低碳概念下的建筑設(shè)計應(yīng)對策略

哈建瑜

重慶市軌道交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 重慶 401122

1 引言

地球是我們?nèi)祟愘囈陨娴牡胤剑祟惿鐣陌l(fā)展和活動在向地球大量汲取能源物質(zhì)的同時也對環(huán)境造成了破壞。建筑業(yè)活動使用能耗占整個社會的能源消耗將近40%，降低建筑使用能耗能對保護環(huán)境起到重大作用。人口激增和土地資源緊缺的矛盾愈加惡化，居住建筑中的高層住宅建設(shè)量不斷刷新歷史新高，提升高層住宅的環(huán)保性能將有助于減輕過度使用能源所造成的環(huán)境壓力，還人們一個環(huán)境優(yōu)美、健康舒適、節(jié)能環(huán)保的居住空間。

傳統(tǒng)建設(shè)項目具有造價高、工期長、環(huán)境污染嚴(yán)重等特點。無論是公共建筑還是民用建筑，消耗的資源都比較大。從基礎(chǔ)材料到家居裝飾，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染滲透到人們生活的方方面面。

在建筑領(lǐng)域，為減少化石資源的使用，改善城市環(huán)境，減少城市污染，在綠色節(jié)能理念下，建筑設(shè)計必須改變過去的設(shè)計思維，以節(jié)能理念為設(shè)計理念，結(jié)合工程環(huán)境、工程材料、工期等因素，降低建設(shè)項目成本，提倡使用可再生資源，大力提高可回收材料在建設(shè)項目中的應(yīng)用價值，減少化石資源的消耗，實現(xiàn)建筑設(shè)計的人文、綠色、環(huán)保。

2 低碳建筑設(shè)計概述

2.1 低碳理念界定

圖1 低碳建筑設(shè)計

從本質(zhì)上講，低碳是一種常見的生活方式，其影響是多方面的。例如，不可再生資源可以得到保護和合理利用；有效處理廢水和廢氣等廢物問題。低碳概念是一個廣泛的概念，可以產(chǎn)生獨特的價值，而不論適用于哪些領(lǐng)域。例如，在建筑業(yè)，傳統(tǒng)建筑設(shè)計耗時、耗費能源、浪費資源，帶來巨大的經(jīng)濟效益，而自然生態(tài)必然會遭到破壞。低碳建筑設(shè)計以人為本，以自然為重點，時間、人力和資源是有機的，依其作用和協(xié)調(diào)而定。這大大減少了工作時間，同時完成了更多的建筑任務(wù)。一方面，通過執(zhí)行生計政策，鞏固在消除貧窮方面取得的成果；另一方面，將經(jīng)濟推向良好的方向，貢獻力量，如圖1所示。

2.2 低碳建筑設(shè)計內(nèi)涵

低碳設(shè)計是建筑業(yè)中最熱門的設(shè)計之一，在綜合工業(yè)發(fā)展道路上發(fā)揮著“指導(dǎo)者”的作用。低碳設(shè)計巧妙地將建筑設(shè)計與低碳理念結(jié)合起來，低碳理念非常豐富[1]。

2.2.1 節(jié)省資源

建筑工程是巨大的，占用了大片土地，必然消耗了大量的資源和能源。建筑物，如房屋，在使用過程中浪費和消耗能源，低碳設(shè)計也能很好地解決這些問題。在這方面，要保證住房質(zhì)量，就必須利用先進的科學(xué)和技術(shù)來思考碳效率的設(shè)計方法。此外，建筑風(fēng)格盡可能與周圍環(huán)境融為一體，并創(chuàng)造一種自然的歸屬感。

2.2.2 開發(fā)新型能源

在當(dāng)今世界，資源短缺已成為一個現(xiàn)實，主要趨勢是用新的能源取代傳統(tǒng)的不可再生能源。有幾種類型的新能源，如太陽能、水力、風(fēng)能等。例如，今年剛剛發(fā)布的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》規(guī)定，根據(jù)新需求，在新建筑物中安裝太陽能系統(tǒng)。

