子參與設計思維，與設計的每一步推敲緊密結(jié)合進行預測分析，甚至推動設計演變，使建筑整體性能達到已有條件下的最優(yōu)(如圖4)。

最后一個特點是綠色設計的集成性。傳統(tǒng)設計中對建筑性能的優(yōu)化分析或技術(shù)應用都是單一方面的，如利用自然通風技術(shù)改進室內(nèi)風環(huán)境；而實際上設計是一個綜合的過程，牽一發(fā)而動全身，為通風而作的優(yōu)化設計可能會影響到室內(nèi)采光與建筑能耗。綠色設計則是綜合考慮各方面因素，進行集成而協(xié)同的性能分析，綜合并協(xié)調(diào)各個專業(yè)，應用綠色適用的技術(shù)，對建筑進行集成優(yōu)化設計。

1.3 綠色設計的作用

如今建筑對環(huán)境的影響、對資源能源的消耗越來越受到社會各界的重視，強調(diào)綠色可持續(xù)的建筑已是各國建筑的發(fā)展趨勢。而通過綠色設計，以建筑本體設計為核心，協(xié)調(diào)各個專業(yè)，恰當?shù)貞镁G色技術(shù)，可以使綠色建筑的實現(xiàn)事半功倍。綠色設計的作用主要體現(xiàn)在以下3個方面：一是從設計之初即貫徹綠色理念，從而使建筑有良好的設計基礎(chǔ)，能夠適應氣候特點，從而減小對耗能設備的依賴，可以大大降低建筑能耗與建筑投資；二是綠色設計選擇適用技術(shù)進行最優(yōu)化設計，可大大降低綠色技術(shù)的投入成本；三是綠色設計始終以建筑性能為目標，性能化分析伴隨著設計的每一步，因此能夠保證建筑建成后的環(huán)境品質(zhì)。

2 綠色建筑的發(fā)展

2.1 國際綠色建筑發(fā)展

近年來各國都在推行可持續(xù)的綠色建筑，實行綠色建筑認證制度，通過不同綠色建筑評價體系認證的綠色建筑數(shù)量增長迅猛。

美國綠色建筑評價體系LEED是目前世界上應用最廣泛的，截至2012年2月，共申請LEED認證項目數(shù)106 908個，其中商業(yè)建筑33 198個，住宅建筑73 710個；實際通過LEED認證項目數(shù)29 748個，其中商業(yè)建筑11 818個，住宅建筑17 930 個(如圖 5)。

圖4 綠色設計的方案演進過程

圖5 LEED認證統(tǒng)計

新加坡綠色建筑計劃始于2005年，在推行7年后獲得良好的效果，影響力擴大到整個東南亞地區(qū)，已經(jīng)逐步走向成熟。截至2011年，獲得綠色標志的建筑超過840棟，建筑面積共計2 500萬m2，占到全國總建筑面積的12%。新加坡政府計劃在2030年80%的建筑要通過綠色建筑認證。

英國的BREEAM最早推行的綠色建筑認證體系，自1990年以來，BREEAM共評估英國市場25%～30%的新建辦公建筑。截至2012年全球超過245 000棟建筑完成BREEAM認證，另有超過950 000棟建筑已申請認證，除英國外其他國家和地區(qū)共有300多棟建筑申請BREEAM認證(如圖 6、7)。

澳大利亞綠色建筑認證的發(fā)展截至2012年9月14日，申請“綠色之星”認證的注冊項目為520項，通過認證的綠色建筑工程共501項，其中辦公建筑409棟，通過認證的面積達到7 973 691 m2。

2.2 國內(nèi)綠色建筑發(fā)展

我國從2006年頒布《綠色建筑評價標準》開始，陸續(xù)出臺了《綠色建筑評價技術(shù)細則》《綠色建筑評價技術(shù)細則補充說明(規(guī)劃設計部分)》《綠色建筑評價技術(shù)細則補充說明 (運行使用部分)》《綠色工業(yè)建筑評價導則》《民用建筑綠色設計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標準》《綠色商店建筑評價標準》《綠色超高層建筑評價技術(shù)細則》《綠色校園評價標準》《綠色生態(tài)城區(qū)評價標準》等標準，并且已有20個地方在國家標準基礎(chǔ)上推出了地方的綠色建筑評價標準，經(jīng)過逐步完善與發(fā)展，形成了一套較為完整的綠色建筑標準體系。而且結(jié)合綠色項目的經(jīng)驗積累，對2006年的《綠色建筑評價標準》進行了修編，目前新版標準已完成征求意見稿，將于2014年頒布。

隨著標準體系的完善，綠色建筑數(shù)量的增長速度在不斷加快。雖然2006年就出臺了綠色建筑評價標準，但我國的綠色建筑自2008年才進入實質(zhì)性的發(fā)展，從2008年10個、2009年20個，2010年已突破性的增長到82個；2011年增加了241個，幾乎比上一年增長了2倍；2012年389個，2013年518個，綠色建筑數(shù)量呈井噴式增長(如圖 8)。

