绿色建筑设计的技术实现

【摘 要】绿色建筑是全寿命周期内节约能源、资源、环保舒适的建筑。被动房屋、装配式房屋、钢构房屋是绿色建筑的主要形式，绿色建材、先进材料的使用可进一步实现建筑的绿色化。建筑师应树立绿色建筑设计理念，在新的技术形式下创造新的建筑艺术。

【关键词】绿色建筑；绿色建材；被动房屋，装配式房屋

0 引言

随着人口增长和社会发展，资源、环境方面的压力逐渐增大，可持续发展的理论日益深入人心，低碳、节能、环保已成为生产和生活等各方面应遵循的基本准则。建筑作为人类生活的必需品，可以为人们提供舒适的生活环境，同时，建筑的生产和使用也消耗大量的资源和能源。据统计，全国每年房屋建材消耗量占同种材料消耗量的比例为：钢材占25%、木材占40%、水泥占70%、玻璃占70%。能源消耗方面，建筑有逐渐超过工业和交通，成为第一耗能大户的趋势。根据《中国建筑能耗研究报告（2016年）》的数据，2014年我国建筑能源消费总量在全球排名第二，仅次于美国。我国现有建筑95%以上是高耗能建筑，建筑能耗占全社会总能耗的30%左右。目前我国人均建筑用能处于较低水平，是美国人均建筑能耗的1/5，德国的1/3，日本、韩国的1/2，甚至低于世界平均水平。随着人民生活水平提高，我国建筑能耗还将持续上升。就已有建筑来看，如果达到同样的室内舒适度，单位面积能耗可能达到同等气候条件发达国家的2至3倍。因此，不论是城镇化推进、新农村建设，还是老旧建筑改造，建筑节能潜力巨大，基于绿色理念的建筑设计大有可为。

所谓绿色建筑，是在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑当然是节能建筑，但节能并不能涵盖绿色建筑的全部意义。绿色建筑的定义明确了通过提高能源、资源利用效率，减少建筑对能源、土地、水和材料资源的消耗，提升建筑内部环境品质，减少建筑对外部环境影响的核心任务。同时，突出了在“全寿命周期”范畴内统筹考虑的原则，强调了健康、适用、高效的使用功能要求，体现了“与自然和谐共生”、营造和谐社会的思想。

1 实现绿色建筑设计的技术途径

1.1 被动房屋

被动房屋是基于被动式节能策略而建造的建筑物。被动房屋是将自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源得热等各种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合建造而成的低能耗建筑。这种建筑在显著提高室内环境舒适性的同时，可大幅度减少建筑使用能耗，最大限度地降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖。

被动房屋节能的关键是采用高性能的围护结构，通过极低的传热系数和良好的密封性减少热量的传递，在冬季可以凭借房屋自然得热维持室内温度达到20度以上，在夏季则足以抵抗太阳幅射不传到室内。被动房屋的墙体、屋面以及地基的传热系数不应高于0.15W/（m2·K），保温材料的厚度一般在200到400mm左右，边沿、转角、连接处以及渗透处均需采取适当措施，避免热桥的产生。窗户是普通建筑保温、隔热、隔音的薄弱环节，普通双层玻璃不能满足被动房屋的隔热要求。目前已有传热系数较低的真空玻璃、三玻两腔中空玻璃等可供選用，加上适当的窗框材料和窗框保温措施，可以极大地降低热损失，即使增大窗洞面积也能满足要求，这有利于自然采光和冬季提高室内温度。外遮阳系统也是被动房屋的重要构件，它可以最大限度减少夏季阳光直射造成的室内温度升高，同时最大限度地利用自然光，使室内照度分布均匀，防止眩光。被动房屋需要新风系统保持空气卫生、调节空气温、湿度等。高效热量回收系统、太阳能、地热资源、生物质可再生能源等的利用等也是被动房屋的有效节能途径。

被动房屋的节能效果可达到普通建筑的90%。在国家大力推进下，被动房屋建设目前已有许多成功的例子，为今后设计和建设起到良好的示范作用。在城市化进程和新农村建设中推广被动房屋，必然为我国的节能减排做出巨大贡献。当然，我国地域辽阔，气候区涉及到严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、青藏高原等多种类型，设计适应不同气候特点的被动房屋将是建筑师面临的巨大挑战。

