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1綠色建筑的設計方法和策略
綠色建筑設計包括場地與綠色規(guī)劃、建筑設計與室內(nèi)環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水和節(jié)材五部分內(nèi)容。設計中相應體現(xiàn)在綠色建筑理念在在規(guī)劃階段的通盤整體考慮、適應當?shù)亟ㄖ夂蛐缘谋粍釉O計策略。具體包括，合理的日照與遮陽設施、良好圍護結構熱工設計、合理的通風和可再生能源的利用、污水處理及雨水中水利用、綠色材料用選用、良好的室內(nèi)熱舒適環(huán)境、聲環(huán)境、空氣質量等等。如何實現(xiàn)這些設計策略轉化到建筑設計，“不顯山露水”地落實到施工圖上，是要解決的關鍵問題。其中最關鍵是要結合先進的計算機模擬分析手段采用“整體設計方法”。在項目初期建立一個由各個專業(yè)組成設計團隊，團隊定一個確定的目標——設計綠色建筑。各成員均以此目標作為準繩，來進行協(xié)調(diào)專業(yè)之間的沖突和矛盾。只有各專業(yè)的通力合作和全程積極參與才能真正實現(xiàn)綠色建筑的設計。
2綠色建筑優(yōu)化設計過程
2.1綠色建筑的規(guī)劃階段的設計優(yōu)化
在規(guī)劃階段，分析場地中的氣候資源特點，結合計算機模擬的方法，從空間布局和朝向選擇上對建筑的熱、聲、光、風場等進行優(yōu)化。建筑設計項目一旦通過報規(guī)，是很難進行修改調(diào)整。如果前期倉促定案，會造成先天不足，是很大的缺憾。成都西南交通大學歸谷低碳小區(qū)日照強度計算圖，通過總平面設計的優(yōu)化分析，對建筑物平面布置和體型的調(diào)整，優(yōu)化建筑的陰影分布，保證充足的日光進入每一棟建筑內(nèi)，日照效果達到最好。對建筑物進行通風模擬，以確定最佳的布局方式，并優(yōu)化室內(nèi)外空間布局，形成穿堂風，使建筑物達到最好的通風條件。該項目的室外風環(huán)境CFD模擬風場。
2.2建筑氣候適應性與設計優(yōu)化
在深入分析不同經(jīng)典綠色建筑的基礎上，通過對不同氣候區(qū)建筑設計創(chuàng)作的研究，發(fā)現(xiàn)地域建筑的創(chuàng)新與發(fā)展都涉及到建筑基本屬性。如功能與空間、結構與構造形式、室內(nèi)外物理環(huán)境、經(jīng)濟投入、地域風格等，反映出安全、經(jīng)濟、舒適、美觀等性能特征在建筑創(chuàng)作中的主導地位。建筑外觀是在順應氣候、地形、地貌等自然條件，按照人的傳統(tǒng)、文化、習俗和審美等的要求，作用于建筑，是地域建筑給外界的最直觀的表達方式；建筑的功能是在滿足工作與生活需求這一共性的基礎上，對文化、宗教信仰、工作與生活習慣等個性特征的滿足；環(huán)境問題是人工環(huán)境帶給人體最直觀的感受，它的好壞直接影響人體健康，也會導致資源、能源利用的差異；經(jīng)濟性決定了選取材料和技術的衡量標準，在經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，這一制約因素發(fā)揮著決定性作用；除此以外，與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是目前以及很長一段時期內(nèi)任何建筑都必須面對和解決的難題之一，尊重自然，強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的建筑產(chǎn)業(yè)是當務之急。