2.2.3 追求良好的生活環(huán)境

隨著人們消費能力的提高和生活水平的提高，住房變得新的，建筑部門的發(fā)展速度加快。在融入市場的過程中，人們不再滿足于尋求庇護所來保護他們，而是尋求改善他們的生活質(zhì)量。低碳設(shè)計需要持續(xù)關(guān)注人們的需求和習(xí)俗，避免形式主義，不局限于建筑的的多樣性，更多地關(guān)注內(nèi)部的和細(xì)節(jié)。例如，調(diào)整建筑物內(nèi)的溫度和濕度，靈活適應(yīng)人口的不同條件；建筑材料完好無損，確保居民的身體健康，同時促進生活舒適；通風(fēng)和照明。當(dāng)然，這三個要點不足以概括低碳建筑設(shè)計的全部內(nèi)容，但作為其最重要的要素，它們?nèi)匀皇窃诮ㄖI(yè)應(yīng)用低碳概念的重要指南。與此同時，環(huán)境材料和資源養(yǎng)護是碳碳概念的最重要組成部分。

3 我國低碳建筑設(shè)計發(fā)展的現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟的不斷進步和環(huán)保意識的加強，低碳理念的設(shè)計逐漸被人們?nèi)粘Ｉ钏捎?，更加重視低碳生活。傳統(tǒng)建筑使用資源相對粗放，有時候會存在資源浪費現(xiàn)象，這與國家和社會的發(fā)展不相符，也與人們的意識不匹配。在建筑設(shè)計過程中充分應(yīng)用低碳環(huán)保技術(shù)可以解決這個問題，給建設(shè)單位帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

在低碳設(shè)計理念下，建筑設(shè)計更注重一些綠色材料和低碳能源的應(yīng)用，在建筑施工過程中更應(yīng)注重可再生資源的利用，其中研發(fā)加強節(jié)能技術(shù)、環(huán)保技術(shù)和低碳能源技術(shù)的推廣。對于建筑行業(yè)來說，最重要的是實現(xiàn)綠色資源的合理利用，最大限度的利用，避免對周邊環(huán)境和人居環(huán)境造成破壞。實現(xiàn)綠色低碳項目建設(shè)，積極改進創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)，加強建筑低碳排放體系建設(shè)，高度重視建筑各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)建筑碳排放控制，進而推動可持續(xù)發(fā)展，最終達到節(jié)能減排的目的，有效推動房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 建筑工程設(shè)計當(dāng)中節(jié)能設(shè)計的原則分析

4.1 合理的應(yīng)用節(jié)能技術(shù)

在建筑工程的設(shè)計過程中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)非常重要。需要相關(guān)人員對設(shè)計原則進行深入分析，根據(jù)節(jié)能技術(shù)的不同設(shè)計原則和特點，合理開展節(jié)能設(shè)計工作，使節(jié)能技術(shù)發(fā)揮自己的作用。設(shè)計人員應(yīng)對節(jié)能技術(shù)進行相應(yīng)的分析，結(jié)合工程實際情況進行結(jié)構(gòu)技術(shù)合理性、適用性、經(jīng)濟性、可實施性進行評判，避免在設(shè)計工作中因?qū)夹g(shù)條件了解不足而影響節(jié)能設(shè)計的質(zhì)量。

4.2 客觀科學(xué)原理分析

客觀科學(xué)原則在設(shè)計工作中發(fā)揮著重要作用。相關(guān)人員在開展設(shè)計工作時，應(yīng)分析實際情況，探索客觀科學(xué)原理，掌握客觀科學(xué)原理，并確保在實施工程時能夠嚴(yán)格遵循這些原理。

實際工作中，所有項目不會是完全類同的，而是各自有著各自項目的特點，這就要求設(shè)計工作中需要結(jié)合本項目的特點進行有針對性的分析。準(zhǔn)確、完整地收集項目資料，包括地理環(huán)境、氣候等等，進行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠c計算，才得到客觀正確的結(jié)果。

4.3 適當(dāng)技術(shù)超前原則

適當(dāng)技術(shù)超前原則在當(dāng)前建筑工程設(shè)計工作中占有重要地位。在節(jié)能技術(shù)日新月異的今天，只有按照適當(dāng)技術(shù)超前原則進行，才能保證方案的合理性與適應(yīng)性。

