低碳設(shè)計理念在高層住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用

潘潔賢

低碳設(shè)計理念在高層住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用

潘潔賢

當前，我國建筑節(jié)能的設(shè)計重點正在向高層建筑設(shè)計里的低碳設(shè)計理念方向發(fā)展，這樣能夠促進我國能源的可持續(xù)發(fā)展。本文對建筑節(jié)能里的低碳理念進行了闡述，通過對高層建筑之所以需要低碳設(shè)計原因作出分析，讓我們更了解高層建筑低碳設(shè)計理念的重要性，從而對高層建筑設(shè)計中應(yīng)用的低碳設(shè)計理念進行相關(guān)策略分析。

高層建筑；低碳設(shè)計；設(shè)計理念；應(yīng)用

引言

低碳建筑理念是我國近幾年開始發(fā)展起來的一種建筑綠色理念，它的最終目的是耗用最少的不可再生能源來滿足人們最大的住宅能源需求。這種建筑理念的興起和發(fā)展與世界范圍內(nèi)的能源危機密切相關(guān)，人們想要通過對低碳住宅建筑理念的實際應(yīng)用，有效的減輕目前人類的發(fā)展對各種不可再生資源所帶來的巨大壓力，最終實現(xiàn)綠色建筑的發(fā)展目標，達到自然環(huán)境和住宅建筑之間的統(tǒng)一與和諧。

1 高層建筑需要低碳設(shè)計的原因

1.1 建筑設(shè)計中所涉及的“碳”

在全球二氧化碳排放總量里面，建筑行業(yè)的排放量占到了50%，遠超運輸領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，是一個不可忽視并且亟待解決的現(xiàn)象。低碳建筑是指在整個建筑建成的過程中，從建筑材料、設(shè)備制造到施工建造的生命周期之內(nèi)都要注意盡量減少化石能源的利用，提高能源利用率，降低二氧化碳的排放量?，F(xiàn)如今低碳建筑不僅在我國，更加在國際上都成為了主流趨勢。

1.2 高層建筑需要低碳設(shè)計的原因

高層建筑一般自身的容積率比較高，互相之間的距離比較近，并且體型龐大，所以建筑的透光性一般較差，會形成很大面積上的陰影區(qū)。這樣的設(shè)計最終導致市中心的人口過多，交通堵塞，使人們的居住環(huán)境變差。這樣的建筑設(shè)計者一般注重建筑的外部構(gòu)造和使用功能，通常不會注意低碳環(huán)保設(shè)計這一環(huán)節(jié)。這就是建筑設(shè)計者的環(huán)保節(jié)能意識比較淺薄，導致大量的能源材料浪費，進而影響了建筑的使用效率，造成了高層建筑高消耗、低收益的情況。綜上所述，高層建筑中實施低碳設(shè)計理念是非常有必要并且優(yōu)點很多的一項舉措。

2 低碳建筑設(shè)計的理念

2.1 節(jié)能

近幾年來，人們一直對節(jié)能這個話題非常關(guān)注，并且隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，許多新型的節(jié)能設(shè)備和技術(shù)被相繼研發(fā)出來，所以，建筑設(shè)計者們也想要讓這些節(jié)能設(shè)備和技術(shù)能夠運用到建設(shè)中來，通過讓人類的科學技術(shù)與大自然的緊密結(jié)合，來滿足建筑結(jié)構(gòu)低碳設(shè)計的自然采光、通風以及節(jié)能的相關(guān)要求。例如通過對季風的充分有效利用，讓建筑進行自然通風，同時可以在夏季利用當?shù)氐闹鲗эL向來對空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)置；通過對建筑的圍護結(jié)構(gòu)采用相應(yīng)的節(jié)能措施，來減少空調(diào)、采暖的使用；采用自動遮陽、雙層幕墻、能夠調(diào)節(jié)的建筑外立面等等的設(shè)計，在最大限度上利用天然的通風和采光。

2.2 能源組合優(yōu)化

為了保護環(huán)境，相比于利用不可再生資源，人們更加傾向于合理利用一些新型的能源，這就是能源組合的優(yōu)化。當然為了降低對礦產(chǎn)資源的消耗，也可以利用一定的科技對燃料設(shè)備進行相關(guān)改造；為了減少二氧化碳的排放，保護自然環(huán)境，利用新的科學技術(shù)對燃煤鍋爐等設(shè)備進行相關(guān)的能源改造；另外還可以引入大自然里的沼氣、生物固體燃料等；也可以利用其他很多的可再生能源，比如地熱能、光能、風能、余熱廢熱的回收與再利用等。

