關(guān)于在建筑工程設(shè)計中應用低碳理念的思考與研究

丁福峰

雄安城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 河北 容城 071700

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，低碳建筑、綠色建筑逐漸成為建筑領(lǐng)域中的主旋律，國家多次強調(diào)將低碳理念貫徹于建筑工程設(shè)計中，實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排等目的，保護自然環(huán)境、確保人們的身體健康。

1 低碳建筑簡述及建筑低碳設(shè)計的必要性

1.1 低碳建筑簡述

1.1.1 低碳

低碳意指較低的溫室氣體排放。在全球經(jīng)濟化背景下，工業(yè)迅速發(fā)展、人口提升，人們對資源的索求越來越大，同時由于社會發(fā)展及人們生活對資源消耗的不節(jié)制，使得生態(tài)環(huán)境面臨的問題愈加嚴重，二氧化碳的排放量劇增，臭氧層持續(xù)遭受著破壞，已對人們的正常生活產(chǎn)生了威脅，全球經(jīng)濟發(fā)展也因受到來自生態(tài)環(huán)境惡化的約束，而大打折扣[1]。

1.1.2 低碳建筑

低碳建筑指在建筑材料、設(shè)備制造、建筑物使用的整個生命周期內(nèi)，減少化石能源的使用，達到控制二氧化碳的目的，低碳建筑在當今時代中，已成為世界范圍內(nèi)的主流。

1.1.3 低碳建筑的價值

建筑是一個能源消耗主體，在消耗資源的同時會對環(huán)境造成影響。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)有50%的能源消耗于建筑，并且我們從自然界獲取的所有資源有50%以上也是應用于建筑及附屬設(shè)施。雖然道路、隧道等無法用綠色建筑來評價，但居住建筑、辦公建筑等對資源的利用是周而復始的。

建筑所產(chǎn)生的光污染、水污染等在環(huán)境污染中的總占比為1/3，而由人類制造的垃圾中，建筑垃圾占比為40%。對發(fā)展中國家來講，人口大量集中于城市，除對城市施加壓力外，也使城市的各項基礎(chǔ)設(shè)施面臨較大壓力，消耗的能源持續(xù)增加，而當前又面臨資源匱乏的困境，兩者間逐漸形成矛盾[2]。

1.2 建筑低碳設(shè)計的必要性

1.2.1 降低建筑能耗

大量的能源消耗已經(jīng)使建筑與時代發(fā)展出現(xiàn)不協(xié)調(diào)之處，而任何事物都需緊跟時代的發(fā)展腳步，否則便會被淘汰。因此，在能源匱乏背景下，低碳建筑誕生并快速出現(xiàn)于人們的視野中，低碳建筑可顯著降低建筑的能源消耗，有學者針對此進行過研究，將普通建筑與低碳建筑的能耗進行數(shù)據(jù)對比，研究結(jié)果顯示，普通建筑不論是在施工亦或者使用中，造成的能耗都比低碳建筑要高出30%，而造成的污染也比低碳建筑高出25%。這一數(shù)據(jù)的直觀比對，為低碳建筑的發(fā)展提供了助推力，將低碳理念貫穿于建筑設(shè)計中，科學管控能源與碳排放[3]。

1.2.2 建筑藝術(shù)設(shè)計的需求

在經(jīng)濟水平持續(xù)提高的時代背景下，人們對建筑的要求不再局限于質(zhì)量上，轉(zhuǎn)而在審美上提出了一系列的要求，而以往的建筑室內(nèi)外等各部設(shè)計都以商品化為原則，忽略了建筑本身的藝術(shù)性。而低碳設(shè)計卻強調(diào)要與環(huán)境融為一體，提高建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，建筑中往往有當?shù)匚幕L俗等內(nèi)容相關(guān)的設(shè)計，不僅提高了建筑本身的藝術(shù)性，同時也助推了地方建筑的發(fā)展。

