低碳理念用于建筑設(shè)計(jì)的思考

葛松巍 (廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司 北京 100000)

引言

隨著全球氣候變暖問題的加劇和人們的生存質(zhì)量的提高,人們對(duì)住宅舒適性的需求也隨之增加。房屋建筑不僅要滿足人民的居住需要,而且要符合現(xiàn)代低碳的觀念,因此各個(gè)行業(yè)都在采用低碳的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的建筑工程存在粉塵大、污染重、噪聲大等問題,嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境和居民的生活。有統(tǒng)計(jì)資料顯示,在世界范圍內(nèi),建筑業(yè)排放了約半數(shù)的CO,大大高于工業(yè)和交通部門。2020年9月22日,國(guó)家主席習(xí)近平在75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重承諾:“我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！蹦壳?“雙碳”行動(dòng)計(jì)劃不斷完善和落實(shí),低碳已是今后各個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。因此,大力推行綠色建筑不僅是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的需要,還是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。低碳建筑是一種以低碳為基礎(chǔ)的綠色建筑,在其建造中,為了節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,通常會(huì)使用環(huán)境友好的材料或者能源。比如,將傳統(tǒng)的建筑材料轉(zhuǎn)換成環(huán)保材料,施工組織采用現(xiàn)場(chǎng)組裝的形式。因此,在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循低碳、綠色的原則。

1 低碳建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求及原則

1.1 低碳建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容

所謂低碳建筑是指在整個(gè)建筑的生命周期內(nèi),通過各種綠色技術(shù)的使用,實(shí)現(xiàn)資源的有效利用,從而節(jié)約資源,減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞,即利用最小的生態(tài)環(huán)境代價(jià)換取最大的建筑價(jià)值。通過這種方式,不僅可以降低對(duì)環(huán)境的污染,還可以提高對(duì)空間的使用效率,為人們提供舒適的生活環(huán)境,實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。具體來(lái)說,低碳建筑設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面的內(nèi)容當(dāng)中。

(1)整體的和諧性。建筑物雖是人工建造物體,但也是生態(tài)環(huán)境當(dāng)中不可分割的一個(gè)有機(jī)組成部分,建筑物的存在會(huì)對(duì)其他物體造成影響,同時(shí)也會(huì)與其他物體之間產(chǎn)生彼此的制約。因此,綠色低碳需要將建筑物完全融入到環(huán)境當(dāng)中,從而實(shí)現(xiàn)建筑物與生態(tài)環(huán)境之間的和諧統(tǒng)一,這也是綠色低碳理念在建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用中的一個(gè)重要原則。綠色低碳理念要求,在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中需要充分運(yùn)用本土化的資源與文化,不僅節(jié)約建筑成本,降低碳排放量,還實(shí)現(xiàn)建筑物與環(huán)境的有機(jī)統(tǒng)一。

(2)舒適的宜居性。建筑物的本質(zhì)功能在于其使用功能,即適合居住、辦公以及從事相關(guān)活動(dòng)的基本功能,這也是建筑物價(jià)值的最根本體現(xiàn),也是綠色低碳理念的最根本出發(fā)點(diǎn)。綠色低碳理念必須保證建筑的宜居性,充分利用已有的資源,解決居住過程當(dāng)中對(duì)于光照、空氣、水分以及采暖等基本需求,使其適合人類的居住。

(3)利用的充分性。從總體上來(lái)看,目前我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)的能耗相對(duì)較高,許多資源的利用率相對(duì)較低,不僅造成了資源的浪費(fèi),還使得生態(tài)環(huán)境遭受到一定的破壞,與綠色低碳的基本理念之間存在著分歧。綠色低碳建筑設(shè)計(jì)理念要求,在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中必須使用最優(yōu)秀的方案,提高資源與能源的使用效率,從而達(dá)到節(jié)水、節(jié)電和減少采暖的基本目的,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,這也是建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。同時(shí)綠色低碳理念還要求對(duì)建筑能耗的各個(gè)不同環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制,例如使用遮陽(yáng)技術(shù)降低夏天室內(nèi)溫度,利用溫室效應(yīng)提高冬天的室內(nèi)溫度,從而降低空調(diào)的使用率。

1.2 低碳建筑設(shè)計(jì)的要求

(1)尊重自然,維護(hù)生態(tài)平衡。這是低碳建筑最基本的要求,旨在促進(jìn)人與自然的和諧相處,減少人工對(duì)環(huán)境的破壞和負(fù)面影響,以提高自然資源的利用效率為主要途徑,使用低碳環(huán)保建材,多利用可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等。

