基于碳中和理論的公共建筑減少碳排放改造方式探索

楊豐碩 黃慧

【摘要】隨著建筑功能的逐漸增多以及人們對建筑舒適性的要求逐漸提高，建筑工程領(lǐng)域排放的二氧化碳逐漸增多。本文從建筑運(yùn)營階段碳排放量著手，在動(dòng)力設(shè)施能耗、照明設(shè)施以及智能建筑運(yùn)營平臺(tái)搭建三部分探尋減少碳排放量的途徑，以更好地解決碳排放問題，早日達(dá)到碳中和的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】碳中和;碳排放;綠色建筑;建筑運(yùn)營【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

隨著國家建筑施工行業(yè)迅速發(fā)展，全國建筑行業(yè)的碳排放量也在日益增多?！吨袊ㄖ芎难芯繄?bào)告（2020）》提出2018年全國建筑全過程二氧化碳排放總量為49.3億噸，占全國碳排放總量的51.3%。

為了2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，建筑行業(yè)必將減少碳排放量。在建筑全壽命周期中，建材生產(chǎn)階段碳排放比重為28.3%、建筑施工階段碳排放比重為1%、建筑運(yùn)營階段碳排放比重為21.9%。由此可見想要減少建筑二氧化碳排放，早日實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，解決建筑運(yùn)營階段碳排放量是較有利的方法。

1、基于碳中和理論的綠色建筑運(yùn)營技術(shù)

碳中和技術(shù)也稱為低碳或無碳技術(shù)。想要降低建筑運(yùn)營階段的碳排放量，就要減少建筑碳排放，增加建筑碳吸收。

本文主要進(jìn)行減少碳排放量方法的探索。首先盡可能因地制宜，充分利用自然環(huán)境帶來的優(yōu)勢，推進(jìn)空間節(jié)能和設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能的融合，大幅降低供暖、空調(diào)、照明、電梯等用能需求。其次進(jìn)行運(yùn)營時(shí)期使用技術(shù)的創(chuàng)新改革，使用低碳或零碳新能源技術(shù)、光伏技術(shù)、太陽熱發(fā)電技術(shù)、各種類型的熱泵技術(shù)等。本文將從動(dòng)力設(shè)施能耗、照明、智慧平臺(tái)搭建幾個(gè)角度提出綠色建筑運(yùn)營階段改造方法。

2、案例選擇

2.1建筑概況

本文選擇改造的建筑案例為403國際藝術(shù)中心。403國際藝術(shù)中心落地于湖北省武漢市武昌區(qū)中南路街武珞路586號(hào)百瑞景中央生活區(qū)，由原武漢鍋爐廠編號(hào)403雙層車間的工業(yè)遺址改造而成。綠色節(jié)能的總體設(shè)計(jì)保留了原來結(jié)構(gòu)建筑，重新分配內(nèi)部空間，增加地下空間和戶外空間建設(shè);內(nèi)部構(gòu)造增加了大天窗以及通風(fēng)換氣結(jié)構(gòu)。

2.2基于碳中和原理改造

（1）動(dòng)力設(shè)施能耗

403國際藝術(shù)中心的動(dòng)力來源為百瑞景小區(qū)的集中供電，而武漢市供電為火力供電，碳排放量較大?；谠撉闆r，我們可以通過以下三種方法進(jìn)行改造：

1）根據(jù)資料查詢可知，長江中下游地區(qū)的部分公共建筑的供暖，可以通過采用高效空氣源熱泵或地源水源熱泵解決。（林波榮）

2020年武漢市7月份平均溫度達(dá)到26.4℃;1月平均氣溫為4.1℃，符合夏熱冬冷地區(qū)的特征。由空氣源熱泵的適用條件可知，武漢市氣溫的日較差較小，年降雨量大，日照偏小，適合應(yīng)用空氣源熱泵。

由上文分析可知，403藝術(shù)中心在改造時(shí)，將集中火力供電改為高效空氣源熱泵進(jìn)行熱量供應(yīng)，同時(shí)采用空調(diào)排風(fēng)熱回收、空調(diào)冰蓄冷等技術(shù)減輕夏季冷氣散發(fā)和冬季暖氣散發(fā)的情況。

2）增加太陽能板。通過在室外陽臺(tái)、天窗玻璃、入口處玻璃幕墻三處適量的增加太陽能板，白天收集太陽能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲(chǔ)存用作空調(diào)和照明供電，減少火電的使用量。為了不破壞建筑美觀，在增加太陽能板時(shí)可以按照當(dāng)?shù)匚幕蛟摻ㄖ攸c(diǎn)進(jìn)行多而小塊太陽板的設(shè)計(jì)，使之成為建筑的一大觀賞點(diǎn)如圖2。