1.2.3 響應綠色建設(shè)的號召

在物質(zhì)、精神都得到滿足的情況下，人們開始重點關(guān)注自己的身體健康，人們希望自己的家不會對自己身體產(chǎn)生負面影響，而低碳建設(shè)、綠色建設(shè)便是自身健康的一道保障。低碳理念風潮已在世界范圍內(nèi)流行了多年，在我國國內(nèi)也受到了較高的重視，并且在國家部分政策中可見低碳環(huán)保的影子，特別是國家在建筑方面的規(guī)劃，號召綠色建筑、低碳建筑，各建筑企業(yè)應當積極響應。建設(shè)設(shè)計人員要明白低碳設(shè)計的價值與必要性，將低碳環(huán)保、綠色建設(shè)落實于工程設(shè)計中[4]。

2 低碳理念在建筑工程設(shè)計中應用須遵守的原則

在社會持續(xù)發(fā)展背景下，各方對低碳的研究越發(fā)深入，低碳環(huán)保技術(shù)、機制等愈加成熟，但低碳理念應用于建筑中，需要遵守相應的原則，才能夠確保建筑低碳設(shè)計的合理性、科學性，形成高效能的低碳建筑。

2.1 確定建筑間距

對建筑而言，朝向與間距都能夠產(chǎn)生較大影響，比如建筑通風、采光等方面，與室內(nèi)體驗有直接關(guān)聯(lián)。合理實際的建筑間距，能夠保證室內(nèi)空間足夠的光照，而良好的通風設(shè)計，可在與一定程度上取代空調(diào)，合理確定間距的建筑便具備了節(jié)能的優(yōu)勢。

2.2 賦予建筑保溫能力

在我國建筑工程設(shè)計中，首先考慮的因素便是建筑的保溫能力。低碳理念在建筑設(shè)計中的進一步體現(xiàn)，即是令建筑具有保溫能力，這可大量減少建筑所消耗的資源。低碳理念應用于建筑保溫層設(shè)計中，第一步應當是選擇高質(zhì)量的材料，高質(zhì)量材料不僅保溫性比較高，并且有較強的穩(wěn)定性，可改善墻壁冷凝問題。另外，應當縮小窗戶的面積，在保證正常通風的前提下，避免冷空氣過多的涌入，對建筑保溫性提升有較大幫助[5]。

2.3 建筑形式設(shè)計

建筑本身便是一道亮麗的風景線，對建筑來講，進行降溫或提溫，都需要消耗大量的能源，以及排放二氧化碳，這加劇了全球氣候變暖。為此，應從建筑形式設(shè)計入手，提高建筑的降溫與提溫能力，控制碳排放。須根據(jù)工程項目實況及真實的形體數(shù)據(jù)，來確定建設(shè)方案，規(guī)范設(shè)計才可達到上述形式設(shè)計的效果。

3 低碳理念在建筑工程設(shè)計中的應用

3.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)是建筑穩(wěn)定的決定性因素，利用低碳理念更新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，在保證建筑節(jié)能的基礎(chǔ)上，控制建筑對環(huán)境的破壞、污染，因此推動建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對建筑而言十分關(guān)鍵。根據(jù)我國目前建筑工程施工現(xiàn)狀來看，工程結(jié)構(gòu)大多都是鋼筋混凝土，在施工中需要消耗大量的水泥、石料等不可再生資源，造成大量的資源浪費，與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。因此，在貫徹落實低碳理念時，應當綜合考慮資源的應用，以及環(huán)境保護，探究通過鋼結(jié)構(gòu)體系代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可能性。此外，建筑設(shè)計人員在設(shè)計中，應當對自然資源進行充分利用，比如利用太陽光滿足建筑采光要求，利用自然風滿足建筑通風要求等[6]。

3.2 建筑朝向設(shè)計

在建筑工程設(shè)計中，朝向設(shè)計也是重點內(nèi)容，這是為建筑提供充足通風與采光的前提，合理設(shè)計建筑朝向，保證建筑的通風與采光。建筑設(shè)計人員在設(shè)計中，須綜合考慮在不同季節(jié)中受到日照的時間與強度大小，之后根據(jù)太陽實際照射角度進行圖紙設(shè)計，并以該日影像圖作為基本方向來進行建筑位置與方位的設(shè)計。在建筑位置確定后，設(shè)計人員還需以獲取最大程度的太陽熱能來進行建筑朝向的設(shè)計，大多建筑都會選擇朝南坐北的建設(shè)方案，而開窗設(shè)計中，宜南面大開窗、北面小開窗，這種建設(shè)方式，能夠得到最大程度光照及最佳的通風效果。

