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綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的探討

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  從目前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況來(lái)說(shuō),建筑行業(yè)已經(jīng)成為市場(chǎng)上的領(lǐng)軍產(chǎn)業(yè),每年為國(guó)民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了巨額的經(jīng)濟(jì)收益。這一方面歸功于城市現(xiàn)代化建設(shè)時(shí)期的到來(lái),另一方面是廣大業(yè)主對(duì)建筑物使用需求的增多,使我國(guó)的建筑行業(yè)已經(jīng)形成了相對(duì)穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。建筑行業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí),也帶來(lái)了一系列的不良影響,尤其是“環(huán)保”問(wèn)題最為嚴(yán)重。建筑工程實(shí)施前后未能采取科學(xué)的管理策略,導(dǎo)致建筑施工的材料資源、資金資源、人力資源消耗過(guò)度,影響了工程效益的增收,堅(jiān)持綠色節(jié)能設(shè)計(jì)道路是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

  一、案例介紹

  2009年12月25日由上海世博(集團(tuán))有限公司負(fù)責(zé)承建的上海世博會(huì)永久性建筑、“一軸四館”中的重要場(chǎng)館之一世博中心正式竣工。作為黃浦江邊一座功能完善、配套齊全、綠色環(huán)保、技術(shù)創(chuàng)新的極具時(shí)代性和標(biāo)志性的新景觀,世博中心將為上海增添一張耀眼的城市新名片。世博中心是按中國(guó)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建成的“綠色低碳”建筑,創(chuàng)下了三個(gè)“世界第一”:第一個(gè)申請(qǐng)美國(guó)LEED金獎(jiǎng)的世博會(huì)建筑;同時(shí)獲得中國(guó)綠色建筑三星級(jí)和通過(guò)美國(guó)LEED金獎(jiǎng)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)評(píng),這在國(guó)內(nèi)外尚屬首次;是已獲得和正在申請(qǐng)的中國(guó)綠色建筑三星級(jí)和美國(guó)LEED金獎(jiǎng)新建建筑中體量(指建筑面積)最大的公共建筑。作為中國(guó)公共建筑節(jié)能科技的典范,世博中心創(chuàng)造性地解決了國(guó)內(nèi)外大型公共建筑節(jié)能、環(huán)保和減排的世界性難題。考慮到城市大型公共建筑能耗高,世博中心南北外立面的玻璃幕墻采用了不同的設(shè)計(jì)方法:北立面因臨黃浦江、無(wú)夏季陽(yáng)光暴曬,所以采用大面積透明中空玻璃幕墻,實(shí)現(xiàn)自然采光并能飽覽浦江美景;南立面因日照充分,采用了可開(kāi)啟折線形玻璃幕墻和石材幕墻,其中雙層玻璃幕墻中還精心設(shè)計(jì)了金屬絲網(wǎng)和惰性氣體,既有利于自然通風(fēng)、遮陽(yáng)、保溫,又不失通透性。

  二、先進(jìn)的節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)造

  節(jié)能系統(tǒng)是綠色建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,各種系統(tǒng)的聯(lián)用不僅優(yōu)化了建筑結(jié)構(gòu)的性能,也能改善節(jié)能建筑物的內(nèi)部構(gòu)造,滿足了業(yè)主的實(shí)際應(yīng)用要求。“多功能”是綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的新概念,設(shè)計(jì)出一套集中實(shí)用、環(huán)保、低耗等優(yōu)點(diǎn)的建筑方案能夠?yàn)榻ㄔO(shè)單位創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。世博中心經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)建筑設(shè)計(jì)、施工等方面的研究,把節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分為采暖系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、隔音系統(tǒng)等方面,均是工程設(shè)計(jì)師需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。

  1、采暖系統(tǒng)。采暖系統(tǒng)涵蓋了兩方面的功能,即采暖、制冷,屬于現(xiàn)代建筑節(jié)能的新型技術(shù)之一,如圖1。目前,市場(chǎng)上常用的采暖制冷系統(tǒng)是由內(nèi)置式混凝土樓板天棚采暖制冷系統(tǒng)、置換式新風(fēng)系統(tǒng)等作為輔助系統(tǒng),并且由外保溫節(jié)能技術(shù)指導(dǎo)施工的系統(tǒng)構(gòu)造。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)應(yīng)考慮建筑物內(nèi)部空間的大小,以及業(yè)主實(shí)際使用建筑的冷熱源需求,再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步規(guī)劃設(shè)計(jì)以保證節(jié)能效果。

  圖1 散熱器采暖系統(tǒng)

  2、新風(fēng)系統(tǒng)。空氣質(zhì)量是提升建筑物內(nèi)部環(huán)境的有利因素,及時(shí)把室內(nèi)低指標(biāo)的空氣輸送到建筑物外部,保證新舊空氣正常更新的頻率,可以為業(yè)主營(yíng)造更加優(yōu)越的室內(nèi)居住環(huán)境。世博中心采用的新風(fēng)系統(tǒng)包括:風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、管道、接頭等模塊,將其設(shè)置在室內(nèi)合理的位置以提高空氣輸送效率,以免室內(nèi)空氣污染而影響到建筑物的舒適感。