通過對不同建筑的功能、文化、氣候適應性研究，認為綠色建筑最顯著特點之一是建筑的氣候適應性。遵義市科技館效果圖，遵義市屬于中亞熱帶高原濕潤季風區(qū)，氣候溫和、夏無酷暑，冬無嚴寒。但地處山區(qū)，海拔高差較大，氣流、降水以及氣候具有典型的山地氣候特征。建筑場地在海拔1500m以上的山地，以石作為造型理念，采用半覆土建筑形式，以厚重實體回歸自然，由西向東，由南向北逐漸延伸入土中，整個體量從屋面到松林做到自然過渡，渾然一體。利用地下土壤的熱穩(wěn)定性和地下溫度的恒溫性，體現(xiàn)出建筑的地域特色，具有創(chuàng)新的理念。建筑設計按照被動優(yōu)先的原則，通過計算機模擬，采用圍護結構隔熱、遮陽，充分利用自然采光、加強自然通風等技術措施，來減少建筑能耗，提高建筑的功能要求和室內(nèi)舒適度。外圍護結構主要為非透明實體圍護結構，以減少夏季強烈的太陽輻射對建筑室內(nèi)過熱和空調(diào)能耗的增加，同時滿足科技館建筑室內(nèi)采光與照明對科技作品、藝術作品的功能要求。半覆土建筑形式對場地內(nèi)地形地貌進行最大限度的保護，避免進行大開挖，大填方。對場地內(nèi)的水系和現(xiàn)有植物進行利用。景觀專業(yè)對現(xiàn)有水系和植物的利用，包括現(xiàn)有竹林，樹木，灌木等等。結合給排水專業(yè)設置雨水蓄積方案，確定雨水蓄積的方式和位置，雨水蓄積同時作為景觀水景，同時滿足功能和綠色建筑對水資源節(jié)約的要求。瓦努阿圖國家會議中心效果圖，瓦努阿圖位于南太平洋，最熱月平均氣溫為26.4℃，最冷月平均氣溫為21.6℃，年平均氣溫24.1℃。全年太陽高度角較大，直接輻射強。氣候溫和濕潤，屬于典型的低緯度海洋性氣候。建筑設計尤其注重遮陽、通風。利用海洋性氣候條件下海陸風的晝夜變化特點，增強自然通風效果。地形對風向和風速的修正以符合項目所在的背景風場。利用種植屋面良好的隔熱機理和熱穩(wěn)定性，完全消除太陽輻射得熱，實現(xiàn)超低能耗的運行方式，營造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。晝夜海陸風和建筑平面通風流線，采用外挑屋面遮陽結合采光設計，具有遮陽功能的走廊和挑檐，在減小空調(diào)負荷，降低空調(diào)能耗的同時，可實現(xiàn)自然光亮度、均勻度滿足使用要求，并有效控制眩光，最大限度減少晝間人工照明用電等。項目建成后，結合綠色運行手段，可望稱為低緯度海洋性氣候地區(qū)低能耗綠色建筑的典范。從以上工程實例可看出，具有氣候適應性的建筑將有利于氣候的自調(diào)節(jié)作用，這也是自古以來人類總結出的、今天流行的被動節(jié)能技術設計方法。因此，通過被動式自然能源的應用，對建筑進行優(yōu)化設計，利用建筑圍護結構的蓄熱、自然通風等將室外溫度波的衰減、延遲特性、圍護結構內(nèi)表面平均輻射溫度（MRT）的日平均值和波幅值控制在人可接受的范圍內(nèi)。這種被動與主動相結合的節(jié)能技術，盡可能延長基本熱舒適時間，減少采用主動干預室內(nèi)熱環(huán)境的方式實現(xiàn)熱舒適環(huán)境時間，也就是說盡量減少空調(diào)和采暖時間，是氣候適應性節(jié)能建筑的核心，也是我國綠色建筑的技術路線和方向。
2.3建筑形態(tài)設計與節(jié)能設計
