绿色化设计策略与绿色创新研究

作者:张欣 徐征 胡若谷
单位:中国建筑标准设计研究院有限公司
摘要:介绍了绿色建筑设计要点和绿色化设计策略体系,该体系依照实际工程项目流程,分阶段提出相应的设计理念、支撑软件和设计方法,方便一线建筑师、工程师、项目负责人及项目经理等多方参与者的了解与应用,总结各阶段实施的技术策略,分析各技术策略的适用范围及应用流程,指导绿色建筑设计工作。并以广华新城住区配套综合体项目为例,通过形象实时模拟与生态环境模拟系统相配合,以数据化的形式反映人在其中的真实感受,强调地域化与人性化设计策略,试图改变靠技术堆砌的绿色建筑发展现状,以设计实践引导绿色创新发展。
关键词:绿色化设计策略 气候分区 建筑物理性能 绿色化设计流程 建筑性能模拟
作者简介:张欣,中国建筑标准设计研究院有限公司建筑设计三所所长。; 徐征,中国建筑标准设计研究院有限公司建筑设计三所总建筑师。; 胡若谷,中国建筑标准设计研究院有限公司建筑设计三所建筑师。

 

目前,中国建筑业资源能耗十分严重,在这样的背景下,未来中国的资源和环境形式将更加严峻。随着政府与民众对生态环境保护越来越重视,“绿色建筑”已经成为未来中国建设领域的必然发展趋势,“绿色建筑设计”将成为未来建筑设计的主导方向。在这一发展过程中,建筑业传统的设计手段与建造技术已经渐渐与之相悖。因此只有做出改变,向绿色建筑发展才是尊重自然、保护环境与人体健康的必由之路。绿色建筑,特别是绿色化设计、建筑技术以及运行方式将是我国建筑业的发展方向。

绿色建筑是一种提倡在满足环境舒适度的前提下,尽可能降低资源消耗和减少环境污染,追求以人为本的“低能耗舒适”的建筑理念。绿色化设计倡导的是从设计源头开始,引导设计人员注重从人的需求出发,发挥建筑师的重要作用,赋予建筑天然绿色基因;注重降低建筑全生命周期的资源能耗;注重延长建筑寿命,有效延长资源利用时间,提高资源利用率;关注以信息技术为支撑,提升建筑的功能和服务水平,为建筑使用者提供便利。最终的目的是创造健康、舒适、自然、和谐的室内外建筑环境。

1绿色化设计策略体系

通过对不同气候区、不同建筑类型的分类研究,标准院搭建了“五大建筑气候分区×四大建筑物理性能×三大建筑类型”的绿色化设计策略体系,建立起一套“从分析各建筑气候区对建筑建成环境的影响因素出发,进而对各影响因素类型化,从建筑声、光、热、风四大物理性能角度归纳菜单式的绿色建筑设计措施,并根据不同建筑类型的建筑特点进行优先级的细化归纳”的标准化绿色建筑设计体系,为设计人员及业主提供了可供选择的技术方法数据库。

绿色化设计策略体系是以规划、建筑、结构、机电、景观多专业设计为基础轴X轴;以技术方法(建筑性能模拟、建筑节材、能效监控、屋顶绿化、可再生能源利用等)为Y轴,形成绿建设计的技术层;以各设计阶段(前期策划、方案设计、初步设计、施工设计、整理申报)为Z轴;最终,形成了立体化的“绿色化设计”集成方式(图1)。

1.1绿色化设计策略

基于建筑气候分区、建筑热工分区和典型的建筑类型的特征,研究适宜于不同气候区和建筑类型对应的建筑设计策略,形成指导绿色建筑设计的“数据库”(表1)。

1.2绿色化设计团队

绿色化设计的团队建构体现综合集成创新。由于绿色建筑设计目标多且复杂,使用到的环保技术也比常规建筑多,因此设计团队需增加大量技术设计人员来完成设计工作。设计过程中,以建筑设计专业为核心,与规划设计、结构设计、机电设计、室内设计、景观设计、经济等各专业协同工作,是保证绿色化设计体系完整性的基础。

