绿色建筑设计及发展

第二节　绿色建筑设计及发展

一、绿色建筑与建筑节能

1.绿色建筑的来源

随着人类在地球上的急速繁衍和人类物质活动规模的加速膨胀，人类在对自然资源的开发和利用的同时，生态环境急剧恶化，出现了全球性的环境危机，如温室效应、酸雨、臭氧层破坏、气候异常、热带雨林破坏、荒漠化、物种灭绝等;再加上能源危机、水资源短缺的沉重压力，使得居住在地球上的人类不得不重新审视自己的生活方式和经济的发展模式。人类对居住场所的营造，即建筑活动是人类最主要的生存活动之一，城市环境与建筑环境是地球上规模最大、分布最广的人工环境。面对环境的恶化问题，越来越多的人开始关注居住环境，关注建筑物与自然之间的关系，更加注重建筑环境与自然环境的改善，“绿色建筑”的概念应运而生。

所谓“绿色建筑”的“绿色”，并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园，而是代表一种概念或象征，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑，又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。绿色建筑是指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。绿色建筑的三大要素及其三大效益如图2－19所示。

2.绿色建筑设计的目标与原则

绿色建筑设计所追求的目标和原则就是消耗最少的能源和资源，给环境和生态带来最小的影响，同时为居住和使用者提供健康舒适的建筑环境与良好的服务，以实现人、建筑、环境健康协调的可持续发展。总之，绿色建筑归纳起来就是“资源有效利用(Resource efficient buildings)”的建筑。有人把绿色建筑归结为具备“4R”的建筑，即“Reduce”，减少建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用;“Renewable”，利用可再生能源和材料; “Recycle”，利用回收材料，设置废弃物回收系统;“Reuse”，在结构允许的条件下重新使用旧材料。因此，绿色建筑就是能源有效利用、保护环境、亲和自然、舒适、健康、安全的建筑。

图2－19　绿色建筑的三大要素及其三大效益

绿色建筑设计是在人与自然协调发展的基本原则下，运用生态学原理和方法，协调人、建筑与自然环境间的关系，寻求创造性生态建筑环境的途径和设计方法。体现人、建筑环境与自然生态在“功能”方面的关系，也就是生态平衡与生态建筑环境设计和“美学”方面的关系，即人工美与自然美相结合。其设计内容主要应遵循以下原则。

(1)关注建筑的全寿命周期。建筑从最初的规划设计到随后的施工建设、运营管理及最终的拆除，形成了一个全寿命周期，关注建筑的全寿命周期，意味着不仅在规划设计阶段充分考虑并利用环境因素，而且确保施工过程中对环境的影响最低，运营管理阶段能为人们提供健康、舒适、低耗、无害空间，拆除后又对环境危害降到最低，并使拆除材料尽可能再循环利用。

更新观念和技术手段，摒弃盲目提高密闭性和盲目提高固定的室内环境设计参数的建筑与建筑环境的设计原则与习惯，实施动态的室内环境设计参数，贴近自然环境的变化规律;充分利用自然手段和可再生能源，充分享受阳光、空气、水等大自然的高清新性，做到人与自然和谐共存。

(2)适应自然条件，保护自然环境。充分利用建筑场地周边的自然条件，尽量保留和合理利用现有适宜的地形、地貌、植被和自然水系;在建筑的选址、朝向、布局、形态等方面，充分考虑当地气候特征和生态环境;建筑风格与规模和周围环境保持协调，保持历史文化与景观的连续性;尽可能减少对自然环境的负面影响，如减少有害气体和废弃物的排放，减少对生态环境的破坏。主要是控制噪声污染、建筑污染、垃圾污染、水污染以及对生态景观的破坏和常规能源的消耗而产生的环境负荷等。

(3)创建适用与健康的环境。绿色建筑应优先考虑使用者的适度需求，努力创造优美和谐的环境;保障使用的安全，降低环境污染，改善室内环境质量;满足人们生理和心理的需求，同时为人们提高工作效率创造条件。保证使用者的健康是最基本的要求，节约不能以牺牲使用者的健康为代价。“适用”强调的是适度消费的概念，决不能提倡奢侈与浪费。高效使用资源需要加大绿色建筑的科技含量，比如智能建筑，通过采用智能的手段使建筑在系统、功能、使用上提高效率。

