綠色建筑的設計革新構思

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綠色建筑其核心思想是“四節一環保”。這是結合了我國的資源環境狀況后提出的具有中國特色的綠色建筑定義，為我們指明了符合中國國情的綠色建筑發展方向。綠色建筑評價標準可用于評價住宅建筑和辦公、商場、賓館等公共建筑，評價指標體系有節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量和運營管理6類指標組成。每類指標包括控制項、一般項與優選項。其中，控制項為評為綠色建筑的必備條款；優選項主要指實現難度較大、指標要求較高的項目。對于住宅，共有控制項27項，一般項40項，優選項9項，共計76項；對公共建筑，以單體建筑為對象進行評價，共有控制項26項，一般項43項，優選項14項，共計83項。在控制項指標滿足的前提下，按滿足一般項和優選項的程度，將綠色建筑劃分為一星級、二星級和三星級。

1相對于現行設計標準的變化

綠色建筑評價標準大體上是基于我國現行的設計標準，也部分借鑒了國外綠色建筑評價標準的內容，同時結合我國的特征進行了修改補充，如節地部分，要求“建筑物周圍人行區風速低于5m/s，不影響室外活動的舒適性和建筑通風”、“室外透水地面面積比大于等于40%”；如節能部分，要求“建筑總平面設計有利于冬季日照并避開冬季主導風向，夏季有利于自然通風”、“新建的公共建筑，冷熱源、輸配系統和照明等各部分能耗進行獨立分項計量”、“建筑設計總能耗低于國家批準或備案的節能標準規定值的80%”；如節水部分，要求“辦公樓、商場類建筑非傳統水源利用率不低于20％、旅館類建筑不低于15％”；如節材部分，要求“建筑結構要素要簡約，無大量裝飾性構件”；如室內環境部分，要求“設置室內空氣質量監控系統，保證健康舒適的室內環境”、“辦公、賓館類建筑75％以上的主要功能空間室內采光系數滿足現行國家標準《建筑采光設計標準》GB50033的要求”等。標準一方面補充了現有標準在綠色方面的欠缺，另一方面強化了相關設計要求的量化標準。此外，綠色建筑評價標準還強調了設計階段應關注施工、運營方面的內容，如節材部分，要求“建筑結構材料合理采用高性能混凝土、高強度鋼”、“在建筑設計選材時考慮使用材料的可再循環使用性能，在保證安全和不污染環境的情況下，可再循環材料使用重量占所用建筑材料總重量的10％以上”；如運營管理部分，要求“辦公、商場類建筑耗電、冷熱量等實行計量收費”等。

2綠色建筑體系的完善

伴隨著綠色建筑的推進，綠色建筑評價管理單位也不斷發展，但綠色建筑評價標準在地方適用性、建筑類型適用性、評價的標準細則上還有不足，需要不斷發展。如在建筑類型方面，編制和頒發了“綠色醫院”、“綠色辦公”、“綠色商店”、“綠色超高層”、“綠色校園”、“綠色生態城”等；在地方適用性方面，上海、北京、天津、深圳、江蘇等大部分省市都提出和頒發了適用于地方特點的地方標準。此外，現存的設計標準也進行了相應修訂和完善，如《上海市民用建筑太陽能應用技術規程（光伏發電系統分冊）》（DG-TJ08-204B-2008）、《地源熱泵系統工程技術規范》（2009年版）、《上海市居住建筑節能設計標準》（DG/TJ08-2078-2010）、《民用建筑節水設計標準》（GB50555-2010）、《建筑遮陽工程技術規范》（JGJ237-2011）、《上海市公共建筑用能監測系統工程技術規范》（DG108-2068-2012）、《上海市公共建筑節能設計標準》（DG108-107-2012）、《半導體照明應用節能評價技術要求》（2012年版）、《工商用制冷設備的環境標志產品技術要求》（2012年版）、《民用建筑室內熱濕環境評價標準》（GB/T50785-2012）等。

3設計革新的思路

建筑行業在應對綠色建筑評價標準方面，除了需要不斷完善設計標準體系之外，還需在以下三個方面進行革新和改變。

3.1設計準則的變革

雖然我們的現存設計標準不斷完善了綠色建筑的相關要點，但是建筑設計的宗旨仍然是在保證功能、美觀、安全、舒適的前提下，實現初投資的經濟性和投資的高回報率，這也與開發商的投資利益最大化的思路相符。但不同的是，“綠色建筑”強調的不是初投資經濟性下的建筑性能最佳，而是建筑全壽命周期下的投資回報率最佳。簡而言之，更加關注的是“動態回報率”，而非“靜態回報率”，即綠色建筑時代，建筑設計的優劣準則應以消耗最經濟的資源來滿足功能、美觀、安全、舒適等固有屬性的需求。

