周芮錦，呂忠

（重慶市建筑科學研究院，重慶 400016）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，中國的建筑使用能耗成為總能耗的重要組成部分[1]，并呈逐年增長的趨勢。根據(jù)中國建筑業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年，全國建筑業(yè)企業(yè)房屋施工面積140.89億m2，比上年增長6.96%（圖1）。

圖1 2009—2018建筑業(yè)企業(yè)房屋施工面積、竣工面積及增速

重慶市處于夏熱冬冷地區(qū)，一直是實施綠色建筑的重難點區(qū)域[2]。如何因地制宜地打造綠色建筑[3]，與周邊大區(qū)域大環(huán)境建立良性通道，充分發(fā)揮綠色建筑技術的作用，是本文重點分析的主要內(nèi)容。

1 項目概況

該項目是一棟重慶地區(qū)新建的建筑科研辦公樓，按照中國綠色二星級認證的項目，旨在打造“綠色、生態(tài)、低碳”的辦公樓，并向社會展現(xiàn)綠色建筑的技術應用。建筑主要功能為辦公樓和實驗樓，占地約6600m2，建筑面積為4.1萬m2，其中地上23層，地下4層，地上面積約2.6萬m2，地下面積約1.5萬m2（圖2）。

圖2 項目效果圖

2 綠色建筑策略

重慶市處于中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，在我國的熱工氣候分區(qū)中屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季悶熱，冬季濕冷，過渡季節(jié)氣候宜人。因為山地城市特殊的地形高差，城市空間具有立體層次，但也導致日照遮擋的問題。該項目毗鄰城市主干道和次干道，需采取主動措施降低環(huán)境噪聲。根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)和山地城市的氣候地理特點，以及項目周邊的大環(huán)境因素，該項目的綠色建筑技術應重點著眼于緩解夏季高溫強輻射、冬季濕冷日照采光不足、空氣潮濕以及環(huán)境噪聲等問題，同時在過渡季節(jié)加強建筑的自然通風。

3 綠色建筑技術路線實踐要點

確定綠色建筑技術路線，不僅要考慮大區(qū)域和大環(huán)境的各類資源與影響因素，對于項目的周邊環(huán)境和現(xiàn)有條件也需仔細調(diào)研分析。既利用周邊既有資源并保護環(huán)境，同時從設計上控制環(huán)境因素的不足[4-5]。本文將結合該項目實際情況，詳細介紹所采用的自然通風、采光遮陽以及降噪設計三項綠色建筑技術，并對其實施要點進行重點研究分析。

3.1 自然通風技術路線

重慶全年濕度較大，過渡季節(jié)較長[6]，自然通風要求較高。根據(jù) 《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB 50736-2012，重慶市全年最多風向為偏北風，夏季室外平均風速為1.5m/s，冬季室外平均風速為1.1m/s，是全國風速最小的地區(qū)之一。

建筑物的自然通風設計，首先需要對項目風環(huán)境條件進行確認，然后從建筑的空間布局、開窗優(yōu)化到導風構件進行多層次配合設計。

3.1.1 室外風環(huán)境分析

首先該項目采用對室外場地的風環(huán)境模擬分析，優(yōu)化項目場地的風環(huán)境，以避免風速較大區(qū)域或渦流區(qū)的出現(xiàn)，同時根據(jù)模擬的風速風壓結果，對建筑的開口方式以及室內(nèi)自然通風設計提供條件依據(jù)，如圖3、圖4所示。

圖3 項目周邊人行區(qū)域1.5m高度風速云圖

圖4 項目周邊人行區(qū)域1.5m高度風壓云圖

分析結果顯示，在人行區(qū)域1.5m高度處的風速滿足不影響人員室外活動的要求，場地周邊空氣能滿足新鮮空氣的要求，兩個主入口之間存在渦旋區(qū)域，在該區(qū)域設置了低矮灌木改善空氣質(zhì)量。建筑在夏季、過渡季節(jié)前后壓差基本在1.5Pa以上，適合充分引入室外新風，加強室內(nèi)自然通風，改善室內(nèi)環(huán)境條件。