(4)加强资源节约与综合利用，减轻环境负荷。通过优良的设计和管理，优化生产工艺，采用适用技术、材料和产品;合理利用和优化资源配置，改变消费方式，减少对资源的占有和消耗;因地制宜，最大限度利用本地材料与资源;最大限度地提高资源的利用效率，积极促进资源的综合循环利用;增强耐久性能及适应性，延长建筑物的整体使用寿命;尽可能使用可再生的、清洁的资源和能源。

3.绿色建筑的评估

(1)国内外评估现状。围绕推广和规范绿色建筑的目标，近年来许多国家发展了各自的绿色建筑标准和评估体系。例如，美国LEED绿色建筑评估体系、英国的BREEM评估体系、德国的生态建筑导则LNB、澳大利亚的建筑环境评价体系NABERS、加拿大的GBTooI、挪威的Eco Profile、法国的ESCALE、日本的CASBEE等。它们科学的架构和良好的运作，使之成为各国建立新型绿色建筑评估体系的重要参考，参见表2－2。

表2-2　国外绿色建筑综合评价系统

通过以上的绿色建筑指标体系，可以看出:绿色建筑的评价体系是以资源的节约为基本出发点，以能耗的综合利用为一个有机整体系统来考虑;同时，作为全寿命周期的绿色建筑的顺利实施和推广还涉及各类相关专业的统一协调配合，从前期的项目策划，方案设计到后期的运营管理直至拆迁改建。

20世纪80年代以来，绿色建筑在我国得到了大力发展，对绿色建筑评估的要求也应运而生，其中对节能评估在参考日本的CASBEE(Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency，建筑物综合环境性能评价体系)的基础上，我国也建立了相应的评估体系，以健康、舒适的居住环境，节约能源和资源，减少对自然环境的影响为目标，在具体评分时把评估条件分为Q和L两大类:Q(Quality)指建筑环境质量和为使用者提供服务的水平;L(Load)指能源、资源和环境负荷的付出。所谓绿色建筑，即是我们追求消耗最小的L，而获得最大的Q的建筑。

如图2－20，当评估结果处于图中a区时，表示该项目通过很少的资源、能源和环境付出，就获得了优良的建筑品质，是最佳的绿色建筑。b区、c区尚属于绿色建筑，但或资源与环境消耗太大，或建筑品质略低。d区属于高资源、能源消耗但建筑品质并不太高。e区则是很多的资源、能源和环境付出，却获得低劣的建筑品质，这是我们一定要设法避免的。

图2－20　绿色建筑的评估L－Q

(2)我国的绿色建筑指标体系。目前我国对绿色建筑的节能评判的指标主要有规定性(Prescriptive)和性能化(Performance－based)指标两大类。所谓规定性指标是以国家标准的形式给出体型系数、窗墙比、围护结构热工性能等参数的限值，符合这些指标要求的则为节能建筑，反之亦然;性能化指标则是通过计算标准工况下建筑的冷热量消耗来确定建筑是否节能。

我国《绿色建筑评价标准》(GB/T50378—2006)规定了节地与室外环境、节能与能源利用、节材与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量和运营管理(住宅建筑)、全生命周期综合性能(公共建筑)六类指标组成。这六类指标涵盖了绿色建筑的基本要素，包含了建筑物全寿命周期内的规划设计、施工、运营管理及回收各阶段的评定指标的子系统。表2－3为绿色建筑的分项指标与重点阶段汇总。

表2-3　绿色建筑的分项指标与重点阶段汇总

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各大指标中的具体指标分为控制项、一般项和优选项3类。其中，控制项为评为绿色建筑的必备条款;优选项主要指实现难度较大、指标要求较高的项目。对同一对象，可根据需要和可能分别提出对应于控制项、一般项和优选项的指标要求，见表2－4。

表2-4　绿色建筑三级指标控制指标要求

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按满足一般项和优选项的程度，绿色建筑划分为3个等级，按表2－5、表2－6确定。对住宅建筑，原则上以住区为对象，也可以单栋住宅为对象进行评价。对公共建筑，以单体建筑为对象进行评价。对住宅建筑或公共建筑的评价，在其投入使用1年后进行。

表2-5　划分绿色建筑等级的项数要求(住宅建筑)

