低碳概念下的建筑設(shè)計(jì)要求與策略研究

姜漢 宋雪松 梁述凱 田端升

同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 山東 濟(jì)南 250101

引言

在國民經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，建筑行業(yè)需要實(shí)現(xiàn)由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)變，這就要求行業(yè)內(nèi)的各建筑企業(yè)將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)中，提升建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量。對此，有必要意識到低碳概念的重要性，以低碳概念對建筑設(shè)計(jì)的全新要求為導(dǎo)向，立足建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，在低碳概念的指導(dǎo)下提升建筑設(shè)計(jì)水平與質(zhì)量。

1 低碳概念概述

1.1 低碳概念內(nèi)涵

低碳概念主要指人類的生產(chǎn)生活行為應(yīng)當(dāng)盡量減少碳排放量，推進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、低碳能源技術(shù)和綠色清潔能源在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，有效應(yīng)對全球變暖的現(xiàn)狀。在低碳概念的指導(dǎo)下，綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新方向，其中，低碳概念對建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用，是推動建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的重要理念。

在建筑行業(yè)中，將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)可以有效提升各類資源的利用效率，降低建筑物的能耗，減少建筑垃圾排放，提升建筑物的綠色性能。同時(shí)，在低碳概念的指導(dǎo)下，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)力求實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和清潔能源的高效應(yīng)用，例如，充分利用風(fēng)能、太陽能等清潔能源為建筑物供能，有效減少建筑物對傳統(tǒng)能源的消耗[1]。

1.2 低碳概念對于建筑設(shè)計(jì)的意義

在低碳概念指導(dǎo)下開展建筑設(shè)計(jì)，從經(jīng)濟(jì)效益角度來看，可以降低建筑物能耗，降低建筑施工所需能源，同時(shí)，在建筑物投入使用以后，可以有效降低建筑物運(yùn)行的能耗，因此可以有效降低施工成本和運(yùn)行維護(hù)成本，減少建筑企業(yè)和業(yè)主的資金支出。從生態(tài)效益的角度來看，將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)可以有效減少施工期間的廢棄物排放量，保護(hù)施工區(qū)域周圍環(huán)境，避免出現(xiàn)環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題。從社會效益角度來看，低碳建筑設(shè)計(jì)有助于為業(yè)主打造宜居宜業(yè)的居住環(huán)境，使業(yè)主安心生活、全心工作，對于社會穩(wěn)定發(fā)展具有一定的積極意義。因此，將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)具有經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)三方面效益，而且可以實(shí)現(xiàn)三方面效益的深度融合。

此外，將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)對于建筑企業(yè)的設(shè)計(jì)能力提出更高要求，但這同樣是建筑企業(yè)轉(zhuǎn)變建筑設(shè)計(jì)理念、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重要契機(jī)，因此，將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)，可以督促建筑企業(yè)不斷提升自身的建筑設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

2 低碳概念對于建筑設(shè)計(jì)提出的新要求

低碳概念不僅對建筑設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義，而且對于建筑設(shè)計(jì)提出了更高的新要求，具體而言，低碳概念對于建筑設(shè)計(jì)的要求主要體現(xiàn)在以下三方面。

一是建筑設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)低碳效益和建筑美學(xué)的統(tǒng)一。在低碳概念的指導(dǎo)下，建筑設(shè)計(jì)不僅要滿足節(jié)能環(huán)保要求，降低建筑物能耗和碳排放量，更要符合人們對于建筑美學(xué)的追求，在建筑設(shè)計(jì)期間融入現(xiàn)代元素，提升建筑物的美觀程度，使人們感受到建筑物的現(xiàn)代之美。

二是建筑設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與環(huán)境友好。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)期間，部分建筑企業(yè)或建筑設(shè)計(jì)人員忽視了環(huán)境友好需求，導(dǎo)致建筑施工以及投入使用以后產(chǎn)生較多的環(huán)境污染，破壞建筑物周圍的生態(tài)環(huán)境，甚至導(dǎo)致生物多樣性下降。與之相對的，低碳概念則要求建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的基礎(chǔ)上滿足環(huán)境友好的需求，確保建筑物能夠與周圍環(huán)境融為一體。

三是建筑設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)宜居宜業(yè)。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)對周圍環(huán)境影響較為明顯，導(dǎo)致宜居程度下降，而且部分商用建筑周圍環(huán)境較差，未能達(dá)到宜業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而低碳概念則要求建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足宜居宜業(yè)需求。一方面，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采取低碳材料、綠色材料，避免出現(xiàn)甲醛污染、氨污染、苯污染等，保護(hù)人們的身體健康；另一方面，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采取節(jié)能結(jié)構(gòu)，在節(jié)約能源的同時(shí)提升人們的居住體驗(yàn)、使用體驗(yàn)。