3.1.2 室內(nèi)自然通風優(yōu)化設計

結合項目的使用特點，分析強化自然通風的技術途徑，提出了設置屋頂拔風井、增加外窗和通風器等自然通風設計優(yōu)化建議。

（1）中庭拔風井的設計

原設計方案中在該項目一層大廳設計有兩層高的中庭，未設置通風井。在優(yōu)化方案中，如圖5中A處所示，配合構造設計，中庭上端設置了豎向通風井的捕風口，與裙樓屋頂?shù)耐L天井相連，利用熱壓作用使室內(nèi)空氣上升至天窗通氣口排出，同時引入室外的自然風，加強了底層的通風。

圖5 一層中庭拔風井設計示意圖

（2）增加外窗開啟的設計

原設計方案中該項目未充分考慮受室外風壓影響的自然通風，未進行外窗開啟設計。在優(yōu)化方案中，如圖6中B處所示，配合構造設計，增加可開啟外窗并保證可開啟面積，利用室外較好的正負壓條件引入室外的自然風，增強內(nèi)部自然通風效果。

圖6 標準層增加外窗開啟設計示意圖

（3）增加通風器和通風口的設計

原設計方案中，該項目部分房間由于幕墻可開啟面積的限制，以及房間進深較深，自然通風效果不夠理想。在優(yōu)化方案中，如圖7中C、D處所示，配合構造設計，于外窗處增加窗式通風器，走廊處增加涵洞式通風口，引入室外的自然風，同時與A、B處形成通風通路，增強內(nèi)部自然通風效果。

圖7 標準層增加通風器、通風口設計示意圖

3.2 遮陽技術及自然采光技術路線

重慶為山地城市，夏季太陽輻射較強，冬季日照不足，對于遮陽與采光有雙重要求。針對建筑物的遮陽與采光設計，首先要分析項目的日照與采光條件，然后對建筑的開窗優(yōu)化、遮陽措施以及采光補充進行配合設計，以達到建筑節(jié)能與居住舒適性的要求。

3.2.1 室外日照與室內(nèi)光環(huán)境模擬分析

（1）室外日照模擬分析

該項目對室外場地日照條件進行分析，同時根據(jù)日照條件模擬分析結果，為建筑的外窗設置方向以及遮陽措施設計提供依據(jù)，如圖8所示。

圖8 項目全年太陽軌跡模擬圖

模擬結果顯示，建筑東面、西面、北面大寒日日照時間均達到2h，北面日照效果較差。建筑塔樓東南面太陽輻射較強，陰影覆蓋面積較小。

（2）室內(nèi)光環(huán)境模擬分析

該項目對室內(nèi)光環(huán)境條件進行模擬分析，同時根據(jù)分析結果，為建筑的房間設置以及采光不足區(qū)域的補充措施提供設計依據(jù)，如圖9所示。

圖9 項目室內(nèi)采光模型圖

模擬結果顯示，建筑1層由于西側(cè)未設置開窗，采光不夠理想，其余樓層采光效果較為理想。

3.2.2 采光及遮陽優(yōu)化設計

結合項目的實際日照和光環(huán)境的條件，提出了建筑遮陽設計、采光不足的彌補技術措施等優(yōu)化設計建議。

（1） 遮陽設計

圖10 項目豎向遮陽及斜角窗戶示意圖

原設計方案中該項目未充分考慮太陽輻射影響，對遮陽設置未進行細化設計。在優(yōu)化方案中，為了減少夏季太陽輻射，減少東、西向開窗面積，外窗主要南、北朝向設計。結合建筑構造，設計豎向遮陽設施與斜角窗戶，如圖10所示。豎向遮陽結合傾斜角的設計能夠有效地遮擋上午和下午太陽的輻射；退出600mm對下層窗形成的水平遮陽，對正午的直射陽光起到遮陽效果。

以上設計屬于建筑的被動遮陽設計，項目同時采用主動遮陽設計，即采取可調(diào)節(jié)外遮陽措施——增加中空百葉窗，其相對于其他外遮陽措施相對安全，并且增量成本相對較低，能達到可調(diào)節(jié)的效果。

（2）采光不足的彌補設計

原設計方案中該項目未充分考慮日照不足導致室內(nèi)采光不足的問題。室內(nèi)光環(huán)境模擬分析顯示，建筑一層由于西側(cè)未設置開窗，采光不夠理想，如圖11所示。而二層西面、南面及東面均設置窗戶，采光理想，如圖12所示。在優(yōu)化方案中，建筑北面日照效果差，盡量設置為公共區(qū)域，避免設置對陽光要求較高的功能房間，在二層設置采光天井對一層采光進行補充。