5 節(jié)能設(shè)計理念的要點

5.1 環(huán)境的融合

在建筑規(guī)劃階段，要充分體現(xiàn)節(jié)能設(shè)計理念，這是應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念的關(guān)鍵。在建筑規(guī)劃中，設(shè)計師要對建筑環(huán)境有深刻的認(rèn)識，將建筑環(huán)境與建筑規(guī)劃相結(jié)合，這是體現(xiàn)綠色節(jié)能理念的重中之重。必須將建筑所在環(huán)境的氣候、地形、風(fēng)向、光照、水文、土壤等因素融入建筑設(shè)計中。對這些因素的全面了解，將有助于提高節(jié)能建筑設(shè)計理念的應(yīng)用質(zhì)量。

例如，我國北部的氣候條件具有冬長夏短的特點。在北方建筑中，供暖是一項基本功能要求，而北方城市供暖主要以集中供暖為主，因此在建筑設(shè)計中應(yīng)充分考慮這一要求。同時，結(jié)合環(huán)境因素可以看出，北方地區(qū)的日照條件通常非常好。因此，在應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念時，首先要考慮優(yōu)化供暖需求，減少供暖時間，體現(xiàn)節(jié)能理念，充分利用日照條件，改變建筑朝向，有利于縮短采暖時間。事實上，我國北方的民用建筑一般都是南北向排列的。在這種布局中，可以利用太陽能來滿足室內(nèi)供暖需求，從而減少化石能源供暖的使用，體現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的設(shè)計理念。同樣的節(jié)能理念也體現(xiàn)在南方民用建筑中。與北方冬季采暖需求不同，南方住宅更注重通風(fēng)需求。因此在設(shè)計中選擇了季風(fēng)環(huán)流的方向，以滿足夏季通風(fēng)散熱的功能需求[2]。

5.2 材料選擇

在建筑設(shè)計中體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能理念，注重材料的選擇，而節(jié)能材料的選擇是節(jié)能理念的主要體現(xiàn)。節(jié)能建筑材料包括外墻材料和內(nèi)墻材料，建筑外墻材料主要是圍護結(jié)構(gòu)的材料，一般合成保溫材料是主要選項。在選擇節(jié)能內(nèi)部材料時，應(yīng)更加注重材料的美觀性，應(yīng)減少使用純木質(zhì)材料，更多選擇環(huán)保的合成材料。

6 建筑設(shè)計中運用節(jié)能理念的路徑

6.1 基于功能需求的節(jié)能設(shè)計理念

在建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用節(jié)能理念具有明顯的優(yōu)勢，因為圍護結(jié)構(gòu)作為建筑的參照部分，為建筑提供了基礎(chǔ)的功能要求。在實際設(shè)計過程中，需要結(jié)合建筑的功能需求和環(huán)境因素來表達建筑的節(jié)能設(shè)計理念。設(shè)計前要從根本上明確外部環(huán)境條件，采用與環(huán)境相融合的節(jié)能設(shè)計，如布局設(shè)計、綠化設(shè)計、高度設(shè)計等。為突出節(jié)能設(shè)計理念，在設(shè)計前需要制定節(jié)能設(shè)計的基本目標(biāo)，并對使用化石燃料供暖的建筑的成本和環(huán)境污染進行計算，對室內(nèi)通風(fēng)、空調(diào)、空調(diào)等能耗進行準(zhǔn)確計算等。設(shè)計中選用透明材料作為建筑圍護結(jié)構(gòu)的主要材料，優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)中透明材料的遮陽比，并根據(jù)采暖、通風(fēng)的功能要求選擇合適的窗面積比例等等。