綠色建筑設計與一般設計的根本性區(qū)別在于采用量化分析的方法代替感性認識，可以說沒有定量化的分析就沒有理性綠色建筑的誕生。采用計算模擬分析手段來推敲設計策略對建筑能耗的影響，進而優(yōu)化建筑設計。成都雙流機場T2航站樓，建筑圍護結構屋面與外墻沒有明顯的分隔，而是屋頂由一個圓柱穹頂直接落地，屋頂采用透明材料和金屬夾芯板形成虛實相間的“竹節(jié)蟲”。對圍護結構的熱工與節(jié)能設計受到很大的限制，屋頂中天窗的比例高達28%，帶來較大的空調(diào)負荷和高昂的運行費用，需對屋蓋方案進行優(yōu)化，經(jīng)過模擬分析并與建筑設計進行交互優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)整體節(jié)能。可以看出方案一、方案二、方案四較方案三的裝機負荷大34.9%、9.5%、23.9%，遮陽系數(shù)不同時的負荷，當SC=0.6)時，四種方案分別為30.2%、8.2%、0.0%、21.0%；當增加玻璃的遮陽系數(shù)由0.6降低到0.5，三個方案的裝機負荷可分別減小6.7%、9.3%、8.3%由此帶來設備初費用降低，機房面積減小400～2500m2，管道費用減少3％～15％左右。因此，我們在定量的計算模擬分析有時甚至糾正感性認識的錯誤。比如我們在采用能耗分析軟件研究發(fā)現(xiàn)的西向水平遮陽措施對改善西向房間的熱工性能也有很大的幫助，糾正了通過感性認識一般認為的西向水平遮陽措施對房間遮陽幫助不大的認識，進而可調(diào)整相應的設計策略。節(jié)能的同時為建設方節(jié)約投資，在投標方案競爭中定量地體現(xiàn)出設計方的技術水平和服務意識。
2.4采光遮陽與建筑設計
由于建筑進深大，側窗采光造成內(nèi)部采光不好，均勻性差，根據(jù)成都冬季日照率低和夏季太陽輻射特點，為保證大部區(qū)域白天不需人工照明，設置采光通風遮陽天窗，以及玻璃幕墻頂部通風遮陽措施，保證了候車廳深部空間日間自然采光滿足亮度和均勻度要求，并在候車廳不同部位的環(huán)境平均輻射溫度控制在27℃以下，使侯車大廳處于舒適性范圍，同時降低空調(diào)能耗。由此，在西側玻璃幕墻和天窗應采取遮陽措施。下圖給出了采用傾角為10°的百葉遮陽措施后外進入室內(nèi)的太陽輻射特征曲線圖，由圖可看出，采用百葉遮陽后，可以大幅消減對進入室內(nèi)的太陽輻射，從而改善夏季室內(nèi)的熱舒適度，降低了空調(diào)能耗。
3結語
綠色建筑設計是設計團隊以可持續(xù)的綠色建筑設計理念為共同基本出發(fā)點，協(xié)同合作的整體設計過程。通過采用高技術的分析優(yōu)化設計手段達到經(jīng)濟合理的技術措施的目的，從而實現(xiàn)在提供優(yōu)良環(huán)境的同時，便于維護和長久使用，綠色技術體系中更加注重對成本的控制、簡單技術措施的鼓勵。綠色建筑設計要探究各專業(yè)技術之間的合理性，研究建筑空間功能使用的好壞、生態(tài)氣候、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展上的貢獻。在今天許多綠色建筑中過高地追求高新技術、昂貴的設備和材料、表面化的綠化造型感覺，在造價嚴重偏高、能耗暴增等問題上偏離了綠色建筑的精神。出現(xiàn)了很多奇奇怪怪的建筑，帶來高能耗的同時，偏離了建筑的使用功能和室內(nèi)健康舒適的環(huán)境。綠色建筑理念，應更加注重建筑與綠色技術的有機結合，從設計的初期出發(fā)，采用高技術的手段對綠色建筑進行優(yōu)化，達到綠色建筑低成本、簡單技術和高收益的綠色建筑。
作者：馮雅 高慶龍 鐘輝智 單位：中國建筑西南設計研究院有限公司