注:当标准中某条文不适应建筑所在地区、气候与建筑类型等条件时，该条文可不参与评价，参评的总项数相应减少，等级划分时对项数的要求可按原比例调整确定。

表2-6　划分绿色建筑等级的项数要求(公共建筑)

总之，所有绿色建筑评价标准和体系中，尽管对绿色建筑有各式各样的列举，范围有宽有窄，但基本围绕3个主题:减少对地球资源和环境的负荷和影响;创造舒适健康的生活环境;与周围环境相融合。目前各种绿色评价体系多数为民间机构推动下市场运作转，仅日本CASBEE成为政府强制执行标准，但总的影响日益突出。同时绿色建筑评价体系目前还处在发展完善阶段，尽管积累了一定经验，还有许多问题需要研究和解决。

二、我国建筑节能设计实例

1.北京锋尚国际公寓

北京锋尚国际公寓(图2－21)是中国第一个“告别空调暖气时代”的高舒适、低能耗项目。这种没有传统空调和暖气片的高舒适度环保住宅，一年四季保持在20～26℃的人体舒适温度和湿度，置换式新风对人体健康极为有利。该项目首次在中国实现了欧洲发达国家节能标准，引起社会的极大关注。

图2－21　北京锋尚国际公寓

该项目是奥运村配套托幼，建筑位于奥运村场地内，总建筑面积3 000m²，建筑地上2～3层，地下局部1层。建筑西侧为社区管理办公用房，建筑面积930m²，东侧为托幼用房，建筑面积为2 070m²。作为低能耗示范项目，该工程施工中开发应用了天棚低温辐射采暖制冷系统、干挂饰面砖幕墙聚苯复合外墙外保温系统、健康新风系统、低辐射保温密闭外窗系统、垃圾处理系统、防噪音系统、水处理系统、屋面及地下系统等环保装饰施工成套技术。其中天棚低温辐射采暖制冷系统施工技术为核心技术，健康新风及干挂饰面砖幕墙聚苯复合外墙外保温施工技术为主要配套技术。

(1)天棚辐射采暖制冷系统。天棚低温辐射采暖制冷系统主要通过预埋在天棚(混凝土楼板)中的均布水管进行低温辐射采暖制冷，管路采用国产聚丁烯塑料管(PB管)敷设，敷设前预先加压，并保持3MPa，带压浇砼。依靠低温热水为热媒，以夏季节送水为20℃，回水温度为22℃，冷却的天棚可以吸收室内大量多余热量，通过系统的循环水带走。冬季送水28℃，回水温度为26℃，温差2℃，以辐射方式工作，该系统依靠设在地下的中央机组(YORK冷水机组)控制，自动调节室内温度。其系统原理见图2－22。

图2－22　天棚辐射采暖制冷系统原理图

因为采用低温辐射方式传热，它的制冷和采暖效率高，高于空气对流方式，且无气流感和噪音，实际上就是用一套系统装置将整栋建筑变成一个恒温体，即夏季27℃左右，冬季21℃左右，与传统的全空调系统(分别制冷和制热)和独立采暖辅助空调制冷相比，更能使室内自然温度接近或保持在人体舒适温度范围内，由于管路封闭在天棚(混凝土楼板)中，又避免了交叉感染的可能，适合后SARS时代的环保要求。

图2－23　两种系统比较简图

该系统与传统空调系统的比较如下:①传统空调是根据不同的制冷负荷循环使用定量的室内空气(即回风)进行制冷，同时为了满足卫生(这里主要指人的健康)要求，需引入一定比例的室外新鲜空气(即新风)，新风与回风混合后经空调机处理再送入室内，见图2－23。②天棚辐射采暖制冷系统，因采用低温辐射的方式，送入室内的空气量仅须考虑人体需要的新鲜空气，空气量小，管线简单。③两者的主要特点对照如表2－7所示。

表2-7　两种系统的主要特点

(2)辅助新风系统。健康新风系统施工技术系统是天棚低温采暖制冷系统的一个配套辅助系统，解决了制冷对天棚或地面产生结露现象，弥补温度差异，即提供新鲜空气，无须空气再循环。这套系统主要采用热交换，即排出的污浊空气和引入的新鲜空气经过冷热回收器进行热量交换，夏天排的废热空气大约在28℃，而引进的新风温度在38℃左右，经过非接触式的新、废空气温度交换，然后再制冷后输入室内，冬季同理。锋尚国际公寓采用置换式新风系统，将新鲜空气由墙边的地面送入，将污浊空气由厨房和卫生间的屋顶排出，其优点首先是新鲜空气能够直接送到人体的口、鼻处。因为人体是新鲜空气所能接触到的最热的热源，所以它顺着人体爬升是必然，其次是因人体呼出的空气是室内最热的气体，所以没有机会与新鲜空气交叉混合而被直接排出室外，使空气流转更加健康、安全。

