绿色建筑下建筑节能设计探究
摘要：随着“绿色建筑”理念的逐渐推广，建筑节能设计变得尤为重要。文章主要对绿色建筑理念做了简要概述，然后分析了绿色建筑理念下的建筑节能设计原则及基本思路，最后以某实际工程为例，通过PBECA节能计算软件系统，进一步分析了节能设计专篇。以期对我国节能降耗的发展具有一定的促进作用。
关键词：绿色建筑理念；建筑节能；节能设计
随着科学技术与经济水平的高速发展及一系列能源问题的出现，人们逐渐意识到走可持续发展道路的重要性。基于此，以可持续理念为目标、以节能减排为导向的建筑设计逐步成为建筑学专业的重要研究方向之一，在这样的背景下，绿色建筑应运而生[1]。
1绿色建筑理念概述
《绿色建筑评价标准》（GB/T50378―2019）将绿色建筑定义为：在全寿命周期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑[2]。绿色建筑理念是一种新型的环保理念，重点是推广可再生能源和清洁能源，减少建筑能耗，注重建筑材料的可回收性，设计更关注建筑环境的整体性和系统性[3]。绿色建筑理念贯穿建筑节能设计的始终，推广和践行绿色建筑理念，可以保证绿色建筑设计、施工、运营及维护的顺利实施，意义重大。
2绿色建筑理念下的建筑节能设计原则
2.1宜居性原则
建筑设计的目标是服务于人，为人们提供一个健康舒适的生活和工作环境，因此建筑设计首先要遵循宜居性原则。设计人员应该从建筑宜居性出发，结合场地的自然条件，合理组织采光，尽量自然通风，提高居住舒适度。同时还要考虑经济技术指标，重视建筑周边的场地设计，保证人们的身心健康。
2.2整体性原则
整体性是节能设计的另一个重要原则，其注重人与自然的和谐相处，注重建筑物与周边环境的融合性。这就要求人们不要把建筑看作孤立的存在，而要结合具体情况，尽量选用当地的建筑材料，节省运费花销。同时，设计师应结合当地的人文习俗和气候条件开展设计工作，这对于呈现各地建筑特色意义重大。
2.3节能性原则
节能性原则要求建筑设计要体现出节能特点，基于此设计人员应该从节能设计出发，从规划、设计、环境、健康等层面进行考虑。在进行规划设计时，要综合考虑场地选址的局限性和特殊性，着重场址的环境设计，减少对生态环境的破坏；在进行交通设计时，可以采用建筑绿色节能的手法，尽可能引入新技术；在进行室内外环境设计时，要提高室内外环境的质量，减少水、能源等自然资源的消耗，减轻对环境的负担及对生物多样性的破环，同时充分利用可再生能源及清洁能源[4]。
3绿色建筑理念下的建筑节能设计思路
3.1建筑规划节能设计
3.1.1建筑选址和布局我国地域辽阔，气候差异较大，在建筑设计时，建筑选址和布局也是有所不同的。不仅要充分考虑场地的具体条件，还要综合当地的文化、周边自然环境条件及基础设施。在选址时，应充分注意利用现状条件，保证交通便捷，便捷的交通在一定程度上体现了建筑布局的合理性。由于北方属于严寒地域或寒冷地区，在建筑选址布局时，应尽量考虑减少南北向的遮挡，争取更多的日照，减少热损失，保证建筑物内的温度适宜。而南方地区气候炎热，建筑的选址布局应考虑自然通风，促进热量流通，维持室内热舒适。3.1.2建筑朝向和间距。在我国的北方地区绝大多数居住建筑都是坐北朝南的，这样布置的好处是建筑能够充分利用太阳光，保存较多热量。而南方地区的建筑则不以为然，应结合地方性气候特征来选择朝向，满足热量的快速散发。此外，还要结合地区差异，在保证容积率的前提下，合理地控制建筑间的日照及防火间距，实现建筑节能的目标。3.1.3建筑周围场地设计。建筑室外环境直接影响节能效果，因此要结合建筑周边的自然环境条件及基础设施来配置绿化植物，同时合理控制各项经济技术指标。场地内设置机动车停车位和非机动车停车位，无障碍停车位考虑设在靠近建筑主入口的位置，交通便利，场地内设置环形车道满足消防要求，一定程度上也达到了建筑节能的目的。