(2)順應(yīng)生產(chǎn)能力的發(fā)展。低碳建筑是立足于當(dāng)前生產(chǎn)能力基礎(chǔ)之上的,能夠與當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展相契合的,主要表現(xiàn)在建筑空間以及建筑物的實(shí)用功能上面要求要有空間上的包容性和綜合性、功能上的適應(yīng)性和拓展性,保證建筑物在投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠提供人們靈活使用。

(3)兼容建筑技術(shù)、地方文化和環(huán)境藝術(shù)。低碳建筑不只要體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,還必須將特殊的建筑技術(shù)、濃郁的地方文化和建筑環(huán)境藝術(shù)融合在一起,讓人們?cè)谙硎艿吞脊?jié)能的同時(shí),感受到現(xiàn)代生活中的生態(tài)文化的豐富多彩,領(lǐng)略到地方文化的神奇意蘊(yùn),體會(huì)到健康舒適、親切自然生活的美妙和生機(jī)盎然。

1.3 低碳建筑設(shè)計(jì)的原則

(1)整體性原則。即在規(guī)劃時(shí)應(yīng)綜合考量所處地理位置、地形、環(huán)境、價(jià)值等因素,確立總體的規(guī)劃觀念,不僅要保證其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,還要兼顧其未來(lái)價(jià)值與變革價(jià)值。例如北京世界園藝博覽會(huì)(簡(jiǎn)稱“世園會(huì)”)在2019年4月開幕,從綠色總體的設(shè)計(jì)思想出發(fā),三個(gè)主體工程都達(dá)到了GB/T50378-2019的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,其中整個(gè)展館采用了太陽(yáng)能,實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、遮陽(yáng),采用先進(jìn)的雨水循環(huán)和滴灌技術(shù),構(gòu)建了一處綠色、清潔、環(huán)保、低碳的景觀。

(2)環(huán)境保護(hù)的原理。在設(shè)計(jì)中,必須堅(jiān)持“四節(jié)一環(huán)?！钡脑瓌t,即做到節(jié)約土地、節(jié)約能源、節(jié)約水、節(jié)約材料和保護(hù)環(huán)境。在建筑設(shè)計(jì)中,既要兼顧建筑的地理位置,又要兼顧建筑的內(nèi)部和外部的空間布局,讓室內(nèi)的環(huán)境變得更舒適,還要保證建筑的節(jié)能效果,注意建筑的外墻、門窗、遮陽(yáng)處的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。在建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中,既要考慮能源的消耗,又要引入經(jīng)濟(jì)高效的節(jié)能減排技術(shù),以及對(duì)環(huán)境友好的材料及設(shè)備,同時(shí)要保證建筑的能源利用率,還要考慮建筑的材質(zhì)和工藝。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同的情況,選用合適的技術(shù),保證建筑的安全。

(3)滲透原則。所謂滲透,是指在建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中要將環(huán)保思想融入其中,能夠充分表達(dá)出建筑與大自然的和諧統(tǒng)一,建筑的能源節(jié)約,環(huán)境的保護(hù),以及建筑材料的可再生性,只有這樣,才能讓建筑的綠色和建筑的設(shè)計(jì)價(jià)值得以體現(xiàn)。

2 建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用低碳設(shè)計(jì)理念的意義

2.1 提高資源利用率

我國(guó)城市化進(jìn)程加快,建設(shè)工程所消耗的建材越來(lái)越多,面對(duì)自然資源消耗日益加劇的局面,如何提高資源的利用效率已是建設(shè)單位必須重視的問題。采用低碳設(shè)計(jì)思想,既能使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中得到合理的配置,又能在一定程度上提高產(chǎn)品的利用率。比如,現(xiàn)在許多施工項(xiàng)目都采用了裝配式鋼結(jié)構(gòu),其可回收利用率在70%以上,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

通過低碳理念指導(dǎo),獲得的經(jīng)濟(jì)效益中的一項(xiàng)是直接經(jīng)濟(jì)效益,比如使用綠色節(jié)能技術(shù)。在對(duì)這些經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行把握的過程中,可通過總的資源價(jià)值和資源價(jià)值來(lái)計(jì)算。比如,對(duì)于建筑過程中,水能源經(jīng)濟(jì)價(jià)值、電能源經(jīng)濟(jì)價(jià)值、土地資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值、采暖熱能經(jīng)濟(jì)價(jià)值的效益計(jì)算,都有其各自的計(jì)算公式。在實(shí)施中,強(qiáng)化各個(gè)環(huán)節(jié)的費(fèi)用控制,可以為建筑單位提供更多的資源使用參考,達(dá)到節(jié)約建設(shè)費(fèi)用、增加效益的目標(biāo)。