  3、外墻系統(tǒng)。為了防止室內(nèi)熱能消耗過(guò)度或散熱過(guò)快等問(wèn)題,設(shè)計(jì)外墻保溫系統(tǒng)也是綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)需要考慮的。外墻保溫系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的節(jié)能材料設(shè)計(jì),將其分布于墻體的外表面以達(dá)到保證的作用,同時(shí)也能抵制墻體材料變形應(yīng)力帶來(lái)的破壞力。設(shè)計(jì)外墻保溫系統(tǒng)必須要參照建筑物周圍的環(huán)境變化情況,選擇抗高溫、抗低寒性能優(yōu)越的材料裝飾外墻體。

  4、隔音系統(tǒng)。設(shè)計(jì)隔音系統(tǒng)是防止噪聲污染的最佳方式,運(yùn)用于綠色節(jié)能建筑可顯著改善業(yè)主的居住環(huán)境,提高人們的日常生活質(zhì)量。隔音系統(tǒng)功能要借助于相應(yīng)的隔音材料,運(yùn)用較多的是“隔音毯”,發(fā)揮出優(yōu)越的寬頻段隔音性能和高阻尼性能。如:墻體隔音,使用隔音毯可降低分戶墻的音量傳遞大小,以免影響到相鄰用戶的生活;管道隔音,避免下水管道、供水管道等產(chǎn)生的噪聲。

  5、垃圾系統(tǒng)。無(wú)論是住宅建筑或商業(yè)建筑設(shè)計(jì),垃圾處理系統(tǒng)是節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的必備結(jié)構(gòu)。通過(guò)該系統(tǒng)不僅能定期收集建筑物內(nèi)部所有的廢棄物,還可經(jīng)過(guò)循環(huán)處理系統(tǒng)進(jìn)行二次回收,提高了建筑資源的使用效率。如:施工期間,利用垃圾處理系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)產(chǎn)生的垃圾物集中回收,對(duì)垃圾詳細(xì)分類后篩選可利用資源,大大提高了建筑資源的利用率且降低了成本投資。

  三、內(nèi)保溫復(fù)合節(jié)能墻體的設(shè)計(jì)

  墻體是建筑物的主要結(jié)構(gòu),綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案編制過(guò)程中需把墻體節(jié)能作為重點(diǎn)。當(dāng)前,施工單位針對(duì)墻體節(jié)能采用了一種新型的墻體結(jié)構(gòu),即“復(fù)合節(jié)能墻體”,該類型的墻體是相對(duì)于外墻體節(jié)能設(shè)計(jì)的,適用于建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的環(huán)保節(jié)能。通常由絕熱材料與傳統(tǒng)墻體材料或某些新型墻體材料復(fù)合而成。如果絕熱材料復(fù)合在建筑物外墻的內(nèi)側(cè),則稱為內(nèi)保溫復(fù)合墻體,如圖2。

  1、結(jié)構(gòu)層。復(fù)合節(jié)能墻體的結(jié)構(gòu)層主要是指混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制品的外墻,內(nèi)澆外砌或磚混結(jié)構(gòu)的外磚墻,以及諸如承重多孔磚外墻等其他承重外墻。對(duì)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)可降低墻體的自重力,減輕建筑結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)的荷載,防止載重過(guò)大引起的裂縫、沉降等病害。如:節(jié)能設(shè)計(jì)方案對(duì)墻體結(jié)構(gòu)的材料配制詳細(xì)計(jì)算,設(shè)計(jì)合適的墻體結(jié)構(gòu)保護(hù)層以改善墻體的性能。

  圖2 內(nèi)保溫墻體結(jié)構(gòu)

  2、空氣層。空氣在0℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0 024VV/(m·k)。在25℃±5℃時(shí)為0 0256W/(m·k),即使在200℃的情況下仍有00:384 W/(m·k)。因而,空氣也是一種優(yōu)良的保溫材料,在建筑物中常用材料圍成的空氣隔離層,不但可以保溫隔熱。而且具有切斷液態(tài)水份的毛細(xì)滲透、防止保溫材料受潮的功能。

  3、隔熱層。保溫隔熱層是建筑墻體的主要功能部分,隔熱層效果的好壞對(duì)綠色節(jié)能作用的發(fā)揮影響較大。常用絕熱材料可分為有機(jī)、無(wú)機(jī) 金屬等三大類,設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)不同的建筑需求篩選不同的材料。出于導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、蒸汽滲透率、燃燒性能等方面的考慮,此處選用擠塑型聚苯板(XPS)為保溫材料。

