王夢(mèng)春， 田曉楠， 于 帥

(1.同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司煙臺(tái)分公司，山東 煙臺(tái) 264000；2.煙臺(tái)綠晟置業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；3.煙臺(tái)建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

0 引 言

環(huán)境可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，使現(xiàn)代化建筑的開(kāi)發(fā)逐步向著綠色化方向發(fā)展[1]。為了滿(mǎn)足此種設(shè)計(jì)需求，需要將建筑綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到建筑工程設(shè)計(jì)與施工的各個(gè)階段，通過(guò)對(duì)新建建筑的整體優(yōu)化、既有建筑的改進(jìn)與完善，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)中的低污染、低耗能開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

1 既有綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐現(xiàn)狀

我國(guó)在2006年，首次在建筑市場(chǎng)內(nèi)發(fā)行了“綠標(biāo)”文件，明確了綠色建筑工程項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將可持續(xù)發(fā)展原則作為建設(shè)核心，設(shè)計(jì)建筑時(shí)，應(yīng)從6個(gè)方面進(jìn)行建筑整體綠化設(shè)計(jì)[2]，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 基于“綠標(biāo)”文件的建筑綠化設(shè)計(jì)方向

隨著此文件在市場(chǎng)內(nèi)的逐步推進(jìn)與落實(shí)，越來(lái)越多的施工方與建筑工程設(shè)計(jì)方開(kāi)始將綠標(biāo)作為設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)。綠標(biāo)在2010年正式在市場(chǎng)內(nèi)推廣。盡管現(xiàn)有文件的提出對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供了指示，但我國(guó)既有綠色建筑在設(shè)計(jì)階段與施工階段存在一定的問(wèn)題，總結(jié)整理為以下四點(diǎn)。

(1)既有綠色建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色化技術(shù)的疊加。在對(duì)某地區(qū)綠色建筑的深度剖析中發(fā)現(xiàn)，大部分建筑在此項(xiàng)設(shè)計(jì)中仍停留在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、綠色景觀設(shè)計(jì)層面，沒(méi)有在施工中真正意識(shí)到綠色理念與不可再生能源枯竭的問(wèn)題[3]。由此可見(jiàn)，我國(guó)綠色既有建筑存在技術(shù)疊加能力不足問(wèn)題。

(2)為了滿(mǎn)足社會(huì)群體的基本生活需要，設(shè)計(jì)師會(huì)在設(shè)計(jì)階段盲目地在建筑內(nèi)附加電氣設(shè)備。而電氣設(shè)備的增加會(huì)提高建筑能耗，與綠色化建筑設(shè)計(jì)理念不匹配。甚至一些建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，在建筑中部署的電氣設(shè)備或機(jī)電設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出建筑設(shè)計(jì)本身需要，導(dǎo)致建筑在投入使用后會(huì)無(wú)端增加能耗。

(3)建筑設(shè)計(jì)師缺少正確的設(shè)計(jì)思路?，F(xiàn)如今，相對(duì)一部分建筑設(shè)計(jì)師仍無(wú)法樹(shù)立對(duì)綠色建筑的正確理解，為了滿(mǎn)足建筑的綠色化設(shè)計(jì)，他們甚至?xí)谕瓿山ㄖw結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)后，采用額外附加綠色技術(shù)的方式，進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)的二次整改，但基于實(shí)質(zhì)層面分析，此種設(shè)計(jì)方式會(huì)導(dǎo)致綠色建筑設(shè)計(jì)失去主動(dòng)性與創(chuàng)新性[4]。

(4)可以將綠色建筑作為地區(qū)文化藝術(shù)的一種全新表達(dá)方式，在設(shè)計(jì)中融入現(xiàn)代化綠色設(shè)計(jì)理念，升華并優(yōu)化傳統(tǒng)建筑技藝，以此提高建筑整體的協(xié)調(diào)性與統(tǒng)一性[5]。但顯而易見(jiàn)的是，事實(shí)上國(guó)內(nèi)大部分既有綠色建筑在外形與內(nèi)部設(shè)計(jì)上存在雷同性，缺少對(duì)建筑藝術(shù)形態(tài)的表達(dá)。

2 基于“綠標(biāo)”的綠色建筑設(shè)計(jì)方法

2.1 基于“綠標(biāo)”確定建筑材料構(gòu)造體系

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的空間高度和跨度不斷增加，在這樣的變化趨勢(shì)下，采用常規(guī)的鋼筋和混凝土施工材料已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足“綠標(biāo)”要求。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，在實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)前，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料構(gòu)造體系的構(gòu)建。在對(duì)選擇建筑材料時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)確定材料的具體使用位置以及施工功能[6]。以建筑外墻結(jié)構(gòu)為例，圖1為建筑外墻結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 建筑外墻結(jié)構(gòu)示意圖