3.2围护结构节能设计围护结构的节能设计主要是屋面、外墙、外窗等外围护结构的保温及隔热功能。围护结构的能耗占比较大，通过合理的选择构造类型、建筑材料、门窗类型将会有效提高围护结构的热人工性能，降低能耗，改善室内环境。设计人员在设计时，通过多方案对比，择优选择建筑形体，精简建筑造型，屋面设计时优先选择倒置式屋面，保温性能最佳，同时根据柱、梁、板等主体结构的不同位置及各种建筑材料的热工参数，合理选择保温类型或者采用保温装饰一体板。门窗要根据各种材料的各项性能综合选择，也要采用先进的安装技术，在不影响采光效果和视觉景观的同时降低能耗，保存室内热量。
3.3建筑内部节能设计
良好的采光通风决定了建筑的舒适度：(1)加大开窗面积，增大建筑间距，能够改善房间的采光通风效果；(2)采用中央空调集中供暖或制冷，省电节能，舒适感好，卫生要求好；(3)可选择优质高效的节能灯具，结合光控技术，分区分组照明；(4)在建筑内装温控阀来调节室温，避免温度过高而造成能源浪费，在热计量入口处设热计量表；(5)建筑内墙面选用环保涂料墙面，不会散发较多化学污染物（如甲醛、苯），还具有良好的耐老化、抗渗性能；建筑内采用节水器具，加强用水设备的维护管理，杜绝浪费；(6)主要功能房间采取有效的降噪措施，进行专项的声学设计，可采用吸声吊顶。
3.4可再生能源利用
3.4.1太阳能的运用。太阳能是非常好的清洁能源而且储量丰富，充分利用太阳能优势明显，目前主要用于太阳能发电，被动式太阳房及太阳能集热器。太阳能发电主要是将太阳能通过半导体转换为电能，目前而言花费的成本较高；被动式太阳房是白天直接接受太阳辐射，将热量传向室内，达到供暖效果；太阳能集热器是充分利用太阳辐射，方便热水供应。3.4.2地热能的运用。另一种可再生能源是地热能，主要用于发电、供暖及务农，节约了资源，减少了对环境的污染。2010年地热开发利用总量，相当于1500万吨煤产生的能量[5]。虽然目前还存在一些障碍，地热能利用技术规程也不够系统完善，但相信在不久的将来，地热能会普及推广，社会效益和经济效益不言而喻。
4绿色建筑理念下的建筑节能设计实践
4.1工程概况
徐州某工业园区研发中心是基于绿色建筑理念下的节能设计项目，位于江苏省徐州市沛县敬安镇徐丰公路以北，西环路以东，健康路以南，基地东侧为空地，总规用地面积5713.95m2，地块平整规则。如图1所示，其主要功能有多媒体演示中心、会议室、展区及各类办公室等。
4.2节能设计分析与评价
建筑布局整体形式呈“L”型，场地西侧合理安排出入口，保证人车分流，避免流线的交叉干扰，同时在场地内部设置环形消防车道，保证消防扑救安全的基本要求，如图2所示。该建筑功能为地上四层办公建筑，办公类别为二类，建筑高度和面积分别为15.2m和3825.84m2。4.2.1节能设计分析。《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2019的绿色建筑评价指标体系的内容包括“安全耐久”“健康舒适”“生活便利”“资源节约”“环境宜居”，其中“资源节约”所占比重最大，包括节地与土地利用、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与绿色建材共4类二级指标[6]。以下将从节地、节能、节水、节材四方面进行节能设计分析。1)节地与土地利用。