3.3 持續(xù)優(yōu)化外墻技術(shù)

建筑外墻主要是指建筑圍護結(jié)構(gòu)部分，這同樣也是建筑中整體能源消耗最大的部分，對部分工程進行調(diào)查，得知這部分能源消耗占比平均能達到30%以上，因此，這部分施工是造成能源浪費的主要內(nèi)容。從目前建筑領(lǐng)域?qū)崨r來看，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依然是外墻建設(shè)的主流形式，雖然這一結(jié)構(gòu)有著較強的保溫性，但在實際應用中卻表現(xiàn)出短壽命的缺陷，對建筑質(zhì)量有較大的負面影響，特別是高層建筑，對其經(jīng)濟、安全等方面都存在嚴重影響。在這一結(jié)構(gòu)外，玻璃棉聚苯乙烯泡沫也是應用比較廣泛的保溫材料，它的缺陷在于抗震性比較差，這是局限了它進一步覆蓋的主要因素。此外，能夠?qū)ν鈮Y(jié)構(gòu)質(zhì)量形成影響的還有冷橋現(xiàn)象，在外墻設(shè)計中，設(shè)計人員應當在確保外墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量、保溫性外，給予冷橋現(xiàn)象足夠的重視，制定相應的策略進行預防[7]。

3.4 技術(shù)創(chuàng)新

推動技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)建設(shè)新工藝、新材料，深度貫徹低碳理念，發(fā)展綠色建筑。比如木結(jié)構(gòu)填充巖棉等技術(shù)，在低碳理念下，這些技術(shù)在建筑中得到了良好的應用，對控制建筑碳排放提供了較大幫助。并且，技術(shù)創(chuàng)新大多以當前存在的問題為研究對象，這有效提高了建設(shè)質(zhì)量，比如建筑水資源浪費問題，在得到社會高度重視后，建筑水循環(huán)系統(tǒng)被開發(fā)，從實際應用效果來看，這是實現(xiàn)水資源最大化利用的有效途徑。

3.5 控制照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)是建筑獲取光亮的重要途徑，在對照明系統(tǒng)進行設(shè)計時，應當盡可能選擇高效工具、低耗電器械，同時根據(jù)建筑布局，設(shè)計照明路線。照明系統(tǒng)的控制可選擇光控、聲控等趨于智能化的控制手段，盡可能控制能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

3.6 提高空間利用率

圍繞低碳理念展開建筑設(shè)計，可從建筑空間布局入手，提高空間的利用率，高效利用空間，減少建筑總體面積，尤其是大型居住建筑，若是能夠提高空間的利用率，就能在一定程度上控制住房的面積標準，進而降低建筑對能源的消耗，并且，這是建筑實現(xiàn)良性循環(huán)的可靠途徑，在增加建筑壽命的同時，減少了建筑產(chǎn)生的垃圾。

在建筑工程設(shè)計中，以低碳理念為基礎(chǔ)，盡可能提高空間利用率，縮減建筑面積總需求，控制建筑總面積，達到減少能耗的目的；從再生資源利用角度進行思考，此途徑可大量減少垃圾的產(chǎn)生，符合綠色建筑標準[8]。

3.7 加大對低碳材料的引進及應用力度

在建筑設(shè)計中，工程設(shè)計人員應當積極使用低碳材料，合理應用低碳材料能夠使建筑更加環(huán)保，對低碳理念在我國建筑領(lǐng)域中的發(fā)展有助推作用。我國建筑領(lǐng)域在進入新時代后得到了快速發(fā)展的契機，建筑類型越來越多、建筑質(zhì)量越來越高，而相對應的建筑材料也在不斷更新，各種新式建筑材料出現(xiàn)在市場上，在施工時可根據(jù)需求進行選擇，在低碳理念快速普及的背景下，低碳方向的材料研發(fā)工作也愈加活躍，甚至有部分建筑材料廠商設(shè)立有專門研究低碳材料的工作室、部門。目前的建筑材料市場中，已存在多類型的低碳材料，設(shè)計人員在建筑工程設(shè)計時，須提前對材料市場進行一定的調(diào)研，而后根據(jù)工程對質(zhì)量、性能等方面的要求，合理選擇低碳材料，保證工程設(shè)計的科學推進。