2.3 采用天然材料

在設(shè)計建筑內(nèi)部的時候，不應(yīng)該使用那些對認得身體有害的裝飾材料或者建筑材料，而應(yīng)該使用天然材料。并且在使用木材、石灰、石塊、油漆等材料之前，施工人員必須對其進行質(zhì)量檢測，避免建筑材料里存在對人們身體健康有害的物質(zhì)。

2.4 節(jié)約資源

從開始的設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)到后期的選擇建筑的材料，設(shè)計者都應(yīng)該本著減少建筑利用資源的浪費、提高建筑利用資源的效率的原則，充分考慮合理設(shè)計資源的合配置以及使用，盡最大能力對建筑結(jié)構(gòu)進行節(jié)能優(yōu)化，盡力使資源能夠可再生利用。

3 高層建筑設(shè)計里應(yīng)用低碳設(shè)計理念的策略分析

3.1 考慮建筑的布局問題

住宅群體布局中有兩種最典型的布局模式：行列式與自由式布局，如圖1。

圖1 行列式與自由式布局圖

以后出現(xiàn)的其他多種布局形式均為這兩種模式的演化及組合。在具體規(guī)劃設(shè)計時，兩者對產(chǎn)生的住區(qū)空間關(guān)系也不一樣，行列式布局產(chǎn)生的空間關(guān)系比較有序、規(guī)整，而自由式布局則能創(chuàng)造出豐富的住區(qū)內(nèi)部空間，最主要的是兩者對住區(qū)環(huán)境造成

的通風狀況有非常大的差異。行列式布局會造成風通過建筑，在其背風面造成巨大的渦流區(qū)，將對人的室外活動產(chǎn)生極大的不良影響。特別是在規(guī)劃布局小高層住宅建筑時，僅僅考慮到日照間距會使南北兩棟住宅產(chǎn)生過大的間距，造成住區(qū)空間的浪費。如果將住宅采光首選標準定在只要太陽方位角滿足日照需求的時候，自由式布局將帶來極大的好處，在滿足日照要求的同時，利用建筑左右前后的錯位，節(jié)約了大量的土地，并且使得室外來流方向與建筑呈現(xiàn)不同的角度，能使得住區(qū)內(nèi)風環(huán)境均勻分布，創(chuàng)造適合人體活動的風環(huán)境狀況。實驗測定，風向與建筑夾角在30～60°的時候，夏季室內(nèi)穿堂風順暢，且風速較均勻。

3.2 改善建筑的朝向

這里所說的就是高層建筑在選址的時候要考慮好對建筑所在城市環(huán)境的影響，要注意容積率過高會使建筑的日照達不到要求。陽光是自帶巨大輻射和能量的，因此對于太陽來說，地球是一個很大的能量接收器，陽光不僅對地球的環(huán)境和地球上的生物有好處，更加對建筑的節(jié)能有深遠的影響。同樣，城市的規(guī)劃也應(yīng)該按照日照的原理，對建筑的朝向和方位進行準確的選擇，使每一幢建筑都能夠最大程度上的接受陽光的照射，簡單來說，就是建筑選址對建筑節(jié)能有非常重要的影響。建筑朝向不同，所受到的陽光輻射就不同，熱損失也因此不同。特別是在冬至的前后太陽高度角比較低，導致建筑物能夠接受到的陽光比夏天多很多。

對高層建筑的方為進行確認時，首先要考慮一下環(huán)境的情況，通過太陽高度角來算出太陽的影響范圍，從而確定出冬天每日的日照時間。通過分析計算，高層建筑朝南的窗戶面積應(yīng)該盡量大點，而朝北和朝東的窗戶，在保證了充足的日照的前提下，面積則應(yīng)該盡量小點，這樣就可以盡量多的獲得太陽能而減少熱損失，并且保證了一個舒適宜居的室內(nèi)環(huán)境。

3.3 降低建筑體型系數(shù)

