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綠色節能建筑設計的探討

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  從目前市場經濟發展的狀況來說,建筑行業已經成為市場上的領軍產業,每年為國民經濟創造了巨額的經濟收益。這一方面歸功于城市現代化建設時期的到來,另一方面是廣大業主對建筑物使用需求的增多,使我國的建筑行業已經形成了相對穩定的產業鏈結構。建筑行業在創造經濟收益的同時,也帶來了一系列的不良影響,尤其是“環保”問題最為嚴重。建筑工程實施前后未能采取科學的管理策略,導致建筑施工的材料資源、資金資源、人力資源消耗過度,影響了工程效益的增收,堅持綠色節能設計道路是行業發展的趨勢。

  一、案例介紹

  2009年12月25日由上海世博(集團)有限公司負責承建的上海世博會永久性建筑、“一軸四館”中的重要場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、綠色環保、技術創新的極具時代性和標志性的新景觀,世博中心將為上海增添一張耀眼的城市新名片。世博中心是按中國和國際標準建成的“綠色低碳”建筑,創下了三個“世界第一”:第一個申請美國LEED金獎的世博會建筑;同時獲得中國綠色建筑三星級和通過美國LEED金獎標準預評,這在國內外尚屬首次;是已獲得和正在申請的中國綠色建筑三星級和美國LEED金獎新建建筑中體量(指建筑面積)最大的公共建筑。作為中國公共建筑節能科技的典范,世博中心創造性地解決了國內外大型公共建筑節能、環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計方法:北立面因臨黃浦江、無夏季陽光暴曬,所以采用大面積透明中空玻璃幕墻,實現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計了金屬絲網和惰性氣體,既有利于自然通風、遮陽、保溫,又不失通透性。

  二、先進的節能系統構造

  節能系統是綠色建筑設計的關鍵,各種系統的聯用不僅優化了建筑結構的性能,也能改善節能建筑物的內部構造,滿足了業主的實際應用要求。“多功能”是綠色節能建筑設計的新概念,設計出一套集中實用、環保、低耗等優點的建筑方案能夠為建設單位創造更多的經濟收益。世博中心經過長時間對建筑設計、施工等方面的研究,把節能系統的結構劃分為采暖系統、新風系統、隔音系統等方面,均是工程設計師需要考慮的重點問題。

  1、采暖系統。采暖系統涵蓋了兩方面的功能,即采暖、制冷,屬于現代建筑節能的新型技術之一,如圖1。目前,市場上常用的采暖制冷系統是由內置式混凝土樓板天棚采暖制冷系統、置換式新風系統等作為輔助系統,并且由外保溫節能技術指導施工的系統構造。設計該系統應考慮建筑物內部空間的大小,以及業主實際使用建筑的冷熱源需求,再對系統進一步規劃設計以保證節能效果。

  圖1 散熱器采暖系統

  2、新風系統。空氣質量是提升建筑物內部環境的有利因素,及時把室內低指標的空氣輸送到建筑物外部,保證新舊空氣正常更新的頻率,可以為業主營造更加優越的室內居住環境。世博中心采用的新風系統包括:風機、進風口、排風口、管道、接頭等模塊,將其設置在室內合理的位置以提高空氣輸送效率,以免室內空氣污染而影響到建筑物的舒適感。

  3、外墻系統。為了防止室內熱能消耗過度或散熱過快等問題,設計外墻保溫系統也是綠色節能建筑設計需要考慮的。外墻保溫系統應根據現有的節能材料設計,將其分布于墻體的外表面以達到保證的作用,同時也能抵制墻體材料變形應力帶來的破壞力。設計外墻保溫系統必須要參照建筑物周圍的環境變化情況,選擇抗高溫、抗低寒性能優越的材料裝飾外墻體。

  4、隔音系統。設計隔音系統是防止噪聲污染的最佳方式,運用于綠色節能建筑可顯著改善業主的居住環境,提高人們的日常生活質量。隔音系統功能要借助于相應的隔音材料,運用較多的是“隔音毯”,發揮出優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、供水管道等產生的噪聲。

  5、垃圾系統。無論是住宅建筑或商業建筑設計,垃圾處理系統是節能環保設計的必備結構。通過該系統不僅能定期收集建筑物內部所有的廢棄物,還可經過循環處理系統進行二次回收,提高了建筑資源的使用效率。如:施工期間,利用垃圾處理系統可對現場作業產生的垃圾物集中回收,對垃圾詳細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、內保溫復合節能墻體的設計