如图3所示，该项目充分考虑建筑周边的自然环境条件及基础设施，合理配置绿化植物，绿地率达到30%以上，采用集中绿地和屋顶绿化，以及透水地面（嵌草砖）设计；在规划用地条件内，合理控制经济技术指标，该项目的建筑密度为24%，建筑容积率为0.66；场地布置及建筑设计均考虑无障碍设计，场地内合理设置机动车停车位和非机动车停车位，无障碍停车位设在靠近建筑主入口的位置，场地内设置环形车道，主体建筑的出入口处、走道等公共场所进行无障碍设计；场地规划注重室外环境，主体建筑在保证环形消防车道的前提下尽量东移，为入口广场和室外活动场地留出更多的空间，符合绿色建筑要求的“节地”原则。2)节能与能源利用。结合场地具体条件进行优化设计，该建筑外观规整，凹凸较少，保证建筑的南北朝向，使建筑可获取足够的阳光；外窗采用6低透光Low-E+12空气+6透明塑料推拉窗，各项性能指标优越，外窗可开启扇能使建筑获得良好的自然通风，外窗采用自遮阳，在不影响采光效果和视觉景观的同时降低能耗；建筑外墙为200厚加气混凝土砌块，热工性能优越；采用中央空调集中供暖或制冷，省电节能，舒适感好，卫生要求好；照明节能选择优质高效的节能灯具，结合光控技术，分区分组实时控制走廊、楼梯间、门厅等场所灯具的开关。3)节水与水资源利用。该项目选用的绿色节水技术形成了水质达准、水压稳定且可靠的供水系统；合理使用非传统水源，采用节水灌溉（喷灌式）技术，停车场地面采用植草砖，减少地面辐射，利于雨水渗透，涵养地下水；建筑内采用节水器具，加强用水设备的维护管理，杜绝浪费。4)节材与绿色建材。该建筑按照二类办公楼设计，结构设计通过多方案比较，采用PKPM与YJK计算对比，择优选用建筑形体。采用框架结构体系，独立基础，形体规则，建筑造型简洁，整体呈“L”形，装饰性构件少；外立面采用干挂石材；外墙选用200厚加气砼砌块，导热系数低，隔热性能较佳；为了便于维修和更换，设备管道要求明管设计；主要功能房间采取了有效的降噪措施，如门厅、走廊、展厅、各类会议室等进行了专项的声学设计，采用矿棉装饰吸声板吊顶，如图4所示。4.2.2节能设计评价。该项目采用PBECA节能计算软件，分析其节能设计专篇，节能水平达到65%，绿色星级达到二星级标准[7-8]。该建筑节能基本情况见表1。该建筑建筑材料热工参数见表2和表3[9-11]。建筑模型大样如图5所示。经建筑热工计算，该建筑属于甲类建筑，体形系数为0.24，屋面、外墙、架空层或外挑楼板分别采用70mm挤塑聚苯板、芯材厚度85mm的复合岩棉防火保温板和芯材厚度110mm的复合岩棉防火保温板，其传热系数依次为0.45W/（m2・K）、0.49W/（m2・K）和0.5W/（m2・K）；房间的隔墙采用25mm+25mm厚的石膏保温砂浆，传热系数为1.15W/（m2・K），均满足围护结构热工性能要求。建筑外窗（包括幕墙）采用自遮阳，窗墙面积比东向0.22、南向0.58、西向一0.71、西向二0.55、北向一0.79、北向二0.21，北向一，西向一设计值≥大于规范限值0.7，传热系数设计值各方向均为1.9W/（m2・K），北向一、西向一设计值≥规范限值；太阳得热系数0.26，均小于规范限制，除了西向一和北向一的窗墙比和外窗传热系数，其他均符合热工性能要求。该工程因外窗传热系数，周边地面，西、北向窗墙比不符合规定性指标要求而进行权衡判断，具体见表4。建筑围护结构热工性能的权衡分析如图6所示。综上，关于建筑的全年能耗，设计值小于参照值，因此该项目符合节能设计要求。
5结语
通过以上分析，基于绿色建筑理念的节能设计已是大势所趋。在未来的发展过程中，要理论结合实际，重点推广可再生能源，优化节能设计策略，提升建筑工程质量，为构建资源节约型和环境友好型社会奠定基础，为建筑工业化开辟道路。
钱琰 张一兵 顾贤光 中国矿业大学建筑与设计学院
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