從圖1可以看出，建筑外墻結(jié)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)集熱，因此在選擇建筑外墻材料時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇具有集熱和絕熱的材料。常見(jiàn)的建筑材料包括鋼材料、金屬材料、玻璃材料、木質(zhì)材料等。按照上述外墻結(jié)構(gòu)材料選擇的思路，針對(duì)各個(gè)建筑構(gòu)造的材料進(jìn)行選擇。同時(shí)，在選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合“綠標(biāo)”要求。在選擇混凝土材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇具有更強(qiáng)流質(zhì)性和可塑性的材料。在選擇鋼材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇品質(zhì)均勻、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高的材料。在選擇玻璃材料時(shí)，在充分考慮到視覺(jué)感受的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)光污染問(wèn)題進(jìn)行綜合考量。針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)，選擇的玻璃材料應(yīng)當(dāng)具備夏季隔熱和遮陽(yáng)的功能[7]。同時(shí)，在制定建筑材料構(gòu)造體系時(shí)，還應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的部分性能化構(gòu)造原理和做法進(jìn)行明確，并結(jié)合強(qiáng)化傳熱以及抑制傳熱等實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料的選擇。具體而言，在強(qiáng)化傳熱方面，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)建筑材料的合理選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的利用；而在已知傳熱方面，應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)建筑材料的合理選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量傳導(dǎo)的抑制[8]。除此之外，還可以通過(guò)利用蒸發(fā)冷卻機(jī)制的方式，達(dá)到性能化的構(gòu)造建立，如常見(jiàn)的立體綠化、蓄水屋面等都是基于這一理論實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)的。

2.2 綠色建筑整體布局設(shè)計(jì)

在基于“綠標(biāo)”要求完成對(duì)建筑材料構(gòu)造體系的確定后，針對(duì)綠色建筑的整體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步符合“綠標(biāo)”要求，從建筑能耗以及舒適度的角度，對(duì)建筑外部整體環(huán)境進(jìn)行綜合分析，分別從環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、空氣流通速度和環(huán)境照度共四個(gè)方面進(jìn)行綜合分析。針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)而言，其夏季需要實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的降低、空氣濕度的降低，而對(duì)于冬季而言，上述指標(biāo)應(yīng)當(dāng)完全相反。在明確其基本需求后，在對(duì)建筑整體布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到夏季自然通風(fēng)以及冬季阻風(fēng)問(wèn)題[9]。

在具體設(shè)計(jì)時(shí)，建筑的朝向與峰環(huán)境之間存在一定的影響關(guān)系。大量研究表明，建筑的通風(fēng)風(fēng)壓變化與風(fēng)方位角之間有著直接的聯(lián)系，當(dāng)方位角在60°～90°時(shí)，通風(fēng)效果最佳；當(dāng)方位角為60°時(shí)，通風(fēng)效果分布相對(duì)平衡。同時(shí)，建筑本身的傾斜角度與風(fēng)速之間也存在著一定關(guān)系。圖2為不同傾斜角度下建筑外風(fēng)壓變化情況示意圖。

圖2 不同傾斜角度下建筑外風(fēng)壓變化情況示意圖

從圖2可以看出，當(dāng)建筑本身傾斜角度為20°時(shí)，其風(fēng)速較小，并且具有良好的氣流分布均勻性；當(dāng)建筑本身傾斜角度達(dá)到50°時(shí)，此時(shí)風(fēng)速最大，并且氣流不具備均勻分布特性。除此之外，由于當(dāng)前建筑本身體量較大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自然風(fēng)和陽(yáng)光的阻擋和遮蔽。通過(guò)對(duì)建筑整體布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，能夠在創(chuàng)建更好的通風(fēng)環(huán)境和光照環(huán)境的同時(shí)，形成微氣候環(huán)境。對(duì)于夏季炎熱潮濕的地區(qū)而言，當(dāng)光照方向與主導(dǎo)風(fēng)的方向相同時(shí)，則可以充分利用建筑體量實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)向的引導(dǎo)，并同時(shí)在建筑屋頂結(jié)構(gòu)以及架空結(jié)構(gòu)上形成良好的自然遮陰空間。