  墻體是建筑物的主要結構,綠色節能建筑設計方案編制過程中需把墻體節能作為重點。當前,施工單位針對墻體節能采用了一種新型的墻體結構,即“復合節能墻體”,該類型的墻體是相對于外墻體節能設計的,適用于建筑內部結構的環保節能。通常由絕熱材料與傳統墻體材料或某些新型墻體材料復合而成。如果絕熱材料復合在建筑物外墻的內側,則稱為內保溫復合墻體,如圖2。

  1、結構層。復合節能墻體的結構層主要是指混凝土現澆或預制品的外墻,內澆外砌或磚混結構的外磚墻,以及諸如承重多孔磚外墻等其他承重外墻。對結構層進行節能設計可降低墻體的自重力,減輕建筑結構需要承擔的荷載,防止載重過大引起的裂縫、沉降等病害。如:節能設計方案對墻體結構的材料配制詳細計算,設計合適的墻體結構保護層以改善墻體的性能。

  圖2 內保溫墻體結構

  2、空氣層。空氣在0℃時導熱系數為0 024VV/(m·k)。在25℃±5℃時為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。而且具有切斷液態水份的毛細滲透、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綠色節能作用的發揮影響較大。常用絕熱材料可分為有機、無機 金屬等三大類,設計時可根據不同的建筑需求篩選不同的材料。出于導熱系數、抗壓強度、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、保護層。世博中心作為大型公用建筑,在建設期間要顧及到相應的安全問題,尤其是火災防范的性能。設置保護層的主要功能是防止保溫層受破壞,并阻止室內水蒸汽侵入保溫層。出于防火、抗沖擊和環保等方面的考慮,一般情況都選擇A級無機防火板為保護層材料。

  5、飾面層。由于A級無機防火板具有優良的表面親和特性,所以各種飾面材料均可使用,選用的內墻涂料和粘貼瓷磚都有良好的效果。結合各地的氣候和地理環境,借鑒各方面成功和失敗的經驗,在優化組合的基礎上開發的墻體內保溫板,具有保溫、隔熱、隔音等功能。

  四、建筑物周圍綠色景觀的設計

  城市建筑綠色景觀的設計可發揮多方面的作用,不僅美化了建筑物的四周環境,也有效控制了灰塵、煙氣等因素對建筑物的污染系數。因此,設計單位在規劃城市建筑時需利用部分空間構造出綠化帶,種植相應的景觀植物以達到美化住宅區域或商業區域的效果。城市建筑景觀設計應從植物選種、景觀布局、綠化隔離、定期養護等方面綜合考慮。

  1、植物選種。植物選種是景觀設計解決的主要問題。從以往建筑景觀設計效果判斷,許多施工單位由于景觀植物選擇不當,導致植物種植的成活率偏低,嚴重影響了植物的美化、環保作用,也增加了綠化工程的成本投資。設計單位應根據城市的氣候特點合理選擇植物栽培,如:北京、上海、廣州等商業城市建筑,以槭樹科、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計的核心內容,布局環節需從整體、局部兩方面考慮建筑的綠化設計。景觀設計人員必須要掌握足夠的資料才能開展景觀布局規劃工作。整體上,應對植物景觀的分布位置深入分析,如:從植物生長、綠化效果等角度選擇最佳布局方案;局部上,對植物搭配的種類、外形、尺寸等全面考慮,在視覺上塑造更加優美的建筑綠化帶。

  3、綠化隔離。綠化隔離是對植物景觀生長的一種保護措施,能讓植物長久性地發揮綠化作用。此次研究的世博中心建筑,在設計建筑周圍的植物景觀時均配備了“隔離帶”,從而防止景觀植物遭到破壞。綠化隔離帶的設計,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,防止行人進入景觀區域造成的不利影響。

  4、定期養護。定期養護是保證植物景觀長期發揮綠化作用的前提,也是控制建筑景觀工程建設成本的必要措施。設計人員確定景觀方案后,可根據城市區域的季節變化規律,制定一套符合景觀養護的策略,讓植物在相對穩定的環境下生長壯大。此外,景觀養護時對一些常見的植物病害要及時處理,以達到最佳的建筑綠化作用。

  五、結 論

  綜上所言,自社會主義科學發展觀提出之后,我國對建筑行業的改革發展提出了新的理念,節能環保必將成為未來建筑行業的新趨勢。設計環節是建筑工程的重點階段,建筑設計方案決定了后期工程施工的質量高低。因此,為了讓建筑物發揮更大的綠色節能效果,設計單位必須抓好設計環節的工作,既要考慮建筑物內部結構的節能方案,也要從外圍環境分布綠化景觀,從多個方面保證建筑物的綠色節能質量。

  參考文獻:

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