3）除了通過上述太陽能板可以收集太陽能供能之外，由圖3可知，403國際藝術(shù)中心進(jìn)深較大達(dá)到58米，內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間窗戶較少，導(dǎo)致內(nèi)部照明燈具較多。所以可以對外側(cè)幕墻玻璃進(jìn)行更換，選用折射率更高的玻璃，將陽光折射到建筑內(nèi)部，減少燈光的使用。

（2）照明設(shè)施

由于403國際藝術(shù)中心的主題為簡單、文藝、原生態(tài)，所以在燈光照明系統(tǒng)的安裝上采取了較為簡單的直接照明，選擇多個(gè)白熾燈作為燈光來源，燈光利用率高，但分布不均。對于這個(gè)問題的改造方法則是將直接照明和間接照明相結(jié)合，以間接照明為主，同時(shí)將直接照明系統(tǒng)中的白熾燈改為LED燈。通過韓學(xué)林學(xué)者研究可知LED燈可以提供與白熾燈同樣的效果。

403國際藝術(shù)中心在二樓大廳頂部設(shè)計(jì)了600平的天窗玻璃。但由于該建筑層高較高，天窗照明情況較差，在403國際藝術(shù)中心內(nèi)部白天光線仍然不好，需要開燈照明。由于該藝術(shù)中心自身具有大面積的天窗，同時(shí)武漢市光照強(qiáng)度較強(qiáng)?？梢栽谔齑跋潞线m位置增加散光器和折射板，通過將太陽光線折射入室內(nèi)增加室內(nèi)的光照強(qiáng)度，減少白天建筑內(nèi)燈光照明的使用（如圖4）。晚上使用上述動(dòng)力設(shè)施能耗中增加的太陽能板作為動(dòng)力來源供應(yīng)照明使用。

除了要解決燈光問題，還要解決建筑正午陽光直射帶來的反光問題。通過實(shí)地考察得到，該建筑在正午11點(diǎn)至下午3點(diǎn)之間太陽照射強(qiáng)度較強(qiáng)，由于紫外線輻射強(qiáng)度日變化曲線與太陽高度角變化保持一致，基本呈現(xiàn)正態(tài)分布的特征（翟紅楠），可以得到這一時(shí)間段相比于其他時(shí)間紫外線進(jìn)入較多。通過為外側(cè)玻璃幕墻中一些玻璃貼膜解決這一問題，阻隔紫外線，過濾強(qiáng)光，減少眩光，將多余陽光折射出去。另外，在二樓窗戶外安裝自動(dòng)遮陽板，遮陽板上部設(shè)計(jì)有太陽能板，在建筑遮陽的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)太陽能的利用。

（3）智慧建筑運(yùn)營平臺(tái)

建設(shè)包含全建筑溫度、濕度、光照等指標(biāo)的建筑環(huán)境監(jiān)測、建筑能耗管理系統(tǒng)，基于“部分時(shí)間、部分空間”的室內(nèi)環(huán)境營造和用能方式，結(jié)合各區(qū)域游客數(shù)量及外界環(huán)境條件實(shí)時(shí)分析，在保障游客舒適度的基礎(chǔ)上節(jié)省能源消耗。

溫度濕度方面，在建筑內(nèi)部安裝溫濕度傳感器，在溫度濕度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，自動(dòng)停止建筑內(nèi)部的供暖或制冷設(shè)備。照明方面，一是建立智能照明控制系統(tǒng)，在確保燈具能夠正常工作的條件下，給燈具輸出一個(gè)最佳照明功率，使燈光照明分布更加均勻，同時(shí)大幅度減少能源消耗。二是安裝照度感應(yīng)器，隨時(shí)監(jiān)控建筑內(nèi)部的人流量和燈光強(qiáng)度，做到建筑無人參觀時(shí)，燈具達(dá)到省電模式。三是安裝陽光傳感器，在403藝術(shù)中心二樓的窗戶外墻安裝陽光傳感器，在陽光達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)自動(dòng)展開遮陽板，避免陽光直射。

結(jié)語：

在建筑運(yùn)營階段減少碳排放，可以運(yùn)用高效空氣源熱泵代替火電進(jìn)行熱量供應(yīng);通過替換白熾燈，增加散光器和折射板，增加帶有太陽能板的遮光板改善照明;建設(shè)智慧建筑運(yùn)營平臺(tái)，做到保證游客舒適度的前提下減少建筑碳排放量。

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作者簡介：

楊豐碩，女，2000年11月09日，籍貫：山東省濟(jì)寧市，民族：漢，學(xué)歷：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科，職稱：學(xué)生，研究方向：美麗鄉(xiāng)村和可持續(xù)發(fā)展。

通訊作者：

黃慧，女，1978年11月13日出生，湖北省武漢市人，漢族，博士，講師，主要研究方向?yàn)椋簢量臻g布局優(yōu)化和農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展研究。

資助項(xiàng)目：

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities）項(xiàng)目“基于深度學(xué)習(xí)算法的脫貧人口返貧風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及預(yù)警機(jī)制研究”（2662020GGPY004）