3.2設計流程的變革

因為綠色建筑強調全壽命周期，強調性能化設計，所以綠色建筑設計一方面要求設計師需要了解設計的相關知識，了解建筑的建造過程和運行使用的運維要求，另一方面需要使用計算機模擬的方式來計算和分析設計方法的優劣。其實對于社會分析逐步細化的今天，設計師難以全部掌握這些技術，為了適應這兩方面的需求，最重要的是改變本身固化的設計流程和設計方式。建筑物理專業必然成為綠色建筑設計新流程中的一員，他們主要承擔多種設計方案的性能比較分析，以幫助設計人員在有限的時間內設計出最佳的建筑，當然有些大型企業還會誕生如建筑材料/產品咨詢師、建筑需求分析咨詢師等分工，他們可以為設計師釋放更多的時間去關注設計方案本身在功能、美觀、舒適等基本功能方面的優化組合和實現。建筑設計的過程也必須成為全過程化，在施工圖完成之后的技術招標、圖紙深化和施工、調試、運營階段，設計師都必須時時跟蹤，并擔當重要的角色，如圖1，在電氣系統技術深化階段，施工圖的設計單位仍然需要承擔技術審核的角色。

3.3設計方法的改變

與傳統的建筑設計方法不同，綠色建筑的設計方法更加注重氣候、環境等因素的引導設計、定性設計方法的定量化、定量設計方法的可視化，同時更加注重集成技術的最優化設計。（1）氣候、環境等因素的引導設計傳統建筑的建造在適應氣候、環境等方面有很多的實踐并形成了一些值得我們借鑒的經驗。在當今的建筑設計中，這些方法都或多或少地消失了。當代建筑設計中建筑師多數把利用或者抵御氣候的問題轉移給了設備工程師，氣候等因素所能體現的內容只是一些技術標準和技術措施。綠色建筑則要求建筑師在設計建筑之前就應該了解當地的氣象地理特征，從而指導如何進行體型、窗口設計等。如圖2，就是在建筑設計之前，充分了解當地可以利用自然通風滿足室內舒適性的月份，從而指導以何時的氣候條文作為邊界條件指導自然通風設計。（2）定性設計方法的定量化傳統的建筑設計方法對于某些技術的效果表達很難用定量方法量化，如自然通風效果等。如圖3，通過結合計算機模擬技術的自然通風性能設計，可以定量表達房間開窗設計在自然通風情況下小于0.3m/s區域的面積比，通過定量化的評價可以為開窗開門大小、位置提出改進建議。（3）定量設計方法的可視化傳統的建筑設計方法對于某些技術的設計通常使用經驗公式或某些簡化的圖表進行計算，如自然采光、空調風口的設計、噪聲、空調處理過程等。但這種定量設計方法缺乏可視性和形象化，對于計算結果的驗證也只能通過經驗或者計算書的檢查來實現，對于某些非專業的業主或者使用者就很難表達清楚。建筑性能設計方法就可以通過一些計算機仿真技術將傳統的定量設計方法進行可視化。如圖4為某大空間建筑的氣流組織分析圖，通過經驗公式計算初步確定了風口布置方式（10個送風口和5個排風口，送風口風速3m/s，排風口風速為2m/s），可視化的結果表明送風可達到池廳區域，排風口的設計不會形成短路現象，且空氣流動均勻性較好，大部分區域滿足小于0.2m/s、大于0.05m/s的要求。（4）集成技術的最優化設計自從2005年《公共建筑節能設計標準》以來，我國就非常重視建筑節能的工作，可以說綠色建筑的核心也是建筑節能，在能源方面就體現了與綠色建筑相適應的特點，可以分析不同節能技術集成的綜合效果，可以展示建筑的能耗特征，促進建筑節能技術措施的優化。如圖5，該項目預測出建筑未來逐月以及主要用能設備的能源消耗情況，通過進一步調整圍護結構保溫、遮陽、照明節能以及高效制冷機等空調設備節能措施，從而將節能率從50%提高至60%。

3.4設計工具的變革

從綠色建筑工程的實踐可以發現設計方法的推進還存在以下問題：1）二維制圖設計與三維仿真分析的交替建模的重復矛盾；2）多種性能化分析軟件之間的協調配合；3）專業化分析人員與專業化設計人員的協調發展。從發展來看，以BIM建筑信息化模型平臺集成眾多性能化分析技術的設計程式將是未來發展的趨勢，如Autodesk的Revit就嘗試集成了Ecotect、IES等軟件，Sketchup就嘗試集成了EnergyPlus軟件；同時加強設計人員的性能化分析技術的培訓和專業化分析隊伍的設計工程實踐也是促進新設計方法發揮更大作用的措施（圖6）。

