王 琳 蘇舒陽(yáng) 李任嫻

隨著可持續(xù)發(fā)展思想的貫徹，建筑領(lǐng)域不斷推行綠色設(shè)計(jì)理念，建設(shè)情況有所好轉(zhuǎn)，但整體仍不樂(lè)觀。城鄉(xiāng)建設(shè)碳排放量占我國(guó)碳排放總量約1/3，建筑能耗量占我國(guó)總能耗的比例近30%，且隨著城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)深化，城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的碳排放量占比將呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢(shì)。因此，建筑設(shè)計(jì)注重綠色低碳、環(huán)保節(jié)能，降低建筑能耗，構(gòu)建生態(tài)宜居的居住環(huán)境，既是順應(yīng)“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略背景，也是構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展與全面深化改革的社會(huì)需要。

1 綠色低碳節(jié)能設(shè)計(jì)的背景及意義

1.1 “雙碳”目標(biāo)的提出

建筑作為實(shí)行綠色低碳的主要載體，設(shè)計(jì)上更加注重節(jié)能減排已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。2022 年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)指明了新的目標(biāo)方向。

1.2 綠色低碳建筑的概念及發(fā)展

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)受時(shí)代發(fā)展、社會(huì)生產(chǎn)力和工藝技術(shù)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(shè)備設(shè)施等）的全生命周期內(nèi)，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(chǎng)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(chǎn)生，碳排放量占比20%以上，因而其綠色節(jié)能設(shè)計(jì)顯得尤為重要，成為推進(jìn)節(jié)能減排、綠色低碳，實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的首要目標(biāo)。住宅節(jié)能設(shè)計(jì)是將綠色低碳作為核心設(shè)計(jì)理念，對(duì)住宅整體布局、材料應(yīng)用、設(shè)施設(shè)備規(guī)劃及各細(xì)節(jié)部分進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程[3]，采用各類生態(tài)材料和節(jié)能技術(shù)，最終達(dá)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(shè)計(jì)的現(xiàn)狀研究

2.1 鄉(xiāng)村居住建筑環(huán)境面臨的問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)高度重視鄉(xiāng)村發(fā)展建設(shè)，積極推進(jìn)“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(wèn)題，比如地理位置相對(duì)偏僻，經(jīng)濟(jì)條件落后，道路硬化、雨污水處理等基礎(chǔ)市政建設(shè)落后，缺乏配套設(shè)施和大面積綠化，環(huán)境污染嚴(yán)重。加上建筑多是村民自建，采用廉價(jià)不環(huán)保材料，未進(jìn)行保溫、通風(fēng)、隔熱等方面的專業(yè)處理，室內(nèi)熱舒適性較差，導(dǎo)致空調(diào)、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(shù)的應(yīng)用，無(wú)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(shí)行推廣力度不大。

2.2 綠色低碳節(jié)能設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

國(guó)外部分高校較早開(kāi)設(shè)了綠色建筑、環(huán)境工程等學(xué)科，美國(guó)推行綠色建筑認(rèn)證體系（Leadership in Energy& Environmental Design Building Rating System，LEED），綠色建筑的迅速發(fā)展對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出了新要求[4]。國(guó)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(shè)計(jì)思想，提倡減少使用不可再生資源，多利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色能源。生態(tài)村的建設(shè)多采用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，既降低造價(jià)，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(hù)材料，安裝利于通風(fēng)散熱的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)綠色低碳節(jié)能。

我國(guó)大約在1980 年開(kāi)始對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)的初步研究，很多高校持續(xù)做相關(guān)方向的課題研究。鄉(xiāng)鎮(zhèn)同樣響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，開(kāi)始逐步重視規(guī)劃、建筑綠色節(jié)能的實(shí)施。近年來(lái)，越來(lái)越多的專家學(xué)者對(duì)鄉(xiāng)村規(guī)劃和住宅設(shè)計(jì)展開(kāi)生態(tài)、低碳等內(nèi)容研究，對(duì)村鎮(zhèn)規(guī)劃布局、低碳建筑改造、開(kāi)發(fā)利用新能源、新型節(jié)能技術(shù)等提出了注意要點(diǎn)和建造策略，提出低碳鄉(xiāng)村建設(shè)，設(shè)計(jì)屋頂花園、生態(tài)陽(yáng)臺(tái)等，吸收排放的二氧化碳，實(shí)現(xiàn)碳中和。

3 鄉(xiāng)村居住建筑綠色低碳節(jié)能設(shè)計(jì)的技術(shù)策略

目前研究來(lái)看，單一技術(shù)策略均有其局限性，將多種技術(shù)策略有機(jī)結(jié)合，采用“被動(dòng)式技術(shù)+主動(dòng)式技術(shù)+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(shù)體系，方式簡(jiǎn)單、成本低，且高效節(jié)能，可實(shí)現(xiàn)綠色低碳建筑。

3.1 優(yōu)先采用被動(dòng)式技術(shù)