2.3 減少環(huán)境污染

在節(jié)能環(huán)保材料、節(jié)能環(huán)保技術(shù)等領(lǐng)域中運(yùn)用低碳設(shè)計(jì)思想,極大地減少了對(duì)環(huán)境污染的不利因素,增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。此外,在選用建材時(shí),應(yīng)用回收利用的建材,比如許多建筑中采用的鋼材,其回收利用率在70%以上,從而大大減少了拆遷時(shí)產(chǎn)生的廢料,并將廢料造成的二次環(huán)境污染程度降至最低。

3 建筑設(shè)計(jì)存在的問題

與國(guó)外較為完善的低碳建筑體系相比,我國(guó)低碳建筑設(shè)計(jì)理念正處于發(fā)展過程中,缺乏具有完整體系的鼓勵(lì)政策和監(jiān)督機(jī)制,其發(fā)展過程中存在諸多障礙因素亟待解決。

3.1 低碳節(jié)能執(zhí)行不力

低碳建筑的概念提出來(lái)的時(shí)間不長(zhǎng),有些人的認(rèn)識(shí)程度比較低。有的建筑設(shè)計(jì)人員受自身理論和思想觀念的局限,沒有擺脫固有觀念,沒有充分將節(jié)能、低碳理念融入設(shè)計(jì)當(dāng)中,在一定程度上依然沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式,其設(shè)計(jì)方案與低碳建筑的要求雖然不是背道而馳,但也相差太遠(yuǎn)。

3.2 沒有反映出居住環(huán)境中的節(jié)約能源需要

在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)時(shí),有的設(shè)計(jì)人員把費(fèi)用作為主要考量因素因此,所用的建筑材料量會(huì)因成本的控制而有所下降。比如,建筑設(shè)計(jì)中很多時(shí)候會(huì)采用大型的落地窗,但門窗的打開角度限制了室內(nèi)的通風(fēng),尤其是在炎熱的氣候條件下,室內(nèi)的環(huán)境會(huì)變得潮濕,居住者會(huì)長(zhǎng)時(shí)間開空調(diào),不僅浪費(fèi)了大量的能源,還危害居住者的身體健康。這樣的設(shè)計(jì)沒有將能源節(jié)約和舒適的居住方式相聯(lián)系,違背環(huán)保建筑設(shè)計(jì)理念。

3.3 能源管理審核制度的缺陷

低碳經(jīng)濟(jì)一個(gè)重要的體現(xiàn)是節(jié)能環(huán)保。在設(shè)計(jì)初始階段,要建立能源節(jié)約審查制度,看其設(shè)計(jì)是否符合節(jié)能環(huán)保要求,如果不符合,則要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。但就當(dāng)前國(guó)內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)看,審核制度有缺陷,其自身缺乏對(duì)整體架構(gòu)的專門知識(shí)支持,也不具備審核的功能,這就削弱了審核的有效性和嚴(yán)肅性。

4 低碳理念在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)多使用低碳建筑材料

首先,在采購(gòu)選取建筑材料時(shí),要對(duì)材料質(zhì)量、供應(yīng)商的生產(chǎn)資質(zhì)證明、材料使用壽命等進(jìn)行嚴(yán)格審查,避免采購(gòu)質(zhì)量不佳、能源損耗高、環(huán)境污染強(qiáng)的建筑材料。其次,粉塵的擴(kuò)散可能存在于施工過程中以及材料運(yùn)輸過程中,粉狀施工材料在風(fēng)力作用下容易自由擴(kuò)散而產(chǎn)生粉塵污染,且運(yùn)輸車的重大壓力以及運(yùn)輸過程中掉落的運(yùn)輸廢料都會(huì)對(duì)城市道路造成了不可逆的傷害。因此,設(shè)計(jì)人員在確定建筑材料時(shí),應(yīng)采取“就近取材”原則,防止運(yùn)輸過程造成的揚(yáng)塵污染與道路損害。最后,建筑施工過程中的主要污染來(lái)源為鋼筋混凝土與粉塵狀砂石等,這些材料在制造、使用過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵污染及甲醛和氡氣等有害氣體,造成施工工人的身體損傷。因此,在選取建筑材料時(shí),應(yīng)將有毒氣體釋放量作為主要的采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)之一,使用綠色無(wú)害的循環(huán)材料。

4.2 提高建筑過程中材料利用率

在低碳建筑設(shè)計(jì)時(shí),既要注重建材的地域特性,又要注重低碳節(jié)能環(huán)保的施工工藝,施工中盡可能地減少?gòu)U物的排放,既能節(jié)約費(fèi)用能增加經(jīng)濟(jì)效益,又能取得較好的社會(huì)效益。要遵循建筑與裝修相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念,在進(jìn)行建筑與內(nèi)部空間的規(guī)劃時(shí),盡可能地減少建筑構(gòu)件的構(gòu)造元素,從而大幅度降低建筑耗材和能源消耗。要正確認(rèn)識(shí)和把握材料的各項(xiàng)性能,把材料和結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái),從而提高其使用效率。在選用材料的時(shí)候,要注意材料的壽命,比如將鋼結(jié)構(gòu)用于塔接,其建造流程簡(jiǎn)便,造價(jià)也會(huì)大幅度下降,還可以減少原材料的使用,減少?gòu)U料,有利于環(huán)保。