4案例分析—以建筑遮陽設計為例

以上海某交通建筑屋頂遮陽設計為例，闡述綠色建筑設計方法和設計流程的特點。

4.1項目背景

屋頂天窗的設計基于提高室內采光、降低能耗、提高室內視野通透性的原則進行設計，基于以上原則之后，設計的天窗面積為屋頂面積的0.27，基于PKPM節能分析難以滿足《公共建筑節能設計標準》（GB50189—2005）的要求。基于以上情況，遮陽設計必須介入。經過多方討論，形成以下遮陽設計的原則：1）采用固定外遮陽形式，而不采用內遮陽形式；2）以解決夏天阻擋太陽輻射為主，冬季太陽得熱為輔；3）可在玻璃上多加處理，解決部分遮陽問題。

4.2遮陽設計的開始

由以上情況可知，此次遮陽設計并不是一開始就介入，而是在項目調整階段中介入的，所以困難和限制更多。項目組專門成立了屋頂遮陽專項組，專項組的成員包括項目經理、建筑師、建筑物理工程師、建筑材料工程師以及遮陽廠家。接下來的設計過程如下：（1）首先確定遮陽設計優化措施：適當減少天窗面積；提高玻璃遮陽性能（建筑材料工程師（或玻璃廠家）提供）；考慮大梁對天窗的遮陽（考慮自身遮陽）；設置固定百葉外遮陽。（2）在以上基礎上，建筑師根據實際情況提出了以下兩種固定百葉外遮陽方案：方案1：固定百葉，南北方向布置，三個百葉為一組，組間距為950mm，組內百葉間距為425mm，百葉寬度450mm，百葉中心線距天窗距離為200mm（圖7，8）。方案2：固定百葉，東西方向布置，五個百葉為一組，組間距為950mm，組內百葉間距為512mm，百葉寬度450mm，百葉中心線距天窗距離為200mm（圖9，10）。（3）由于該項目超出了查詢手冊的適用范圍，軟件模擬計算方法（EnergyPlus）進行分析，此時建筑物理工程師介入，進行分析。

4.3遮陽模擬分析

4.3.1分析思路針對固定遮陽，計算夏季外遮陽系數和冬季外遮陽系數，繼而得到夏季外遮陽系數和冬季外遮陽系數的比值（以下簡稱夏冬比），從全年節能角度來講這個值越小越好，即夏季盡量遮擋陽光，冬季盡量引入陽光。

4.3.2方案1與方案2的比較兩種方案的比較結果見表1（其中材料的反射率等參數由建筑材料工程師或廠家提供）。由計算結果可知，方案1相對方案2優勢明顯，方案2夏冬比的差別不大，方案1的夏冬比最低可以做到0.8以下。此外在方案1中還可以看出，百葉向南開比向北開更有優勢，故選擇方案1，并且把角度向南開作為后續分析的基礎。

4.3.3方案1中參數變化的影響分析在確定方案1后，需要就百葉寬度、百葉角度以及百葉中心線與天窗距離對遮陽效果的影響進行進一步分析，然后確定它們的尺寸。（1）角度的確定由圖11可以看出，在百葉寬度和離窗距一定的情況下，百葉向南開，角度與水平面成30°時為最佳。（2）百葉寬度和百葉中心線與天窗距離的確定圖12是基于30°情況下，對于離窗距和百葉寬度的分析。由圖可知，百葉寬度為450mm時為最佳，離窗距對結果影響不大，距離200mm稍好于400mm。

4.3.4建筑師提出兩種布置方式并比較建筑物理工程師結合遮陽、采光、視野、經濟性綜合評價圖13中兩種方式優缺點，最終推薦后者。確定了固定外遮陽百葉的開啟方向、尺寸、離窗距離以及布置形式之后，還需結構工程師結合風荷載及重量荷載對于遮陽結構提出要求或復核，并且電氣工程師還需提出控制、防雷以及變配電等方面的要求。

4.3.5建筑師要與廠家確定遮陽產品的安裝預留空間、材料顏色等內容該工程對于屋頂遮陽系統進行了性能化設計的嘗試，通過性能化的優化設計，使得屋頂遮陽系統的百葉形式、開啟方向、角度和尺寸等參數從定性化設計向定量化設計進行了轉變。設計流程中建筑物理專業的介入也為建筑遮陽的方案對比和參數確定提供了重要的分析依據。

5結語

隨著綠色建筑實踐的不斷深入，人們更多地開始關注綠色建筑的實際應用效果，從而更加促使建筑市場的開發模式、設計模式、建造模式和運營模式的巨變。設計師需要抓住機遇，主動變革，不斷提高設計水平，以適應綠色建筑發展的新要求。

作者：夏麟單位：上海現代建筑設計（集團）有限公司技術中心