被動(dòng)式技術(shù)主要是通過(guò)提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的保溫隔熱技術(shù)、采用太陽(yáng)輻射、自然通風(fēng)采光等被動(dòng)式節(jié)能措施，提高室內(nèi)居住環(huán)境的熱舒適度，同時(shí)又大幅降低建筑能耗，高度節(jié)能，提升綠色人居品質(zhì)。

3.1.1 充分利用被動(dòng)式節(jié)能措施

加強(qiáng)天然采光和自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，提高熱舒適性。傳統(tǒng)鄉(xiāng)村住宅多采用單側(cè)開(kāi)窗，室內(nèi)光線較暗，對(duì)流通風(fēng)環(huán)境較差，可通過(guò)軟件模擬天然采光、通風(fēng)并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，適時(shí)增設(shè)對(duì)側(cè)外窗、屋頂天窗，控制外窗、屋頂天窗的位置、比例、開(kāi)啟方式等，加強(qiáng)室內(nèi)的自然通風(fēng)和采光照度及均勻度，保證最大限度利用太陽(yáng)光線，又避免過(guò)多的太陽(yáng)輻射造成室內(nèi)熱量升高，增加空調(diào)能耗。窗戶宜選用鋁包塑鋼材質(zhì)的被動(dòng)式節(jié)能窗，改善鄉(xiāng)村居住建筑冬夏季室內(nèi)溫度、濕度，有效提高熱舒適性，降低能耗。多層建筑可結(jié)合樓梯間造型設(shè)計(jì)自然通風(fēng)塔，增強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)。

設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)陽(yáng)光房或花園陽(yáng)臺(tái)。條件允許時(shí)增設(shè)可調(diào)節(jié)陽(yáng)光房，采用可旋轉(zhuǎn)玻璃外門或可以調(diào)節(jié)開(kāi)啟角度的玻璃外窗，外側(cè)及頂部增設(shè)百葉，靈活調(diào)節(jié)被動(dòng)存蓄的太陽(yáng)能。冬季室外寒冷，關(guān)閉陽(yáng)光房外窗，打開(kāi)百葉，太陽(yáng)輻射通過(guò)陽(yáng)光房?jī)?chǔ)能，加熱室內(nèi)空氣，降低室內(nèi)采暖能耗；夏季室外炎熱，白天關(guān)閉外窗，防止室外熱空氣進(jìn)入室內(nèi)，夜晚開(kāi)啟，將室內(nèi)熱空氣散出室外，同時(shí)白天開(kāi)啟陽(yáng)光房百葉，有效阻擋太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)加熱室內(nèi)空氣，降低室內(nèi)空調(diào)能耗。通過(guò)可調(diào)節(jié)陽(yáng)光房的設(shè)計(jì)，被動(dòng)式有效調(diào)節(jié)室內(nèi)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(diào)節(jié)陽(yáng)光房冬、夏季能耗分析圖（來(lái)源：作者自繪）

陽(yáng)光房也可結(jié)合生態(tài)綠植，設(shè)計(jì)花園陽(yáng)臺(tái)，美化空間的同時(shí)，植物和水可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度和溫度，形成生態(tài)小氣候圈，對(duì)戶外環(huán)境進(jìn)入室內(nèi)起到緩沖作用，真正實(shí)現(xiàn)綠色低碳的效果。

3.1.2 提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，新建或改造的住宅宜采用當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)綠色環(huán)保材料，節(jié)約造價(jià)同時(shí)又避免資源浪費(fèi)。也可以適當(dāng)引入部分裝配式結(jié)構(gòu)，如低碳的輕木結(jié)構(gòu)、預(yù)制輕鋼模塊，便于拆裝，實(shí)現(xiàn)資源的低碳循環(huán)利用。

加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)或改造。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)建筑屋頂、墻體、門窗、地面等系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)各部分保溫通風(fēng)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(shè)保溫材料來(lái)加強(qiáng)冬季保溫，門窗多采用雙層Low-E中空玻璃結(jié)合斷橋鋁合金窗框，并增強(qiáng)各結(jié)構(gòu)氣密性。屋頂還可架設(shè)通風(fēng)層散熱，推廣屋頂綠化，對(duì)整個(gè)鄉(xiāng)村人居環(huán)境起到調(diào)節(jié)作用。

3.2 搭配新型主動(dòng)式技術(shù)

和被動(dòng)式技術(shù)相比，主動(dòng)式技術(shù)通?？萍夹院图夹g(shù)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(jià)高，能耗大，短時(shí)間內(nèi)難以在鄉(xiāng)村居住建筑中推廣使用，應(yīng)和低成本的被動(dòng)式技術(shù)搭配使用。

3.2.1 全空氣新風(fēng)系統(tǒng)