3 低碳概念下建筑設(shè)計(jì)策略分析

3.1 立足區(qū)域自然條件與建筑選址開展建筑設(shè)計(jì)

中國傳統(tǒng)建筑思想中的“天人合一”理念為低碳概念下的建筑設(shè)計(jì)提供了可行思路，“天人合一”的本質(zhì)在于人與自然和諧相處，強(qiáng)調(diào)建筑物應(yīng)當(dāng)適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，尤其是需要適應(yīng)氣候條件和水文條件。例如，古代江南地區(qū)建筑物多設(shè)有天井，既能方便采光，又能具備良好的排水效果，提升建筑物的觀賞性，而且天井可以促進(jìn)建筑物熱量循環(huán)，達(dá)到冬暖夏涼的效果。結(jié)合上述建筑設(shè)計(jì)案例，在將低碳概念融入建筑設(shè)計(jì)的過程中，建筑企業(yè)或設(shè)計(jì)人員也應(yīng)當(dāng)立足當(dāng)?shù)刈匀粭l件，并做好建筑選址工作，提升建筑物的環(huán)保性能，確保建筑物能夠?qū)崿F(xiàn)宜居宜業(yè)。

在建筑設(shè)計(jì)開展之前，建筑企業(yè)需要做好自然條件勘測工作，聯(lián)系當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門，獲取當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料、水文資料，初步判斷當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，如我國南方地區(qū)多為熱帶或亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水充沛，在建筑設(shè)計(jì)期就需要注意排水、防滲水問題，而北方地區(qū)多為溫帶季風(fēng)氣候或溫帶大陸性氣候，建筑設(shè)計(jì)需要考慮室內(nèi)外隔熱問題，采取隔熱結(jié)構(gòu)、選用隔熱材料，確保建筑物內(nèi)部能夠做到冬暖夏涼，降低建筑物能耗和碳排放。因此，全面掌握建筑項(xiàng)目所在區(qū)域的自然條件是至關(guān)重要的一步，直接關(guān)系后續(xù)的建筑設(shè)計(jì)是否具有合理性、可行性[2]。

此外，建筑企業(yè)需要根據(jù)建筑選址開展建筑設(shè)計(jì)活動，例如，建筑項(xiàng)目周圍存在水體，就可以考慮借助周圍水體促進(jìn)熱量循環(huán)，保持熱量平衡，降低夏季制冷和冬季采暖所消耗的能源，使建筑設(shè)計(jì)契合低碳概念，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3.2 選用綠色建筑材料，提升建筑物環(huán)保性能

隨著我國材料科學(xué)的發(fā)展，各類綠色建材、節(jié)能建材不斷涌現(xiàn)，在此背景下，建筑企業(yè)及設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)推進(jìn)綠色節(jié)能建材在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，一方面可以避免傳統(tǒng)的人造板材揮發(fā)有毒有害物質(zhì)，另一方面也可以借助綠色節(jié)能建材降低建筑物能耗問題。例如，企業(yè)將隔熱玻璃應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，可以有效降低室內(nèi)外熱量交換，確保建筑物室內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)冬暖夏涼。在建筑設(shè)計(jì)期間，建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)減少水泥、人造板等傳統(tǒng)建材的使用，其中，水泥是典型的高耗能、高污染建材，水泥的生產(chǎn)需要消耗大量的能源，造成嚴(yán)重的空氣污染，而人造板的生產(chǎn)則使用大量的化學(xué)試劑，部分化學(xué)試劑易揮發(fā)且有害，會損害人體健康。同時(shí)，水泥和人造板的隔熱性能差，需要耗費(fèi)更多的電能來制冷或取暖，不符合節(jié)能減排要求，也與低碳概念不符。對此，建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)盡可能增加綠色節(jié)能建材的使用，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和建筑需求，提升建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能性能。例如，西班牙建筑師雷蒙在考慮西班牙當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)“竹屋”，由于西班牙地處溫帶海洋氣候區(qū)，全年溫和多雨，降水量分布均勻，這就要求建筑物需要具備一定的排水性能，而雷蒙多在考慮這一需求的基礎(chǔ)上利用當(dāng)?shù)刂褡幼鳛橹匾慕ㄖ牧希噍^于傳統(tǒng)的建筑物，“竹屋”的維修與養(yǎng)護(hù)也更為方便。再如，我國黃土高原地區(qū)部分小型民用建筑直接取材當(dāng)?shù)攸S土材料制作黃土磚，并加入麥草、蘆葦?shù)戎参锊牧显鰪?qiáng)黃土磚韌性，制作方便而且減少環(huán)境污染，也充分利用農(nóng)作物秸稈，避免當(dāng)?shù)剞r(nóng)民隨意焚燒秸稈造成環(huán)境污染。