  4、保護(hù)層。世博中心作為大型公用建筑,在建設(shè)期間要顧及到相應(yīng)的安全問(wèn)題,尤其是火災(zāi)防范的性能。設(shè)置保護(hù)層的主要功能是防止保溫層受破壞,并阻止室內(nèi)水蒸汽侵入保溫層。出于防火、抗沖擊和環(huán)保等方面的考慮,一般情況都選擇A級(jí)無(wú)機(jī)防火板為保護(hù)層材料。

  5、飾面層。由于A級(jí)無(wú)機(jī)防火板具有優(yōu)良的表面親和特性,所以各種飾面材料均可使用,選用的內(nèi)墻涂料和粘貼瓷磚都有良好的效果。結(jié)合各地的氣候和地理環(huán)境,借鑒各方面成功和失敗的經(jīng)驗(yàn),在優(yōu)化組合的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的墻體內(nèi)保溫板,具有保溫、隔熱、隔音等功能。

  四、建筑物周圍綠色景觀的設(shè)計(jì)

  城市建筑綠色景觀的設(shè)計(jì)可發(fā)揮多方面的作用,不僅美化了建筑物的四周環(huán)境,也有效控制了灰塵、煙氣等因素對(duì)建筑物的污染系數(shù)。因此,設(shè)計(jì)單位在規(guī)劃城市建筑時(shí)需利用部分空間構(gòu)造出綠化帶,種植相應(yīng)的景觀植物以達(dá)到美化住宅區(qū)域或商業(yè)區(qū)域的效果。城市建筑景觀設(shè)計(jì)應(yīng)從植物選種、景觀布局、綠化隔離、定期養(yǎng)護(hù)等方面綜合考慮。

  1、植物選種。植物選種是景觀設(shè)計(jì)解決的主要問(wèn)題。從以往建筑景觀設(shè)計(jì)效果判斷,許多施工單位由于景觀植物選擇不當(dāng),導(dǎo)致植物種植的成活率偏低,嚴(yán)重影響了植物的美化、環(huán)保作用,也增加了綠化工程的成本投資。設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)城市的氣候特點(diǎn)合理選擇植物栽培,如:北京、上海、廣州等商業(yè)城市建筑,以槭樹(shù)科、薔薇科、忍冬科、禾本科等植物為主。

  2、景觀布局。景觀布局是建筑綠化設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容,布局環(huán)節(jié)需從整體、局部?jī)煞矫婵紤]建筑的綠化設(shè)計(jì)。景觀設(shè)計(jì)人員必須要掌握足夠的資料才能開(kāi)展景觀布局規(guī)劃工作。整體上,應(yīng)對(duì)植物景觀的分布位置深入分析,如:從植物生長(zhǎng)、綠化效果等角度選擇最佳布局方案;局部上,對(duì)植物搭配的種類、外形、尺寸等全面考慮,在視覺(jué)上塑造更加優(yōu)美的建筑綠化帶。

  3、綠化隔離。綠化隔離是對(duì)植物景觀生長(zhǎng)的一種保護(hù)措施,能讓植物長(zhǎng)久性地發(fā)揮綠化作用。此次研究的世博中心建筑,在設(shè)計(jì)建筑周圍的植物景觀時(shí)均配備了“隔離帶”,從而防止景觀植物遭到破壞。綠化隔離帶的設(shè)計(jì),也可避免人為因素造成的破壞,如:在植物景觀四周用鐵柵欄保護(hù),防止行人進(jìn)入景觀區(qū)域造成的不利影響。

  4、定期養(yǎng)護(hù)。定期養(yǎng)護(hù)是保證植物景觀長(zhǎng)期發(fā)揮綠化作用的前提,也是控制建筑景觀工程建設(shè)成本的必要措施。設(shè)計(jì)人員確定景觀方案后,可根據(jù)城市區(qū)域的季節(jié)變化規(guī)律,制定一套符合景觀養(yǎng)護(hù)的策略,讓植物在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下生長(zhǎng)壯大。此外,景觀養(yǎng)護(hù)時(shí)對(duì)一些常見(jiàn)的植物病害要及時(shí)處理,以達(dá)到最佳的建筑綠化作用。

  五、結(jié) 論

  綜上所言,自社會(huì)主義科學(xué)發(fā)展觀提出之后,我國(guó)對(duì)建筑行業(yè)的改革發(fā)展提出了新的理念,節(jié)能環(huán)保必將成為未來(lái)建筑行業(yè)的新趨勢(shì)。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是建筑工程的重點(diǎn)階段,建筑設(shè)計(jì)方案決定了后期工程施工的質(zhì)量高低。因此,為了讓建筑物發(fā)揮更大的綠色節(jié)能效果,設(shè)計(jì)單位必須抓好設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的工作,既要考慮建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的節(jié)能方案,也要從外圍環(huán)境分布綠化景觀,從多個(gè)方面保證建筑物的綠色節(jié)能質(zhì)量。

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