2.3 綠色建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)而言，其核心是空間設(shè)計(jì)。通常情況下，以單一的空間作為建筑的核心結(jié)構(gòu)，其他空間和功能環(huán)繞在中心空間的周?chē)?。結(jié)合不同建筑的不同功能，可將其劃分為體育類(lèi)型建筑、交通類(lèi)型建筑、觀演類(lèi)型建筑、會(huì)展類(lèi)型建筑以及其他公共類(lèi)型建筑等。各種建筑都具備更高的建設(shè)地位，并且其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)對(duì)規(guī)模、功能以及技術(shù)等方面都有著更高的要求。中庭空間結(jié)構(gòu)是建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的一種類(lèi)型，通?？煞譃榉忾]式空間結(jié)構(gòu)和半封閉式空間結(jié)構(gòu)。中庭空間結(jié)構(gòu)綜合了眾多使用功能，同時(shí)也是整個(gè)建筑內(nèi)部布局的視覺(jué)中心，在一定程度上起到連接各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的作用。由于中庭空間結(jié)構(gòu)與建筑進(jìn)深有著直接的聯(lián)系，設(shè)置中庭空間的建筑與未設(shè)置中庭空間結(jié)構(gòu)的建筑相比，其建筑進(jìn)深會(huì)減小。同時(shí)，建筑的內(nèi)部熱環(huán)境與空間高寬比之間也有著密切的聯(lián)系。以建筑當(dāng)中的中庭空間結(jié)構(gòu)為例，其高寬比值越小，則其室內(nèi)的熱量越大，熱的分布越均勻；反之高寬比值越大，則其室內(nèi)的熱量越小，熱的分布也不均勻?！癡”形是一種常見(jiàn)的中庭空間結(jié)構(gòu)，其口底越大則熱量越大，而對(duì)于“A”形中庭空間結(jié)構(gòu)而言，其口底之間的比例達(dá)到1∶3時(shí)熱量能夠達(dá)到最大值。同時(shí)，建筑的光環(huán)境與熱環(huán)境也有著一定的聯(lián)系，由于其本質(zhì)能量都是來(lái)源于光照，因此經(jīng)過(guò)上述分析進(jìn)一步得出，光環(huán)境和熱環(huán)境與建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的高寬比和口底比之間都有著一定正相關(guān)性。圖3為夏熱冬冷地區(qū)不同季節(jié)中庭通風(fēng)分析。

圖3 夏熱冬冷地區(qū)不同季節(jié)中庭通風(fēng)分析

從圖3可以看出，若建筑內(nèi)部空間開(kāi)敞高大，則風(fēng)壓通風(fēng)的作用更加明顯，例如圖3中夏季中庭的通風(fēng)情況。同時(shí)，通過(guò)對(duì)中庭空間結(jié)構(gòu)的設(shè)置，能夠有效改善整個(gè)建筑在夏季的通風(fēng)環(huán)境，同時(shí)對(duì)于建筑在冬季時(shí)的光環(huán)境也有著一定改善作用。

3 設(shè)計(jì)前后建筑耗能對(duì)比

選擇某夏熱冬冷地區(qū)作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試區(qū)域，將某設(shè)計(jì)建筑的耗能作為對(duì)比測(cè)試指標(biāo)。在進(jìn)行所選測(cè)試對(duì)象的綠色設(shè)計(jì)前，應(yīng)先對(duì)此建筑整體特性進(jìn)行分析，包括建筑內(nèi)部、外部空間特征，分析建筑現(xiàn)有圍護(hù)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)成材料。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖紙，明確此建筑的電氣設(shè)備體系，掌握建筑的照明需求與現(xiàn)有照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備的耗能。完成對(duì)此方面的設(shè)計(jì)后，根據(jù)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定建筑材料構(gòu)造體系、設(shè)計(jì)綠色建筑整體布局與綠色空間結(jié)構(gòu)。

對(duì)比設(shè)計(jì)前與設(shè)計(jì)后建筑整體耗能，其中建筑耗能的計(jì)算公式如下：

W=Pt

(1)

式中：W為建筑投入使用與建筑運(yùn)營(yíng)管理的實(shí)際能耗，kW·h，P為建筑中電氣設(shè)備或建筑中機(jī)電設(shè)備運(yùn)行消耗的功率，kW，t代建筑電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，h。

完成對(duì)此建筑的設(shè)計(jì)后，根據(jù)建筑層數(shù)，進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)建筑投入使用運(yùn)行的耗能對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，使用本文提出的綠色建筑設(shè)計(jì)方法進(jìn)行整體布局與空間規(guī)劃的設(shè)計(jì)，可以降低建筑整體耗能，即設(shè)計(jì)前建筑耗能>設(shè)計(jì)后建筑耗能。由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的方法具有一定的可行性，可以避免或解決建筑高耗能問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

表2 設(shè)計(jì)前與設(shè)計(jì)后建筑耗能

4 結(jié)束語(yǔ)

盡管此次設(shè)計(jì)從三個(gè)方面都實(shí)現(xiàn)了研究，但要在真正意義上實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能優(yōu)化，還需要在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)工作中，做好對(duì)市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)查，傾聽(tīng)大自然最真實(shí)的訴求，在建筑空間內(nèi)營(yíng)造真正的“綠色”環(huán)境，為我國(guó)建筑行業(yè)未來(lái)的發(fā)展提供決策與幫助，使低耗能建筑真正成為建筑市場(chǎng)的發(fā)展與建設(shè)方向。