武晓杰

（中铁上海设计院集团有限公司天津分院，天津 300000）

0 引言

绿色节能建筑设计是在工程设计阶段科学设计施工方案，节约和控制建筑工程施工过程及后期使用时的能源和资源，达到降低能耗减少环境污染的目的。因此，需要在建筑设计中，合理规划建筑物室内设计和室外布局，融入绿色节能技术，应用环保可再生能源，做好资源能源二次利用，使得建筑达到绿色低碳标准，设计出贴合自然的绿色节能建筑。

1 绿色节能建筑设计的优势

1.1 降低建筑能源消耗

随着国内建筑行业发展，对不可再生能源需求不断增高，而国内自然资源日渐枯竭，能源问题尤为突出。但将绿色节能设计融入到建筑工程中，能够有效降低建筑工程施工过程中的能源消耗，同时绿色节能建筑与既有建筑相比，其能耗显著降低。在国外一些国家，已经提出零能耗、零污染的绿色节能设计理念。

1.2 形成新的建筑美学

传统建筑设计经过一段时间的发展，形成规模化、系统化、商业化模式，所设计出的建筑物风貌大同小异、千篇一律，不具有鲜明的特征。而绿色节能建筑设计强调突出当地文化、尊重城市生态、应用新型节能材料等，在融入这些因素时，突破传统建筑设计理念壁垒，形成了新的建筑美学，给城市居民带来耳目一新的体验，有助于推动建筑企业发展[1]。

1.3 符合绿色发展理念

以往建筑工程只在施工过程及建筑使用时，才会考虑城市生态问题。但绿色节能建筑设计是将绿色发展理念落实到建筑工程每一个环节之中，从方案设计阶段到后期建筑投入使用，都能够实现低碳节能目的，符合我国绿色发展理念的推广和实施。

2 绿色节能设计的基本原则

2.1 因地制宜原则

由于中国地域辽阔、各个地区所在气候、土质以及具体能源情况差异较大，在开展绿色节能设计时，需要秉承因地制宜原则。在建筑设计前，需要安排相应人员对施工现场进行实地勘察，结合现场所反馈的具体情况信息，进行综合分析和设计方案，减少对现场周围生态环境的破坏。例如，由于南北气候条件差异较大，建筑单位需要根据施工现场所处地域气候，科学合理规划建筑南北朝向、门窗位置、节能材料性能等，确保建筑设计遵循因地制宜原则，能够满足使用者对建筑周边环境的需求。

2.2 尊重生态原则

在既有建筑工程中，地基建设破坏土地环境且浪费大量土地资源，建筑工程施工过程中产生废料，建筑物在使用过程中供水供电供热等生成废气，对周围环境造成恶劣影响，给城市生态环境带来极大压力。通过绿色节能建筑设计，有效降低施工过程的能源消耗，实现后期建筑内部功能所用资源清洁性、绿色性，达到保护生态环境的目的。例如，可再生太阳能源使用，在施工过程及后期使用中利用光伏发电措施，降低施工过程中电能耗损，减少后期使用中外部电能供应需求；通过在屋顶安置太阳能板，供应洗浴热水，降低煤炭用量，符合低碳节能的社会需求。

2.3 节能环保原则

节能环保是绿色建筑最为显著特点，通过在原有建筑质量建设基础上，最大程度降低能源消耗，建筑建设质量和规模有一定程度提升。在绿色建筑设计时，需

要确保节能技术可行性、所应用节能措施被城市生态环境接受。节能技术可行性是指在施工过程中所运用的技术符合目前技术发展要求，能够对既有施工技术进行节能优化；生态环境接受性是指通过绿色建筑设计，能够有效降低建筑工程对环境的污染，降低能源消耗，起到优化城市生态环境和空气质量的效果，为城市居民提供良好居住环境[2]。

3 绿色低碳节能建筑设计的具体应用

3.1 能源环境

在建筑工程项目中，屋顶节能设计可以采用新型节能技术，通过科学手段规划出最佳的屋顶坡度，选择功能性强的新型环保材料。目前我国太阳能技术应用广泛，可在建筑物屋顶处安置太阳能板，通过光能转换电能，为建筑物功能使用提供电能，不仅成本较低且所提供电能具有可再生性，在北方冬天供暖时，能够降低煤炭使用量，缓和城市空气环境压力。同时我国已经研发出的新型环保材料，能够满足绿色建筑能耗要求。需要将此新型环保材料夹至在屋顶保温层和防潮层之间，不仅具有保温防潮作用，其防火效果也尤为显著。

由于建筑物墙体部位裸露在外，时常受到自然因素影响，因此在绿色建筑设计时，设计者可采用外保温技术提高保温效果，避免冷热桥效应，延长建筑物使用寿命。在冬季严寒的北方地区，需要做好建筑物墙体保温功能，需要选择保温性能良好节能材料，如河北省廊坊市项目采用建筑结构与保温一体化设计，将保温和墙体围护功能结合起来，墙体无须额外采取保温措施便可满足现行标准要求，实现保温与建筑同寿命。在夏季高温多雨南方地区，则需要做好建筑外墙保温防潮，避免建筑物室内炎热潮湿。因此需要根据各地区气候条件，对建筑物墙体材料做到针对选择，发挥出绿色建筑节能设计成效。