表1 绿色化设计策略汇总表   

表1 绿色化设计策略汇总表

表2 绿色化设计流程   

表2 绿色化设计流程

1.3绿色化设计流程

绿色化设计融入到建筑设计的每一个阶段,以不断循环的方式推进设计过程,保证了绿色建筑的整体性。通过对每个环节中绿色建筑与项目的参与度和匹配度进行分析,总结归纳出绿色化设计流程(表2)。

1 绿色化设计策略体系图

1 绿色化设计策略体系图

 

2绿色化设计实例

2.1项目概况

以广华新城住区配套综合体方案设计为例,分析在实际工程中如何落实绿色化设计。设计团队首先分析了项目的实际情况:广华新城住区配套综合体位于北京市朝阳区,属于寒冷地区;项目周边地势平坦,西临规划配套教育设施用地,东侧、北侧现状为住宅区;项目由高层办公、商业服务设施、室内文体活动中心、养老院及社区卫生服务中心组成(图2,3)。

2.2设计目标

广华新城住区配套综合体应当是一个满足功能、适应变化、便捷易用、环境友好、高效实用的现代化建筑。

(1)满足功能:设计应该保证办公、商业、文体活动、养老托养等功能能够顺利运行且满足使用需求。

2 鸟瞰效果图

2 鸟瞰效果图

 

3 功能分析图

3 功能分析图

 

(2)适应变化:房间应该具有足够的灵活性,以满足不同的空间使用方式。

(3)便捷易用:项目应该是一个人们可以便捷使用的空间,开敞的空间和充足的自然采光非常重要。

(4)环境友好:通过自然通风或被动通风,以及最大限度的自然光给人们创造舒适环境。

(5)高效实用:可持续性是建造和配置设备时减少生态影响的一个关键词。建筑设计应该尽可能减少运行成本,并让员工以最高效的方式工作。

2.3策略选择

北京属于寒冷地区,绿色化设计应综合考虑场地内外建筑日照、自然通风与噪声要求等方面,设计中仅仅考虑形体因素本身是不够的,需要与其他因素综合考虑。建筑形体的设计应充分利用场地的自然条件,综合考虑建筑的朝向、间距、位置和比例等因素,使建筑获得良好的日照、通风和视野。在规划与建筑单体设计时,宜通过场地日照、通风、噪声等模拟分析确定最佳的建筑形体。

建筑单体的尺寸和形状设计应考虑避免冬季风对建筑物侵入,减小风向与建筑物长边的入射角度、建筑物高度、长度的变化对局部气流和风环境有较大影响。建筑单体设计时,在场地风环境分析的基础上,宜通过调整建筑的长宽高比例,使建筑物迎风面压力合理分布,避免背风面形成漩涡区。

建筑朝向的选择,涉及当地气候条件、地理环境、建筑用地情况等,需要全面考虑。寒冷地区朝向选择的总原则是:在节约用地的前提下,要满足冬季能争取较多的日照,夏季避免过多的日照,并有利于自然通风的要求;建筑朝向应结合各种设计条件,因地制宜地确定合理的范围,以满足生产和生活的要求(表3)。

2.4基于绿色化设计策略的方案设计

北京地区属暖温带半湿润大陆季风气候。夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,春秋短促;年平均气温11~13℃,月平均气温7、8月高于舒适温度,需要通风降温;全年风向为冬季多西北风,夏季多东南风,建筑以东南朝向优先,建筑之间形成导风夹角(图4)。

广华新城住区配套综合体用地西临规划配套教育设施用地,东侧、北侧现状为住宅区。设计应注重建筑群体布局与周围环境关系,充分考虑对学校和住区的日照、噪声影响。根据建设规模要求,结合用地条件提出6种典型的可适用于项目的建筑形体,将风、光环境的模拟作为方案设计的前提,对多个方案进行比选(图5,6)。

表3 寒冷地区不同建筑类型对应的策略   

表3 寒冷地区不同建筑类型对应的策略
4 气候条件分析图

4 气候条件分析图

 

5 周边条件分析图

5 周边条件分析图

 

6 方案体块推敲

6 方案体块推敲

 

7 场地冬季风环境模拟分析图

7 场地冬季风环境模拟分析图

 