通過(guò)設(shè)備進(jìn)行氣流組織、新風(fēng)送風(fēng)和通風(fēng)置換，實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能控制，置換污濁空氣，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和空氣濕度，過(guò)濾消除細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)全屋空氣每1 ～2 h 置換一次，在低碳節(jié)能的基礎(chǔ)上提升室內(nèi)居住品質(zhì)，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(fēng)熱回收功能的環(huán)能一體機(jī)，提供新風(fēng)的同時(shí)滿足室內(nèi)冷熱需求。全空氣系統(tǒng)可結(jié)合自然通風(fēng)搭配使用，實(shí)現(xiàn)低能耗的同時(shí)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(jí)的第二代物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，搭載云服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、智能診斷與監(jiān)測(cè)，24 h 監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整，節(jié)省能源。

3.2.3 鄉(xiāng)村智能控制平臺(tái)

結(jié)合全屋智能系統(tǒng)，進(jìn)一步搭建可視化的數(shù)據(jù)智能控制平臺(tái)，兩者相互補(bǔ)充，方便使用者實(shí)時(shí)掌握房屋能耗情況。屋頂設(shè)置氣象站，收集氣象環(huán)境信息。室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)傳感器可收集各類數(shù)據(jù)能耗情況，如室內(nèi)溫濕度、實(shí)時(shí)光伏發(fā)電量等。

智能控制平臺(tái)還可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，進(jìn)一步擴(kuò)展至鄉(xiāng)村層級(jí)，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(chǎng)等，便于信息集成管理和人居環(huán)境治理，實(shí)行低碳節(jié)能。

3.3 利用各類可再生能源

通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨水等可再生能源的充分利用，結(jié)合被動(dòng)式技術(shù)節(jié)約的能耗，與主動(dòng)式技術(shù)消耗的能源相互平衡，實(shí)現(xiàn)“近零能耗”的建筑目標(biāo)。

3.3.1 太陽(yáng)能

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。住宅屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光伏板，坡屋面可設(shè)置太陽(yáng)能光伏瓦，技術(shù)已相對(duì)成熟，甚至可以在陽(yáng)光房鋪設(shè)彩色薄膜的太陽(yáng)能光伏玻璃，儲(chǔ)備基礎(chǔ)電能的前提下，增強(qiáng)造型藝術(shù)表現(xiàn)力。

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。宜采用太陽(yáng)能熱水器，白天通過(guò)收集太陽(yáng)輻射，將能量轉(zhuǎn)化成熱能，以供平時(shí)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(shè)計(jì)獨(dú)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(shí)進(jìn)行凈化處理，凈化后中水可用于沖廁所、植物灌溉等，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。若住宅設(shè)計(jì)有花園陽(yáng)臺(tái)，也可在種植槽下部預(yù)留儲(chǔ)水裝置，和雨水收集系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)（圖2）。

3.3.3 風(fēng)能

風(fēng)能的收集主要用于發(fā)電，對(duì)于風(fēng)能的利用，可結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蚝徒?jīng)濟(jì)條件進(jìn)行。一年四季風(fēng)力均有變化，風(fēng)能的利用應(yīng)主要在風(fēng)力較大的時(shí)節(jié)。條件好的可以在住宅中安裝縱軸風(fēng)渦輪機(jī)，可以和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在季節(jié)上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，太陽(yáng)能在夏季被最大化利用，縱軸風(fēng)渦輪機(jī)則在冬季這一風(fēng)力最強(qiáng)的季節(jié)被廣泛利用[5]。

3.4 配套低碳景觀設(shè)計(jì)

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(jìn)行低碳景觀設(shè)計(jì)。庭院宜種植綠色植物，結(jié)合雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行澆灌，美化居住空間的同時(shí)，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(guò)不同的組合方式形成有設(shè)計(jì)感的鋪裝和景觀墻，既體現(xiàn)鄉(xiāng)村風(fēng)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(shè)計(jì)采用低碳海綿形式，完善雨污管線的排水機(jī)制，完成雨洪實(shí)時(shí)下滲，補(bǔ)充地下水。增設(shè)過(guò)濾凈化設(shè)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(jié)語(yǔ)

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)將建筑綠色、低碳、節(jié)能推上了新高度，但我國(guó)的鄉(xiāng)村居住建筑仍以村民自建居多，較少關(guān)注建筑能耗問(wèn)題，成為我國(guó)建筑節(jié)能減排關(guān)注的對(duì)象。鄉(xiāng)村住宅的綠色低碳設(shè)計(jì)，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(shù)的運(yùn)用都要周全考慮，采用“優(yōu)先采用被動(dòng)式技術(shù)，搭配主動(dòng)式技術(shù)，利用一切可再生能源，配套低碳景觀設(shè)計(jì)”的策略力求達(dá)到能源平衡，降低住宅從建造到使用的全生命周期內(nèi)的建筑能耗，實(shí)現(xiàn)綠色低碳節(jié)能的同時(shí)為人們提供舒適的人居環(huán)境，有序推進(jìn)鄉(xiāng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。