4.3 低碳建筑設(shè)計(jì)下的選擇策略

在我國(guó)目前有兩種典型的高層住宅結(jié)構(gòu)形式:自由型和行列型(見下圖),其他類型的結(jié)構(gòu)形式多為這2種結(jié)構(gòu)形式的變化。自由布置可以營(yíng)造出大量的居住區(qū)域,行列式則顯得建筑較為工整。在強(qiáng)風(fēng)速條件下,行列式布局的建筑會(huì)讓背風(fēng)面形成較大的渦流區(qū),對(duì)住戶的戶外運(yùn)動(dòng)不利。對(duì)于那些規(guī)劃面積不大的房屋來(lái)說,由于房屋間隔太大,導(dǎo)致大量空間資源的浪費(fèi)。自由型則可以按照日照的需要,將建筑物的前部和后部進(jìn)行排列,既節(jié)省了空間,又使室內(nèi)的空氣流動(dòng)順暢,便于住戶外出。因此,采取自由布置可以節(jié)省空間,充分反映出節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)思想。

(a)行列式布局

(b)自由式布局

4.4 改善建筑朝向,充分利用自然能源

太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的可再生能源,其有效地使用可做到綠色節(jié)能,滿足居民居住舒適度的需求。因此,在規(guī)劃建筑朝向時(shí),要考慮到各樓層的采光要求,適當(dāng)?shù)販p少建筑的體積。工程建設(shè)中,應(yīng)考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的光照狀況,并按實(shí)際需要確定日照區(qū)間,保證冬季建筑物的日照時(shí)間。通常朝南的窗子要盡量大,朝東和北邊的要盡量小一些,這樣既保證了陽(yáng)光的充足,又保證使用者的舒適。

4.5 外墻

外墻是施工過程中的一個(gè)關(guān)鍵部分,其隔熱性能的好壞直接影響到建筑物的隔熱性能。建筑節(jié)能環(huán)保對(duì)建筑質(zhì)量要求越來(lái)越高,應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行建筑節(jié)能改造是低碳建筑的一項(xiàng)重要內(nèi)容。外墻通常使用固體陶粒砌塊,不僅隔熱性能較低,而且對(duì)環(huán)境也不友好。采用現(xiàn)代建筑技術(shù),既可滿足建筑節(jié)能要求,又可提高建筑隔熱效果。復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種新的結(jié)構(gòu)形式,它比常規(guī)的建筑形式具有更好的隔熱性能。建筑材料以膨化珍珠巖、巖棉等綠色隔熱材料為主,不但能改善整體墻體的隔熱性能,而且更為節(jié)能環(huán)保。

4.6 低碳技術(shù)應(yīng)用

低碳建筑主要有以下幾種技術(shù)形式:(1)外墻節(jié)能技術(shù):墻體的復(fù)合技術(shù)有內(nèi)附保溫層、外附保溫層和夾心保溫層。我國(guó)采用夾心保溫作法的較多。(2)門窗節(jié)能技術(shù):中空玻璃,鍍膜玻璃(包括反射玻璃、吸熱玻璃),高強(qiáng)度LOW2E防火玻璃,采用磁控真空濺射方法鍍制含金屬銀層的玻璃以及最特別的智能玻璃。(3)屋頂節(jié)能技術(shù):利用智能技術(shù)、生態(tài)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的愿望,如太陽(yáng)能集熱屋頂和可控制的通風(fēng)屋頂?shù)取?4)制冷和照明技術(shù):這是建筑能耗的主要部分,如使用地(水)源熱泵系統(tǒng)、置換式新風(fēng)系統(tǒng)、地面輻射采暖。(5)新能源的開發(fā)利用:太陽(yáng)能熱水器、光電屋面板、光電外墻板、光電遮陽(yáng)板、光電窗間墻、光電天窗以及光電玻璃幕墻等。

結(jié)束語(yǔ)

建筑活動(dòng)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境影響非常大。在節(jié)能減排的理念下建筑設(shè)計(jì),應(yīng)始終貫徹低碳理念。要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境等當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,建設(shè)綠色建筑。要不斷創(chuàng)新技術(shù)和工藝,讓建筑設(shè)計(jì)更加科學(xué)、低碳,促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展,