8 场地夏季风环境模拟分析图

8 场地夏季风环境模拟分析图

 

第一,通过PHOENICS软件对6种总平面布局方案的场地冬季风环境进行模拟分析得出:方案二、三的冬季场地风环境最优,建筑高度1.5m处,人行区风速约为2~4.1m/s,风速适宜,建筑布局不影响室外行人的正常活动,有利于排出场地内产生的污浊气体;方案一的三个矩形建筑体块之间存在狭管效应而产生强风;方案四的建筑迎风面与背风面的风压差较大,建筑物的冷风渗透严重,能耗较高(图7)。

第二,通过PHOENICS软件对6种总平面布局方案的场地夏季风环境进行模拟分析得出:方案二、三的夏季场地风环境最优,室外风速大小适宜,气流组织顺畅,无明显的旋涡区和风影区,建筑布局可促进夏季人行区的散热;方案五、六的建筑体块阻挡了夏季东南风,在建筑背风面和学校操场之间形成风影区,不利于污染物扩散(图8)。

第三,通过Ecotect软件对6种总平面布局方案的场地光环境进行模拟分析得出:方案二的布局形式,场地西侧操场、北侧住宅区获得的日照时间最长,遮挡较小;方案五采用的板式建筑形式,上午时段对场地西侧操场的日照遮挡影响较大,几乎将整个操场置于阴影之中。综合上述分析,得出了在多项模拟中均表现出优势的建筑形体方案,并以此为原型深化设计(图9,10)。

通过对6种典型的可能适用于本方案的建筑形体的风环境、光环境和场地遮挡情况的模拟,得出多项模拟中均表现出优势的建筑形体方案,并以此作为原型深化展开(图11)。为了更好地降低新建建筑对西侧操场的影响,在确定塔楼位置的基础上,设计尝试对建筑形体进行扭转、倒角和退台设计,以减少对学校操场的日照影响,削减学校方向的视觉压迫感,同时也创造了丰富的建筑造型(图12)。同时,设计在养老与托养部分引入屋顶生态庭园,改善自然采光、促进自然通风,同时为老年人提供了康复修养的活动场所,丰富城市的俯仰景观。生态庭院位于屋顶平台上,可以保证安静与私密性(图13)。

9 场地日照模拟分析图

9 场地日照模拟分析图

 

1 0 场地遮挡模拟分析图

1 0 场地遮挡模拟分析图

 

1 1 方案生成分析图

1 1 方案生成分析图

 

1 2 建筑形体优化分析图

1 2 建筑形体优化分析图

 

1 3 屋顶庭院

1 3 屋顶庭院

 

3结语

本文以绿色化设计策略体系作为理论依托,通过广华新城住区配套综合体项目实例,分析了实际工程中的绿色建筑设计要点,引导设计人员在项目策划阶段建立明确的设计目标,并通过各阶段各专业的反复研讨,详细分析达成这些目标的可行办法。该项目应用了生态庭园、半室外空间、可调节式外遮阳、双层呼吸式幕墙等被动式技术,以及太阳能热水、智能新风系统、空气净化系统、雨水收集系统等主动式技术。绿色化建筑设计较常规设计具备更高的技术含量,虽然这些技术并不专指高科技技术,但仍给设计团队尤其是建筑设计师带来了前所未有的挑战。

 

Green Design Strategy and Green Innovation Research
Zhang Xin Xu Zheng Hu Ruogu
Abstract: This article aims to introduce the key points of green building design and the strategy system of green design. According to the actual progress of the construction project, the corresponding design concepts, supporting software and design methods would be proposed in phases by this system, simultaneously, the architects,engineers, project managers from different departments and institutions would benefit from this system to better understanding and application. These participants could summarize the technical strategy implemented in each stage, analyze the applicable scope and application process of each technical tactics, and guide the green building design. Taking the residential complex project of Guanghua Xincheng as an example, the combination of realtime simulation with ecological environment simulation system would be recorded by data form to reflect people's feelings and emphasize design strategy of regionalization and humanization. The situation of green building development only by technology stacking has been a problem demanding prompt solution, only design practice could accelerate green innovation-driven development.
Keywords: green design strategy; climate district; building physical performance; green design process; building performance simulation;
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