低碳建筑技術(shù)措施分析

李理智

（貴陽市建筑設(shè)計院有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

我國建筑業(yè)已成為耗能最多的行業(yè)之一，并且其耗能呈現(xiàn)增長的趨勢。全國建筑全過程碳排放量由2005年的22.34億t，上升到2019年的49.97億t，增長了2.24倍，年均增長5.92%。2019年我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放總量的50.6%，其中，建筑生產(chǎn)階段碳的排放量為27.7億t，占比28.0%；建筑施工階段的碳排放量為1.0億t，占比1.0%；建筑運行階段碳排放量為21.3億t，占比21.6%。由此看來，建筑業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)十分艱巨[1]。表1為2019年中國建筑碳排放量情況。

表1 2019年中國建筑碳排放量情況

“低碳建筑”并不是完全沒有碳排放，而是最大限度減少對傳統(tǒng)化石能源（如煤炭、天然氣、石油等）的消耗，其主要特點是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)擁有更強大的保溫性能，且建筑物主要消耗的能源種類為可再生能源，如地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、太陽能、風(fēng)能等，在營造舒適人居環(huán)境的同時，將對地球能源的消耗降到最低，實現(xiàn)人與環(huán)境和諧相處[2]。

1 建筑整體保溫體系節(jié)能措施

1.1 控制建筑物體形系數(shù)

建筑的體形系數(shù)是指建筑外表面與空氣接觸的面積除以建筑物的體積。按照傳統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計理念，辦公建筑的體形系數(shù)應(yīng)不超過0.4，住宅的體形系數(shù)應(yīng)不超過0.3，寒冷地區(qū)建筑的體形系數(shù)應(yīng)小于或等于0.4，且最好控制在0.3以下[3]。

1.2 控制建筑物的窗墻面積比

建筑物的窗墻面積比是指不同朝向外墻上的窗、陽臺門及幕墻的透明部分總面積與所在朝向建筑的外墻面的總面積之比。窗作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中一種透明的薄型輕質(zhì)構(gòu)建，其保溫隔熱性能較弱，所以控制窗墻面積比是非常重要的。

1.3 采用外遮陽及內(nèi)遮陽技術(shù)

建筑物的外遮陽板可以調(diào)節(jié)陽光輻射量，在炎熱的夏季，可以通過調(diào)整遮陽板的角度阻擋陽光進(jìn)入建筑；在寒冷的冬季，可以通過調(diào)整遮陽板角度使陽光照進(jìn)室內(nèi)。在外窗或建筑內(nèi)設(shè)置可調(diào)式百葉片，夏季陽光直射時，降下百葉遮擋陽光，減少空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷；冬季收起百葉增加室內(nèi)日照，提高室內(nèi)溫度，減少采暖負(fù)荷，降低建筑的整體能耗。

1.4 構(gòu)建建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑物的外墻、屋面及挑空的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用保溫性能較好、重量較輕的保溫材料，如巖棉、離心玻璃棉和其他新型、高效的保溫材料，從而增強墻體的隔熱能力，有效抵御室外氣溫對室內(nèi)環(huán)境的影響，從而降低建筑能耗。

1.5 采用多層中空LowˉE玻璃

現(xiàn)代建筑的窗墻比越來越大，全玻璃幕墻建筑也越來越常見，外窗、天窗等玻璃構(gòu)件的能耗占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的40%以上，同時又影響建筑的造型、通風(fēng)、密閉、隔聲及采光，因此必須增強建筑物門窗等玻璃構(gòu)件的保溫及密封性能。同時，這些玻璃構(gòu)件應(yīng)采用多層中空LowˉE玻璃，緊固件及結(jié)構(gòu)支架采用斷熱橋鋁合金，構(gòu)件整體傳熱系數(shù)應(yīng)控制在1.5 W/（m2·K）以內(nèi)。

1.6 采用被動式通風(fēng)技術(shù)

在廚房、浴室等區(qū)域設(shè)置管井或高窗，利用熱壓效應(yīng)排出這些區(qū)域中潮濕、渾濁的空氣，再利用負(fù)壓效應(yīng)把新鮮空氣送入室內(nèi)。臥室、辦公室、走廊等區(qū)域可以對向設(shè)置外窗，利用建筑物對向壓差，實現(xiàn)自動通風(fēng)。這些措施在祛除潮濕和異味的同時，還能夠排出室內(nèi)空氣中的一些污染物。

1.7 采用自然光

在建筑物內(nèi)安裝光導(dǎo)管或設(shè)置天窗，使自然光從各導(dǎo)管口或天窗傳輸?shù)饺藛T活動區(qū)，同時實現(xiàn)對自然光的亮度調(diào)節(jié)，滿足不同的使用需求。目前，該技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用，可以極大地減少建筑物的照明能耗。

2 采用新能源系統(tǒng)節(jié)能

2.1 太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)通過放置在建筑物外的集熱器吸收陽光，光能由集熱器轉(zhuǎn)化為熱能，水經(jīng)過集熱器加熱后，由管道輸送至儲水保溫水箱中，進(jìn)而供生產(chǎn)和生活使用。

2.2 光伏發(fā)電、供電系統(tǒng)