1.2 装配式建筑

装配式建筑是用工厂预制部品部件在工地装配而成的建筑。原则上木料、钢材和混凝土都可生产预制构件，但主要的还是采用预制装配式混凝土结构，即PC构件。构件经工厂预制，现场进行装配连接，并可在结合部分现浇混凝土。预制构件的工厂化高效、高标准生产是装配式建筑的主要优势，而大开间设计和轻质材料分割墙的使用有利于空间的灵活运用，便于满足用户的不同需求。由于现场浇注往往难以完全避免，因此尽量提高建筑的“预制率”和“装配率”才能最大程度地发挥装配式建筑的优势。预制率是衡量主体结构和外围护结构采用预制构件的比率，预制构件类型包括外承重墙、内承重墙、柱、梁、楼板、外挂墙板、楼梯、空调板、阳台、女儿墙等结构构件。装配率是衡量建筑所采用工厂生产的建筑部品的装配化程度，建筑部品类型包括非承重内隔墙、集成式厨房、集成式卫生间、预制管道井、预制排烟道、护栏等。

发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是国家大力倡导的建筑形式。传统建筑主要是现场手工作业，由搭脚手架、支模板、绑扎钢筋、浇注混凝土等工序组成，主体建筑完工后还需内外装修，工期长、资源浪费大、环境污染严重。装配式建筑在绿色、节能、环保方面较传统建筑模式有明显优势。工厂化生产具有较高的生产效率，能源、材料的利用率高，便于新型保温材料、绿色环保材料和可再生材料的使用。建筑现场主要是吊装作业，人员少、工期短，废水、粉尘、噪声等污染较小，产生的建筑垃圾也非常少。装配构件甚至可以预先完成室内外装饰，极大地节约了资源，减少了装修造成的浪费。

1.3 钢构房屋

钢构房屋以冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为承重骨架，以轻型墙体材料作为围护结构。与传统混凝土结构建筑相比，钢构房屋具有诸多优势，具备绿色建筑的主要特征。首先，钢构房屋有较长的使用寿命，且结构的易拆除和可回收重复利用性是混凝土建材不具备的。其次，钢结构强度高、质量轻，其自重一般为钢筋混凝土结构自重的1/2至3/5，因此采用钢结构可以减少建筑物约40%的自重，具有更好的抗震性能，还可简化基础构造，降低成本。高强度的钢结构便于设计较大开间，使建筑平面能够合理分隔，满足不同用户的需求。钢结构断面小，约占建筑面积的3%，远低于普通混凝土建筑的7-9%，可以提高房屋有效面积。钢结构可以开孔穿管线，不需预留管线位置，可降低层高。另外，钢构房屋便于工厂预制构件，具有装配式房屋工期短、污染小、节能、降耗的特点。

1.4 绿色建材

传统建筑材料水泥、粘土砖等的生产能耗大、污染重，较大的传热系数又使建筑保温性能差，大大增加了建筑使用中的能耗，大量使用这些材料的建筑不能称为绿色建筑，采用绿色建材部分或全部替代水泥、粘土砖等传统建材，是打造绿色建筑的必然要求。根据中国建材联合会公布的定义，绿色建材应具备“四个环节五个特征”，即在原料选用、开采加工、产品制造、产品应用过程中，能够有效利用废弃物，少用天然资源和能源，资源可循环再利用的，不仅性能功能符合建筑物等配置的要求，而且全生命期内与生态环境和諧，对人类健康无害的建筑材料。绿色建筑材料具有节能、环保、低碳、安全、可循环、长寿命的特征；生产工艺和生产使用过程中贯彻清洁文明、净化环境的特征；充分利用废弃物，减少天然资源和能源消耗，具有可循环再利用的特征；具有低排放、无污染、无毒害、与生态和谐的特征；满足绿色建筑和其它应用领域配置要求，有利于改善和提升人类生产生活水平的发展进步特征。