圖6 新加坡綠色建筑發(fā)展預測

圖8 我國綠色建筑數(shù)量統(tǒng)計

國務院在2013年頒布的1號文轉(zhuǎn)發(fā)的綠色建筑行動方案中明確提出我國“十二五”期間要完成新建綠色建筑面積10億m2的目標，隨著政府推動，綠色建筑數(shù)量還將更加迅速的增加，對綠色設計的需求也將越來越大。

2.3 綠色建筑發(fā)展的影響因素

分析各國大力發(fā)展綠色建筑的因素(如圖9)，可以看到，降低能耗、更低的溫室氣體排放、保護自然資源、減少水資源消耗、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量是各國建造綠色建筑最重要的環(huán)境原因。也就是說，各國對綠色建筑設計作用的認知是較為統(tǒng)一的，即綠色建筑目標主要為降低能耗、減小建筑對環(huán)境的影響與提高建筑室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)這三大方面。

圖7 英國綠色建筑統(tǒng)計

圖9 建造綠色建筑的環(huán)境因素[1]

而分析影響各國綠色建筑發(fā)展的因素(如圖10)，可以看到“高昂的原始成本、缺乏政策支持/激勵、資本支出與運營成本節(jié)省之間的挑戰(zhàn)、缺少市場需求、可承受性——綠色是高端的、缺乏公共意識與缺乏專業(yè)人士”等因素是阻礙綠色建筑發(fā)展的因素。特別是高昂的原始成本，影響雖然2012年比2008年有所下降，但依然是各國綠色建筑首要關(guān)注的問題。由此也可以看出綠色設計的重要性。靠設備與技術(shù)堆砌的綠色建筑成本高昂，唯有通過綠色設計，從設計的根本上實現(xiàn)與環(huán)境融合、各專業(yè)協(xié)調(diào)、技術(shù)適宜，才能降低投資，實現(xiàn)便宜的綠色建筑。

3 綠色建筑設計的內(nèi)容與要點

3.1 綠色建筑設計涵蓋的內(nèi)容

綠色建筑設計所涵蓋的范圍很廣，涉及從宏觀的區(qū)域規(guī)劃到單體的專項設計，從新建建筑到改造項目，乃至綠色建筑的認證，都屬于綠色建筑設計的內(nèi)容。

圖10 影響綠色建筑發(fā)展的因素[1]

1)綠色城市區(qū)域規(guī)劃設計與咨詢。

在規(guī)劃階段，結(jié)合總體規(guī)劃理念進行環(huán)境分析、能源規(guī)劃等可持續(xù)城市規(guī)劃技術(shù)服務，取得滿足綠色、低碳、生態(tài)等要求的城市規(guī)劃文件。在前期階段，通過基于項目自然環(huán)境、社會環(huán)境、技術(shù)條件、技術(shù)成本的專業(yè)調(diào)研，確定建筑項目的實施目標和技術(shù)策略。主要設計技術(shù)包括綠色生態(tài)規(guī)劃咨詢與優(yōu)化設計、區(qū)域能源規(guī)劃咨詢與優(yōu)化設計、新建建筑節(jié)能評估專項分析和區(qū)域風環(huán)境分析與優(yōu)化設計。如現(xiàn)代設計集團做的包頭新都市中心區(qū)規(guī)劃風環(huán)境分析、青島藍海新港城風環(huán)境優(yōu)化、四方歡樂濱海城室內(nèi)外風環(huán)境分析等(如圖 11)。

2)建筑綠色專項設計。

在項目設計階段，設計結(jié)合日照分析、室外風環(huán)境模擬、室內(nèi)自然通風模擬、自然采光模擬、建筑遮陽模擬、圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能計算、建筑能耗模擬分析等分析技術(shù)，對設計進行優(yōu)化分析，推進設計。主要設計技術(shù)包括建筑采光遮陽設計與數(shù)值模擬分析、復雜建筑全年能耗及節(jié)能潛力分析、復雜式地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設計及仿真分析、室內(nèi)舒適度分析及優(yōu)化設計、日照分析、圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能分析。如：煙臺機場節(jié)能專項設計、上海虹橋產(chǎn)業(yè)樓全年能耗計算分析、復合式誠品書店文化商業(yè)綜合體地源熱泵土壤熱響應試驗和系統(tǒng)優(yōu)化分析、南京機場節(jié)能專項設計、京滬高速鐵路上海虹橋站遮陽系統(tǒng)專題研究、上海匯都公寓地源熱泵與太陽能熱水集成設計專項等(如圖12)。

3)既有建筑綠色改造設計。

不僅是新建建筑，對既有建筑改造也可以將綠色理念融入其中，做可持續(xù)的設計——尋求資源、環(huán)境與空間品質(zhì)的最佳平衡，使歷史得以延續(xù)，當下能夠適用，未來可以發(fā)展。將既有建筑改造需求同現(xiàn)有造型特征進行緊密結(jié)合，是綠色改造設計的一個重點與難點。此類設計實例如上海香港廣場南、北樓裙房外立面裝飾工程節(jié)能設計、銀河賓館節(jié)能改造、虹橋賓館節(jié)能改造等。