6.2 基于環(huán)境因素的節(jié)能設(shè)計思路

建筑節(jié)能理念的應(yīng)用應(yīng)充分考慮地域差異、環(huán)境差異和文化差異，選用節(jié)能材料。以建筑幕墻為例，在寒冷的北方選擇建筑幕墻時，隱框幕墻是主要材料，如果選用明框幕墻，材料必須以隔熱鋁合金型材為主要材料，對熱工性能要求高。在其他地區(qū)，在選擇建筑幕墻時，主要采用明框幕墻，尤其是南方地區(qū)，對散熱性能的要求更高。在幕墻設(shè)計中，不僅要突出框架結(jié)構(gòu)的造型，還要突出幕墻的玻璃材質(zhì)。如果在設(shè)計中選擇了非透明幕墻，則非透明幕墻的材料應(yīng)以鋁板和石材為主，同時還必須設(shè)計隔熱。在材料內(nèi)部添加50mm玻璃棉可以提高面板材料的隔熱性能和玻璃棉的密度達到16kg/m3以上，幕墻的傳熱系數(shù)控制在0.7～0.9范圍內(nèi)W/m2.K.對于非寒冷地區(qū)的非透明幕墻材料，其傳熱系數(shù)應(yīng)小于1.5W/m2.K，以免浪費熱資源。

6.3 基于信息技術(shù)的節(jié)能設(shè)計思維

信息技術(shù)在建筑設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用。信息技術(shù)在建筑設(shè)計中具有多樣化、多角度、多層次的應(yīng)用場景。

BIM技術(shù)用于在設(shè)計前對設(shè)計參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，模擬節(jié)能效果。在設(shè)計中，多維模型用于發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題、共享設(shè)計計劃并對其進行細(xì)化設(shè)計參數(shù)，從所有元素、流程、環(huán)節(jié)的設(shè)計角度，展現(xiàn)綠色設(shè)計理念。

運用信息技術(shù)的設(shè)計思維，在設(shè)計建筑內(nèi)部系統(tǒng)時，利用智能系統(tǒng)實現(xiàn)對能耗的實時監(jiān)控。使用頻率低時，智能系統(tǒng)可自動關(guān)閉能源系統(tǒng)，使用頻率高時，智能系統(tǒng)可根據(jù)需求優(yōu)化調(diào)整能源系統(tǒng)，減少能源浪費消耗。比如：在大型公共建筑中，能源浪費是非常嚴(yán)重的現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的人力管理難以做到細(xì)節(jié)滲透。智能系統(tǒng)的應(yīng)用往往可以代替人工，隨著時間的推移調(diào)節(jié)中央空調(diào)的溫度，根據(jù)需求，實現(xiàn)能源的合理利用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的普及，自動智能控制系統(tǒng)在建筑設(shè)計中具備了應(yīng)用條件。在建筑設(shè)計過程中，要充分考慮建筑運營階段的節(jié)能管理問題，改變傳統(tǒng)設(shè)計，運用智能技術(shù)，提高建筑運營過程中的節(jié)能水平，降低建筑整體能耗和提高建筑物的經(jīng)濟效益和社會效益[3]。

6.4 建筑立面遮陽一體化設(shè)計

目前大多數(shù)的高層住宅的外立面造型設(shè)計與遮陽設(shè)計在程序上是分離進行的。在進行外立面設(shè)計時，往往是通過聚苯板或混凝土凸起進行立面線條造型，更簡單的還有通過墻面的涂料顏色不同進行立面造型區(qū)分；在遮陽設(shè)計時，往往是在住宅主體完成后，在預(yù)埋件上加入混凝土遮陽板。這樣單一分離的設(shè)計方法，會造成建筑立面效果大打折扣，安全隱患大大增加。對建筑立面遮陽優(yōu)先采用一體化設(shè)計策略，能夠使各個設(shè)計元素之間更加統(tǒng)一化，使它們的藝術(shù)性和功能性在高層住宅設(shè)計中發(fā)揮最大的價值。

高層住宅建筑立面遮陽一體化設(shè)計手法一般有開口片段式形態(tài)和表皮式形態(tài)。開口片段式形態(tài)是指在高層住宅建筑立面通過一體化設(shè)計后，立面造型線條效果呈現(xiàn)水平式、垂直式或點式效果。住宅項目的外遮陽設(shè)計可采用水平遮陽板，通過一體化設(shè)計，將遮陽板水平連續(xù)布置，呈規(guī)律的在立面上進行大小和位置變化，在水平方向上形成了“水平遮陽-窗戶-水平遮陽”的水平式開口片段式形態(tài)，通過對開口片段的局部水平垂直放大或縮小，形成了有規(guī)律的立面組合，使原本單一的立面陽臺造型更加具有辨識度和層次變化。