高層建筑外面的圍護墻體會消耗比較多的能源，大約占總能量消耗的25%，這主要取決于建筑的外露面積。而體型變化又是外露面積的一個重要控制因素，所以體形系數(shù)越大，能耗也就越多。在國外，很多高層建筑都會設(shè)計成圓塔形，比如法國的戴高樂機場候機樓、美國洛杉磯的好運飯店等等，都是因此而設(shè)計成了橢圓形或者圓形。因為相同面積下所有的圖形中，圓形的周長最短，這樣就會使建筑的外露面積達到最小。綜上所述，高層建筑的形體不能太過復雜，以便減小能耗。

3.4 改善圍護結(jié)構(gòu)的墻體設(shè)計

（1）建筑外墻是圍護結(jié)構(gòu)的主體，而高層建筑的圍護結(jié)構(gòu)還跟普磚石結(jié)構(gòu)的不一樣，高層建筑圍護結(jié)構(gòu)當中是靠剪力墻結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架來承重和支撐的。因此，為了達到保溫隔熱的目的，并且盡量減輕自身負重，圍墻結(jié)構(gòu)的填充材料要盡量采用高效且質(zhì)地輕盈的保溫材料。廣州地區(qū)運用低碳設(shè)計理念的高層建筑，在建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計上，均采用了外墻內(nèi)保溫技術(shù)，或石材干掛外立面。窗戶玻璃多采用中空Low-E玻璃，屋面均采取以擠塑板做保溫層的倒置式屋面技術(shù)。

（2）高層建筑圍護的墻體一般是不提倡采用聚苯乙烯泡沫板或者巖棉板等質(zhì)地比較輕的保溫材料作外側(cè)保溫。一幢高層建筑至少有幾十年到幾百年的使用壽命，對于材料的選擇當然也要能夠匹配的上建筑的使用壽命。對于質(zhì)地比較輕的外側(cè)墻體保溫材料來說，缺點是顯而易見的：容易松散、整體性能比較差、難以承受建筑裝修時的各種刨或者鑿的震動，即抗振性能比較差，剁斧石面層的預留洞槽時容易出現(xiàn)冷橋，承受不了安裝裝飾構(gòu)件、貼石材的時候的貼掛荷載，此外，墻體的表面還很容易就出現(xiàn)裂紋。

4 低碳設(shè)計建筑實例分析

中山東坑項目的規(guī)劃設(shè)計將建筑節(jié)能設(shè)計擺在一個非常重要的位置，在建筑圍合結(jié)構(gòu)中，墻體、屋面、地面和門窗是建筑能耗的四大部位，而門窗則排列在首位。規(guī)劃設(shè)計盡量采用簡單方正的建筑體型，力圖使圍護結(jié)構(gòu)的總面積在合理范圍內(nèi)達到最小，從而降低墻體的能耗。在規(guī)劃設(shè)計中結(jié)合景觀朝向，合理選擇建筑不同朝向的窗墻比，西向開窗面積盡可能減少，從而降低東西向的能耗。同時，東坑項目窗框在鋁型材中間加入隔熱條，形成斷橋，阻斷熱傳導，具有質(zhì)輕、保溫、隔熱、隔音、耐潮濕、耐腐蝕性、密封性好、防火性能好、使用壽命長等特點。

在外窗遮陽設(shè)計方面，廣州東宇項目在墅建筑設(shè)計中，采用新型的卷簾式遮陽百葉，一方面不影響原有的外立面設(shè)計，另一方面在節(jié)能設(shè)計上大大降低陽光對外窗的直射，降低建筑空調(diào)能耗，尤其適用于南方地區(qū)。

5 結(jié)束語

當今社會到處都在強調(diào)節(jié)能減排和低碳環(huán)保，本文主要是針對高層建筑中的低碳設(shè)計理念及運用做了相關(guān)介紹，提出了可以通過改善圍護結(jié)構(gòu)和墻體設(shè)計、通過優(yōu)化建筑選址的問題，進而將高層建筑里的低碳設(shè)計理念充分發(fā)揮到實際工程建設(shè)中去。

[1]倪紅.淺議空中庭園在現(xiàn)代高層建筑中的作用[J].山西建筑，2010（8）.

[2]謝仰坤.高層建筑外部空間的設(shè)計理念探討[J].廣東科技，2013（3）.

TU241.8

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1673-0038（2015）46-0056-02

2015-11-1