圖11 區(qū)域規(guī)劃風環(huán)境優(yōu)化示意

圖12 遮陽專項優(yōu)化設計示意

4)綠色建筑星級認證。

從建筑設計到最終綠色星級的認證，提供綠色建筑全過程服務內(nèi)容。如：項目綠色開發(fā)策劃、綠色星級目標定位可行性分析、綠色任務書設置、綠色規(guī)劃與建筑方案咨詢、綠色專項技術(shù)分析(日照分析、室外風環(huán)境模擬分析、室內(nèi)自然通風模擬分析、自然采光模擬分析、建筑遮陽模擬分析、室內(nèi)外環(huán)境噪聲模擬分析、圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能計算、建筑能耗模擬分析等)與綠色管理(施工綠色技術(shù)交底和綠色施工指導)等內(nèi)容，并代理委托專家團隊進行質(zhì)量控制，從而獲得國家綠色建筑星級認證和美國LEED認證。此類項目如蘇州誠品綠色建筑設計、申都大廈綠色建筑設計、湖州太湖旅游度假區(qū)綠色建筑設計、崇明陳家鎮(zhèn)能源中心綠色建筑設計等。截至2012年12月，上?，F(xiàn)代建筑設計集團已有17個項目獲得綠色建筑評價標識，11項為上海市項目，其中設計標識19項(上海市14項)，運營標識3項(上海市3項)，占上海市綠色建筑數(shù)量的25%(如圖13)。

3.2 綠色建筑設計應注意的問題

綠色建筑設計強調(diào)的是建筑對氣候的適應性，應首先通過建筑本體的設計盡可能實現(xiàn)建筑性能與品質(zhì)的優(yōu)化，如微環(huán)境設計(風環(huán)境優(yōu)化、日照控制)、建筑遮陽(活動外遮陽)、立體綠化(垂直綠化、屋頂綠化)、自然通風(通風隔音窗技術(shù)、中庭、拔風井、導風構(gòu)造)、自然采光(光導、光纖照明)、隔熱保溫(保溫遮陽一體化外窗、雙層幕墻、變色玻璃、斷熱橋構(gòu)造、氣密性)等設計，這也是需要資金投入最少的部分，投入產(chǎn)出比高；在此基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)暖通、電氣、給排水等專業(yè)進行技術(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)設備的高效運行，如智能照明(LED照明、光感控制)、能量回收利用(空調(diào)排風熱回收、冷凝熱回收、煙氣熱回收、電梯勢能回收)、能效監(jiān)控(能耗分項計量、水泵風機變頻調(diào)節(jié)、可變新風比、污染物控制與設備聯(lián)動)、節(jié)水技術(shù)(節(jié)水衛(wèi)生器具、微灌滴灌技術(shù))、蓄冷蓄熱技術(shù)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)；最后可根據(jù)條件考慮增加可再生能源與資源的利用設計，如太陽能(熱水、發(fā)電、制冷空調(diào)、采暖)、淺層地熱能(土壤源熱泵、地表水源熱泵、海水源熱泵、地下水源熱泵)、風能發(fā)電、生物質(zhì)能利用、水(雨水、中水)、材料(廢舊材料、可循環(huán)材料<木、鋼 >)(如圖 14)。

圖13 申都大廈綠色三星級設計

圖14 綠色設計要點

另一方面，綠色建筑設計還應注意應用技術(shù)對建筑功能、氣候條件的適用性。不同綠色技術(shù)有其不同的適用條件，以土壤源熱泵技術(shù)為例。土壤源熱泵系統(tǒng)適用于冬夏季負荷相近的地區(qū)或建筑；尤其適用于熱負荷大、間歇運行和占地面積大等特點的建筑使用；宜與其他系統(tǒng)形成復合式系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的可靠性和高效運營。如上海浦東游泳館，占地面積較大，運行時間為間歇運行，泳池熱負荷大，非常適合采用土壤源熱泵，如圖15所示，經(jīng)過兩個加熱和兩個制冷季的運行，土壤溫度基本保持穩(wěn)定；而地源熱泵在運行過程中，間歇運行也有利于土壤溫度的恢復。

圖15 整個運行期間土壤溫度變化

4 結(jié)語

綠色建筑設計是從設計之初就貫徹綠色理念，利用性能化分析手段優(yōu)化設計，協(xié)調(diào)各個專業(yè)，選擇適宜技術(shù)，從而實現(xiàn)建筑對環(huán)境影響的最小化、建筑性能的最優(yōu)化及建筑能耗最小化的目標。隨著綠色建筑的大力推進，綠色建筑設計將是未來建筑設計發(fā)展必然。

[1]Smart Market Report:World Green Building Trends,Business Benefits Driving New and Retrofit Market Opportunities in Over 60 Countries.McGraw-Hill Construction.www.construction.com.

[2]國務院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設部綠色建筑行動方案的通知.國辦發(fā)〔2013〕1號.