3.2 光环境

人们工作和生活倾向于天然光环境，各类光源视觉试验结果表明，在相同照度条件下，天然光的辨认能力与人工照明相比更好，可为工作、生活提供便利，还可保护视力，提高劳动生产率。在绿色节能建筑中，应基于眩光角度对采光系数、建筑饰面材料、门窗类型选择等进行综合设计，通过对天然光的充分利用，营造良好的宜居环境。

3.2.1 采光系数

指在室内参考平面上的某个点位，直接或间接接收来自假定、已知天空亮度分布的天空漫射光产生的照度与相同时间天空半球在室外无遮挡水平面上产生的天空漫社光照度的比值。室内某点位的采光系数用C表示，计算公式如式（1）所示：

式中：C——采光系数；En——是室内照度；Ew——室外照度。

3.2.2 建筑饰面材料

室内采光效果受内外因素影响，内部因素以内表面反射比为主，外因包括天空亮度、建筑外表面反射情况等。建筑内外饰面材料不同，产生的反射比也有所区别，室内采光效果也受到影响。不同位置的反射比材料设计取值不尽相同。

3.2.3 门窗类型

窗户对建筑内部采光效果具有决定作用，工程中最为常见的采光途径便是在建筑侧墙安装窗户、顶部安装天窗等，窗户位置、形态、尺寸等均会影响室内采光情况，建筑内常用的窗及透光门也会为光线传播提供便利，窗的不舒适眩光是评价采光质量的重要指标。

3.3 风环境

建筑通风与室内外风环境、建筑形体、开窗面积比例等因素相关，具体如下。

在室外风环境分析中，计算域内风速最大系数可通过分布云图进行分析，如图1 所示。根据图中速度分布和风速分布情况，便可对项目整体建筑布局进行优化。图中建筑四周风速放大系数与要求相符，建筑布局合理。在室内通风分析中，载入单体的总图模型，可先对建筑所在地的风环境模拟分析，再提取单体建筑的门窗风压值，对建筑内部自然通风进行分析，输出各个房间内换气次数、风压、风速等分布情况，并根据模拟结果调整门窗洞口尺寸，使自然通风情况得到良好改善，优化方案设计。

图1 1.5m 高处风速放大系数云图

在建筑形体方面，可利用屋顶造型导流实现室内通风。绿色节能建筑的形状是多变的，屋顶的形状往往与建筑物周围气流的变化密切相关，下层和多层建筑屋顶的风压高于建筑物下部的风压，并且在该高度区域内的空气紊流较小。因此，屋顶可以利用形状来引导风并形成风压差，为建筑物内部新鲜空气的交换提供了动力。通常情况下，风对建筑物施加的力可以分为水平阻力和垂直升力，风压一般在水平阻力的基础上进行组织，实现通风。例如，从正面向倾斜的屋顶吹出空气时，角落会产生负压和巨大的吸力，在空气流动中发挥重要作用。

在开窗面积比例方面，门窗在建筑物中发挥着室内通风、采光的作用，也是控制室内温度的主要途径，在节能建筑设计过程中，需要科学规划设计出门窗在建筑物中的具体位置以及开窗面积，从而营造良好的通风环境。

3.4 声环境

在绿色建筑设计中，对所有主要功能房间内的室内噪声级进行计算，以宿舍为例，对室内噪声级计算过程进行计算，其他房间的计算过程相同。室内噪声级用室内噪声A 声级表示，室内噪声主要由周围环境噪声源、室内声源、建筑物本身隔声性能影响，噪声声源传播如图2 所示。

图2 室内噪声声源传播

从隔音角度来看，房间在各中心频率下的总吸声量跟构件的吸声系数、构件的内表面加有关，构件主要包括内墙、内窗、地板和天花板。绿色建筑设计可对室内声环境进行模拟，从而在分析过程中优化设计。

在绿色建筑中，还可通过设置室外绿化带的方式达到隔音效果。如图3 所示，设置场地临道路侧设置绿化带的区域的声压级较西侧场地无绿化带区域声压级低。

图3 场地1.5m 高度处声压级分布图（昼间）

据调查，绿篱能够反射75%的噪声，25~30m 宽的乔灌木结合绿化带最大可降低噪声12dB。但城市中住宅后退道路用地紧张，靠大面积绿化降噪不现实，所以绿化隔声带在宽度、高度、位置上应合理配置，高中低多层次结合，选择叶片大而密集、枝叶下垂的树种。对于必须进入小区内部的道路，将其线形设计为多弯道或尽端路，在路面上设置减速带，可以有效地降低车辆行驶速度，从而使交通噪声得到控制。

4 结语

综上所述，在经济发展背景下，高质量生活环境是人们当前需求。低碳节能生活能够有效改善人们生活质量，优化城市生态环境。因此，在进行绿色建筑设计时，需要落实绿色节能理念，开展科学绿色建筑设计，引进国外先进节能技术，满足人们对建筑物的居住需求，起到低碳节能效果，维护城市生态环境，促进建筑行业绿色可持续发展。