圖11 項目一層室內(nèi)采光模擬結果

圖12 項目二層室內(nèi)采光模擬結果

室內(nèi)光環(huán)境模擬分析顯示，有一部分設計了立向遮陽和斜角窗戶的房間，在夏季達到了遮陽效果，但卻略微減弱了室內(nèi)采光，因此在這些房間的窗臺上做折射材料，如光潔面的面磚或鋁塑板反光材料，如圖13所示，引入室外自然光改善室內(nèi)光環(huán)境，減少人工照明，節(jié)約能耗。

圖13 項目增加窗臺折射材料示意圖

3.3 降噪設計技術路線

該項目位于重慶市渝中區(qū)，毗鄰城市主干道和次干道，如圖14所示，環(huán)評報告中監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示該項目已經(jīng)基本滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標準》GB 3096-2008的相關要求，唯一未滿足要求的檢測點位于項目西側(cè)，是為長江二路主干道產(chǎn)生的交通噪聲所致。為了提高整個項目的聲環(huán)境質(zhì)量，使室內(nèi)辦公環(huán)境滿足要求，建筑物的降噪設計應首先分析項目周邊的噪聲情況，然后對建筑的內(nèi)部布局、圍護結構材料以及隔聲屏障設置進行降噪配合設計。

圖14 項目總平面示意圖

3.3.1 室外聲環(huán)境模擬分析

建筑物的降噪設計，應對室外場地的噪聲進行模擬分析，根據(jù)模擬結果，為優(yōu)化室內(nèi)聲環(huán)境的措施提供依據(jù)，如圖15、16所示。模擬結果顯示，項目聲環(huán)境基本符合國家標準，但毗鄰主干道的西側(cè)位置，周邊的偶然噪聲會達到65.8dB（標準值為60dB），應采取相應的降噪措施。

3.3.2 降噪優(yōu)化設計

結合該項目聲環(huán)境的條件和實際功能布局，提出了調(diào)整建筑內(nèi)部功能布局、優(yōu)化建筑圍護結構和設置隔聲屏障等優(yōu)化設計建議。

（1）調(diào)整建筑內(nèi)部功能布局

圖15 白天項目周邊噪聲值

圖16 白天項目周邊偶然噪聲值

原設計方案中該項目的建筑內(nèi)部功能布局未充分考慮室外噪聲對室內(nèi)聲環(huán)境的影響。噪聲模擬結果顯示，建筑物塔樓南面無道路噪音源，北面由于緊靠市政次干道，噪聲較大，東西面主要為墻體受噪音影響較??；建筑物裙樓西面緊靠市政次干道噪音影響較大，南面無道路噪音源，且有建筑物遮擋，噪音影響較小，北面有建筑物遮擋噪音影響較小。根據(jù)模擬結果，在優(yōu)化方案中，建筑物塔樓的高檔辦公室調(diào)整至南面；建筑物裙樓的西面設置為受噪音影響不大的公共區(qū)域走廊，如圖17，將對噪音比較敏感的功能房間如實驗室、會議室等調(diào)整至南面與北面。

圖17 標準層調(diào)整內(nèi)部功能區(qū)示意圖

（2）優(yōu)化建筑圍護結構

原設計方案中該項目的外窗設計以及材料使用未充分考慮降噪效果。在優(yōu)化方案中，建筑物塔樓南面高檔辦公室采用隔音窗，北面適當減小外窗可開啟面積并采用隔音窗；建筑物裙樓的西面走廊適當減小外窗可開啟面積并采用隔音窗。另外，建筑物的墻體改采用250mm空心磚，提高建筑物墻體的降噪功能。

（3）設置隔聲屏障

原設計方案中該項目的景觀設計未考慮綠化屏障的降噪效果。在優(yōu)化方案中，采取臨街種植高大喬木，配合灌木，阻擋城市主次干道噪聲源，改善建筑物室內(nèi)聲環(huán)境。

4 結語

在綠色建筑設計選擇技術策略時，需根據(jù)項目自身的環(huán)境條件以及建筑功能需求進行分析來確定。該項目在綠色建筑技術路線的設計與應用上，對自然通風、遮陽采光以及降低噪聲三個方面進行了詳細的建筑模擬分析，根據(jù)其模擬結果對原設計進行了優(yōu)化改進。項目對因地制宜的綠色建筑技術進行了探索和實踐，希望能為夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑發(fā)展起到一定的借鑒作用。