7 低碳概念下建筑設(shè)計要點

在建筑設(shè)計中，低碳設(shè)計是社會和歷史發(fā)展的必然趨勢。目前，建筑業(yè)需要在這一技術(shù)的支持下建立正確的認(rèn)識，優(yōu)化利用資源，以尋找符合低碳設(shè)計的建筑設(shè)計。設(shè)計者應(yīng)考慮到多種因素的影響，并設(shè)計低碳綠色建筑以適應(yīng)當(dāng)代發(fā)展的需要。

7.1 體型設(shè)計

正確設(shè)計建筑形體有助于減少碳排放。在這一階段，整合后的建筑設(shè)計應(yīng)當(dāng)從低碳環(huán)境角度來理解。建筑規(guī)模與形體作為規(guī)劃的一部分，在不影響建筑的自然通風(fēng)的前提下優(yōu)化，以便更好保持溫度控制，有效降低建筑能耗，以期實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展以及實現(xiàn)綠色城市的目標(biāo)。由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候不同，建筑類型不同，建筑要求自然不同。設(shè)計者應(yīng)在設(shè)計過程中充分考慮到這一點，應(yīng)用低碳概念，改進設(shè)計水平，并從低碳角度將其作為確保建筑質(zhì)量和改善環(huán)境性能的重要手段。

7.2 空間設(shè)計

在建筑設(shè)計期間，空間設(shè)計成了人們關(guān)注的焦點。雖然建筑設(shè)計的空間設(shè)計充分考慮到人類的空間需要，但空間設(shè)計也可以更好地滲透到低碳概念。在設(shè)計空間設(shè)計過程中，設(shè)計者必須通過對空間的形成、大小和形狀進行必要的研究和比較，評估空間對人的日常生活的脆弱性和影響，同時考慮到環(huán)境、節(jié)能和減少能源需求，以便為所有人取得合理和有利可圖的結(jié)果。

7.3 材料設(shè)計

建筑材料對建筑工程的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，應(yīng)將低碳設(shè)計充分納入建筑材料的選擇，同時仔細(xì)評估項目成本投入與社會經(jīng)濟效益之間的聯(lián)系。

實施低碳建筑設(shè)計需要在設(shè)計階段充分吸收低碳概念，并保持低碳思維，以協(xié)調(diào)建材的配置。也就是說，建筑機構(gòu)應(yīng)考慮在經(jīng)濟、綠色、環(huán)境和低消費等原則的基礎(chǔ)上設(shè)計建筑材料，同時高度重視各種性能要求，例如材料的強度、有效性和穩(wěn)定性，并深入考慮選定材料對人民日常生活的影響。建筑材料的數(shù)量必須適當(dāng)，必須符合合理的經(jīng)濟原則。一些建筑材料受到外部因素的嚴(yán)重影響，如退化和損壞，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量。因此，在建筑材料的設(shè)計中，應(yīng)考慮到材料中可能發(fā)生的多種變化，以避免與部件部分接觸時材料損壞。在另一方面，應(yīng)注重建筑材料的儲存和保護。同時建筑可以將一些可回收利用的材料納入建筑設(shè)計，確保建筑材料的回收和資源的再循環(huán)。

8 結(jié)語

綜上所述，發(fā)展低碳綠色建筑是中國建筑業(yè)走上健康發(fā)展的必由之路，在科技高速發(fā)展的同時，設(shè)計理念也煥發(fā)生機，借助數(shù)字化工具，為中國建筑業(yè)低能耗、可持續(xù)、高質(zhì)量、節(jié)能減排奠定基礎(chǔ)。新時期的低碳綠色建筑理念，在提高人們居住水平的同時，降低能耗，減少碳排放，還能極大改善建筑內(nèi)部的舒適環(huán)境，真正達到人與自然的和諧共生。