使用废弃物生产建筑材料，减少了天然资源的消耗，消除了固体废物对环境的污染，符合绿色建材的要求。含有无定形SiO2 和Al2O3或活性较高的CaO的废弃物，可加入混凝土中参与水泥水化反应，从而减少硅酸盐水泥的用量，这类废弃物主要有粉煤灰、煤矸石、钢渣、磷渣、煤渣、赤泥、锂渣、锰渣、垃圾焚烧灰、低温稻壳灰等。惰性废弃物如矿山废石、粗粒尾矿、废玻璃甚至旧建筑废弃混凝土等，经破碎、筛分分级后可以作为骨料，可减少天然材料的开采。高性能隔热保温材料在降低建筑能耗方面起着关键作用，也是典型的绿色建材。除了混凝土空心砖、加气混凝土外，轻质材料如玻璃微珠、胶粉颗粒等加入混凝土也有优良的保温效果。近年，专用保温材料的使用日益广泛，常用的有玻璃棉板、挤出型聚苯乙烯板、发泡型聚苯乙烯板以及岩棉板等。

1.5 先进材料

先进材料指有别于传统材料，采用先进技术生产的高科技材料，包括能对外界刺激产生响应的智能材料，这些材料包括光致电、光制冷材料，光敏、压敏材料，智能调湿、调热材料，自修复材料等。建筑节能降耗方面最常见的先进材料有低辐射玻璃、变色玻璃、相变材料等。

低辐射（Low-E）玻璃是一种镀膜玻璃，已有工业化生产并成功用于被动房屋。Low-E玻璃具有传热系数低和反射红外线的特点，与普通透明玻璃相比， 它可以反射40 %-70 %的热辐射， 但只遮挡20 %的可见光。与普通玻璃配合使用， 组成双层中空窗， 有很好的保温隔热节能效果，节省暖气、空调费用。而智能玻璃具有热敏、光敏等特性，可自动调节进入室内的太阳辐射，根据变色原理主要有光致变色玻璃、热变色玻璃、电致变色玻璃、液晶玻璃、电泳玻璃等。

相变材料是一种蓄能材料，可以根据温度变化产生液-固相变，吸收或放出热量，从而保持室内处于舒适温度范围。建筑节能用相变材料的熔点一般为22-26℃，在建筑中的应用形式主要有墙体中使用相变储能墙板，通风系统中使用相变储能模块，在太阳能地暖和水暖地暖系统中使用颗粒状相变材料，在建筑材料中掺入相变微胶囊，在吊顶中使用大体积封装的相变材料板块等。

2 绿色建筑时代的设计创新

绿色建筑是人类与自然和谐相处的必然产物，是国家大力推动的宏伟工程。根据“建筑业发展十三五规划”规定的建筑节能及绿色建筑发展目标，城镇新建民用建筑全部达到节能标准要求，能效水平比 2015 年提升 20%。到 2020年，城镇绿色建筑占新建建筑比重达到 50%，新开工全装修成品住宅面积达到 30%，绿色建材应用比例达到 40%。装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到 15%。

“建筑是凝固的音乐”。建筑不仅提供舒适的室内环境，建筑的外观也必须符合美学原则。然而内容决定形式，绿色建筑的种种技术要求必然对建筑的表现形式产生影响。特别是在绿色建筑发展的初期，已有的建筑空间及其造型艺术不一定能很好地适应绿色建筑技术。比如，被动房屋的遮阳要求可能会影响建筑的立面造型，装配式建筑构件标准化的要求也一定程度上限制了建筑的造型。尽管如此，绿色建筑也不会千人一面。技术进步促使建筑发展，艺术表现又促进技术的完善。在绿色建筑技术的成熟过程中，必然伴随着新的建筑艺术表现形式。绿色建筑的发展是绿色建筑技术与艺术结合的创新，在这个发展过程中，建筑师大有可为。建筑师应主动树立绿色理念，紧跟技术发展，因地制宜，因时制宜，综合运用各种技术手段，创造适合绿色建筑的新型建筑艺术形式。

3 结束语

实现绿色建筑的技术途径多种多样，但不是互相孤立的。被动房屋重点关注保温隔热，减少建筑使用中的能耗，保温材料也应尽量使用绿色建材和先进节能材料。同时，被动房屋也可采用装配式建造，或钢结构装配式建造，减少建筑建造过程中的资源浪费和环境污染。绿色建筑是社会发展的必然，建筑师要主动践行绿色建筑设计理念，在新的技术形式下创造新的建筑艺术。

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