3.8 建筑和周邊生態(tài)的協(xié)調(diào)性

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)也進入新的發(fā)展階段，在低碳理念下，現(xiàn)代建筑應當注重與周邊生態(tài)的協(xié)調(diào)性，發(fā)揮城市的“面子”作用。在建筑工程低碳設(shè)計中，須實地考察周邊生態(tài)環(huán)境，盡可能實現(xiàn)人和資源的和諧共處，強化建筑性能、外觀和周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，避免在建筑施工中、在建筑后續(xù)使用中對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。若要達到這一目的，應在建筑選址的實地考察后，綜合生態(tài)環(huán)境、工程建設(shè)目標等條件進行考量，找到建筑和生態(tài)環(huán)境間存在的聯(lián)系，提高建筑與生態(tài)環(huán)境的契合度，保證建筑在施工、使用中都可以達到良好效果。

4 將建筑一體化設(shè)計和可再生能源技術(shù)相結(jié)合

4.1 光和熱建筑的一體化

能源已成為時代的焦點話題，新能源開發(fā)工作在世界各地都在緊密推進中，目前應用最廣泛、效果最佳的新能源便是太陽能，收集太陽能存儲為熱能形式，再進行利用是能源節(jié)制使用的可靠途徑。收集太陽能須使用集熱器——一種把太陽能變成熱能的重要設(shè)備。在光和熱建筑一體化設(shè)計中，主要內(nèi)容也是集熱器的設(shè)置，它可實現(xiàn)科學協(xié)調(diào)建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系，在集熱器安裝時，最佳位置應當是建筑向陽面，安裝操作相對比較簡單。

4.2 光伏建筑的一體化

光伏建筑，也是目前綠色建筑中常見的一種形式，把光伏和建筑合二為一，不僅控制了碳排放，同時也實現(xiàn)了節(jié)能。其工作模式為：首先把收集的太陽能通過設(shè)備轉(zhuǎn)換成直流電，而后通過轉(zhuǎn)換器調(diào)整交流電、直流電，最后供給人們的生活所需。另外，在光伏建筑中，選擇光伏組件雙面玻璃進行幕墻的設(shè)計，可顯著提高能源的吸收率[9]。

4.3 風能建筑的一體化

在節(jié)能減排建筑中，若從經(jīng)濟角度出發(fā)，效果最佳的是風能建筑。風能建筑一體化模式，可明顯降低成本，提高資源的利用率。就低于5KW的設(shè)備來講，在不同市場，同樣的設(shè)備有不同的價格，在選擇時須綜合考慮是否合適；而高于5KW,低于50KW的設(shè)備，重點在于是否能夠合理分配能源，這是風能建筑效能的決定因素。

4.4 碳補償方式

目前，節(jié)能減排和低碳環(huán)保理念都已有一定的發(fā)展歷程，在建筑中貫徹這兩個理念，能夠有效控制能源消耗，并提高資源的利用率。碳補償也稱為碳中和，碳補償被認為是在清潔發(fā)展計劃后的，能夠有效控制碳排放的一個約束機制。

5 總結(jié)

綜上所述，本文闡述了低碳建筑及低碳設(shè)計的必要性，而后客觀分析了建筑工程低碳設(shè)計須遵守的原則，建筑設(shè)計人員須從優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)、建筑朝向設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、提高空間利用率等入手展開低碳設(shè)計，最后闡述了將建筑一體化設(shè)計和可再生能源技術(shù)相結(jié)合落實于實際設(shè)計中，推動建筑工程設(shè)計的低碳發(fā)展。