(3)外墙外保温系统。干挂饰面砖幕墙聚苯复合外墙外保温系统施工技术采用在结构外墙外表面粘贴100mm厚的聚苯板作为保温层，面层为干挂砖幕墙。砖幕墙可防止外界风霜雨雪等直接作用在保温层上，同时砖幕墙与保温层之间还留有90mm的空气层，砖幕墙和空气可有效降低噪音。本系统综合保温效果是普通外墙外保温做法的2倍。该项技术为实现高舒适度低能耗、冬季采暖不用暖气和夏季制冷不用空调提供了可靠保证。

保温密闭外窗系统施工技术。锋尚国际公寓的外窗在国内住宅领域首次选用德国SCHUCO断桥铝合金窗框，其安全性、密闭性和保温性均属世界先进水平，玻璃选用国内住宅尚属空白的低温辐射保温玻璃，具有可通过可见光而阻挡远红外线的特性，冬季能将白天的太阳能量留在室内，保证了室内温度不会流失出去。遮阳设施选用德国ALULUX遮阳卷帘，夏季能够将80%的烈日辐射挡在窗外，不仅可以遮挡直射辐射，还可以遮挡漫射辐射，降低制冷负荷。

(4)防噪音系统。防噪声施工技术系统中楼板总厚度为250mm，地板下设置隔音垫，能有效隔绝楼层间噪音的传递;采用瑞士博力同层后排水系统，能有效消除水流撞击管壁声。另外，外墙外保温的空气层和外窗的中央玻璃均可有效降低噪声。

(5)垃圾处理系统。中央吸尘与垃圾处理系统由中央吸尘系统和户内食物垃圾处理器和可回收分类垃圾周转箱组成。户内微小的灰尘通过各户墙上的中央吸尘器直接统一收集到小区地下室的垃圾桶内。每天大量产生的厨余食物垃圾通过各户厨房洗菜池排水口下安装的食物垃圾处理器，排入小区化粪池。

经计算，采用基于溶液调湿技术的温湿度独立控制空调系统后，配合各种可再生能源利用技术，该项目能耗仅为目前新建节能建筑的1/3，节能效果显著。

2.中国馆光伏建筑一体化设计

上海世博会中国馆(图2－24)采用单晶硅太阳能组件，铺设在68m高平台和60m观景平台。在68m平台上，一排排黑色的太阳能组件安装在平台的四周，建成后并入国家电网。

图2－24　中国馆

主题馆则采用与建筑肌理相吻合的菱形设计方案，铺设多晶光伏组件，采用多晶硅主要因为它是深蓝色，与主题馆颜色相符。另外，为了节能，主题馆中庭屋顶采用了透光型的双玻组件，在日照充分的白天，将无需打开馆内的照明设施。

中国馆和主题馆两个场馆的太阳能总装机容量达3 127kW。建成后年均可发电2.84×10⁶(kW·h)，每年可节约标准煤1 000t，年均减排二氧化碳约2 500t，二氧化硫84t，氮氧化物42t，烟尘762t。

3.南京南站

南京南站(见图2－25)的太阳能光伏系统装机容量8.5MW，虽然与火力发电厂无法相比，但已经是全球发电量最大的太阳能一体化建筑。站房屋顶每年可发电6.4×10⁶ (kW·h)，相当于节约原煤2 560t，减少CO₂排放6 400t。这套太阳能系统的使用寿命是25年。南京南站的屋顶“发电厂”并不是专供南站内部使用的自备电源，所产生的电能将直接上传电网，普通老百姓家里也能用得到。不过，一旦电网供电出现问题，它将优先作为南站的应急电源。“如果南站自备应急电源，需要三台柴油发电机组，而且电源转换的响应时间比较慢。用这套太阳能系统，不需自备发电机，而且如果电网停电了，太阳能可在0.07秒内直接供电，站内的乘客根本不会感觉到任何异常。”

图2－25　南京南站