光伏發(fā)電、供電系統(tǒng)的工作原理是陽光照射電池板進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能，電能通過逆變器整流后轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢灾苯邮褂玫慕涣麟?，進(jìn)而為其自身、鄰近建筑、電動公交車、電動汽車提供能源。

光伏建筑一體化就是在建筑物外表面安裝光伏發(fā)電組件（圖1）。根據(jù)光伏發(fā)電組件在建筑物上安裝方式的不同，發(fā)電系統(tǒng)主要可分為兩類：①建筑構(gòu)件和光伏發(fā)電組件融為一體，如光電幕墻、光伏屋瓦，因此，對光伏發(fā)電組件的要求較高，其需要滿足建筑物的使用需求，同時能夠高效發(fā)電。②在建筑物屋頂或外表面安裝光伏發(fā)電組件，這種方式較為簡單，且易于維護(hù)和更換，但對建筑立面造成一定影響，如占用建筑的屋面，影響建筑物的布局。因此，應(yīng)根據(jù)建筑物實際情況來選擇不同的光伏發(fā)電組件。

圖1 建筑光伏發(fā)電實例

2.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

高度在500 m以上區(qū)域平均風(fēng)速為9~12 m/s，具有較高利用價值。風(fēng)力發(fā)電機預(yù)計每1 m2的風(fēng)輪發(fā)電功率為400~500 W，全年可生產(chǎn)100~200 kW的電力。風(fēng)力發(fā)電方案涉及結(jié)構(gòu)荷載、建筑美學(xué)等因素，因此需要進(jìn)行綜合考慮。上海中心大廈屋頂?shù)娘L(fēng)力發(fā)電設(shè)備如圖2所示。

圖2 上海中心大廈屋頂?shù)娘L(fēng)力發(fā)電設(shè)備

3 采用裝配式建筑

裝配式建筑節(jié)能傳統(tǒng)的現(xiàn)場建造方式，建筑的梁板、墻體及管線系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制構(gòu)件，這些預(yù)制構(gòu)件在工廠批量生產(chǎn)后運抵施工現(xiàn)場，再采用搭接裝配技術(shù)進(jìn)行組裝。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場建造方式相比，裝配式建筑的優(yōu)點如下。

3.1 提高生產(chǎn)效率

因為裝配式建筑構(gòu)件可以在工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)，并且生產(chǎn)過程中工作人員可對溫度、濕度等條件進(jìn)行控制，生產(chǎn)不受天氣等不確定因素的影響，因此，可以在一定程度上保證構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，保證工期按計劃進(jìn)行。裝配式建筑工廠批量生產(chǎn)構(gòu)件如圖3所示。

圖3 裝配式建筑工廠批量生產(chǎn)構(gòu)件

3.2 節(jié)能環(huán)保

裝配式建筑構(gòu)件均在工廠制作，模板可以重復(fù)使用，避免了物料浪費，同時也減少建筑廢料及垃圾的產(chǎn)生量。

3.3 減少人力成本和安全隱患

裝配式建筑的大部分構(gòu)件都是在工廠內(nèi)批量生產(chǎn)的，因此，通過現(xiàn)代化工廠進(jìn)行批量化、信息化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，可以減少煩瑣的施工工序，進(jìn)而減少現(xiàn)場安裝工人及各類工程技術(shù)管理人員的數(shù)量。裝置式建筑不僅可以大幅降低人力成本，而且相較于露天作業(yè)、高空作業(yè)等傳統(tǒng)的施工模式，也極大地減少了安全隱患。圖4為裝配式建筑施工現(xiàn)場。

圖4 裝配式建筑施工現(xiàn)場

綜上所述，裝配式建筑的節(jié)能減排優(yōu)勢明顯，是保證建筑業(yè)實現(xiàn)低碳建筑目標(biāo)的必要手段和措施，并為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有效支撐[4]。

4 其他節(jié)能技術(shù)措施

（1）采用高效空調(diào)系統(tǒng)：建筑物采用水源熱泵、地源熱泵（圖5）等系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)，利用淺層水源熱源或中淺層土壤提高空調(diào)系統(tǒng)的COP值，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

圖5 地源熱泵系統(tǒng)

（2）建設(shè)中水系統(tǒng)：中水經(jīng)中水管道收集后匯入中水池，經(jīng)過凈化處理后集中儲存于蓄水池，供綠化澆灌使用。

（3）種植屋頂綠化：在屋頂種植綠化帶可以減少陽光輻射。在夏季，利用植物的蒸發(fā)作用減少屋頂傳熱；在冬季，可以利用土壤的蓄熱保溫性能減少熱損失。

（4）采用能耗管理系統(tǒng)：系統(tǒng)可直接連接各類能源計量表，如水表、電表、氣表等，并支持遠(yuǎn)程集中控制和管理，還能根據(jù)數(shù)據(jù)匯總提供節(jié)能建議。

5 結(jié)語

“碳達(dá)峰、碳中和”的國家戰(zhàn)略提出后，作為能耗大戶的建筑行業(yè)，采用各種低碳建筑節(jié)能技術(shù)勢在必行。在建筑物的設(shè)計階段應(yīng)大幅提高整體保溫性能，在建造階段應(yīng)采用裝配式建筑構(gòu)件，運營階段利用多種可再生能源和節(jié)能措施，最終實現(xiàn)低碳建筑設(shè)計建造。