3.3 推進(jìn)節(jié)能系統(tǒng)、節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在我國建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下，許多綠色節(jié)能技術(shù)以及先進(jìn)的節(jié)能系統(tǒng)被應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，如建筑保溫系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、建筑隔熱系統(tǒng)等，而且部分性能先進(jìn)的保溫材料也獲得了廣泛應(yīng)用。例如，建筑企業(yè)可以推進(jìn)照明節(jié)能技術(shù)、屋頂綠化技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。照明節(jié)能技術(shù)主要利用濾光器收集陽光，經(jīng)過特殊處理后，使陽光可以用于室內(nèi)照明，可以有效減少照明所需能耗。同時(shí)，相較于人造光源，處理后的陽光更符合人體視覺系統(tǒng)對于光線的需求，能夠減少光線對于人們視力的損傷。再如，在工程施工期間，施工單位可以將光電幕墻應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，收集自然光源以應(yīng)用于室內(nèi)照明，可以保障室內(nèi)正常采光，確保施工人員能夠獲取充足光線，推進(jìn)施工活動有序進(jìn)行，降低施工能耗。但照明節(jié)能技術(shù)也有局限性，在夜晚或陰雨天氣無法發(fā)揮作用。屋頂綠化技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，屋頂綠化技術(shù)可以有效避免建筑物出現(xiàn)滲水、漏水的情況，而且屋頂綠化技術(shù)會在建筑物頂層種植一定的綠色植被，可以有效降低建筑物內(nèi)外溫差、晝夜溫差，但屋頂綠化技術(shù)的應(yīng)用對于建筑物的屋頂承重能力具有較高要求。

除了節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用以外，建筑企業(yè)需要推進(jìn)節(jié)能系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)對建筑物內(nèi)部的能源系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，例如，在冬天取暖時(shí)，人工智能技術(shù)可以通過傳感器監(jiān)測建筑物內(nèi)部溫度，當(dāng)建筑室內(nèi)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以后，人工智能技術(shù)控制能源系統(tǒng)對取暖設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，使其進(jìn)入低功耗狀態(tài)，有效降低建筑能耗，確保建筑達(dá)到低碳環(huán)保效果。

3.4 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，提升建筑節(jié)能效果

建筑結(jié)構(gòu)對于建筑物的保溫節(jié)能效果具有直接影響，為了提升建筑物的節(jié)能性能，契合低碳概念，企業(yè)在建筑設(shè)計(jì)期間應(yīng)當(dāng)主動優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，提升建筑空間的利用效率，同時(shí)借助墻體構(gòu)造平衡室內(nèi)外熱量循環(huán)。例如，在非承重圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員需要在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的前提下，根據(jù)建筑物的節(jié)能需求，采取部分節(jié)能材料、隔熱材料提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能性能，具體而言，企業(yè)可以采取加氣混凝土砌塊，降低墻體導(dǎo)熱系數(shù)，并且借助隔熱棉隔絕內(nèi)外熱量，阻斷內(nèi)外熱量交換，從而在建筑設(shè)計(jì)方面充分體現(xiàn)綠色理念、低碳理念。再如，建筑企業(yè)需要做好建筑外形設(shè)計(jì)，控制建筑物的體形系數(shù)，有效降低建筑物能耗，一般而言，建筑物體形系數(shù)控制在0.35以下時(shí)，建筑物的能耗會大大降低，而每增加0.1，建筑物的能耗指數(shù)就會增加0.48～0.52w/m2，因此，控制體形系數(shù)、避免過多的凹凸變化，也是提升建筑物節(jié)能效果的重要手段，而且可以有效提升建筑物的美觀程度，帶給人們更高的審美體驗(yàn)。此外，在建筑設(shè)計(jì)期間，建筑企業(yè)可以充分利用自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，帶動建筑物內(nèi)部的熱量交換，例如，建筑物大立面應(yīng)當(dāng)面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，而小立面則面向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，可以增大建筑表面壓力差，形成強(qiáng)勁的氣流，帶動熱量循環(huán)。

3.5 推進(jìn)建材循環(huán)利用，提升可再生能源利用率

在建筑設(shè)計(jì)期間，企業(yè)應(yīng)當(dāng)推進(jìn)建材的循環(huán)利用，從而減少建筑垃圾產(chǎn)生，提升建筑物的綠色環(huán)保性能，使建筑設(shè)計(jì)符合低碳理念。在廢棄建筑材料中，金屬、玻璃、紙板、塑料制品和竹木材料都可用于回收利用，瀝青殘?jiān)梢宰鳛殇伮凡牧?，而混凝土碎塊則可以破碎以后重新制為混凝土骨料，通過建材回收利用，可以有效減少固體廢棄物，而且提升經(jīng)濟(jì)效益。需要注意的是，部分廢舊材料具有一定的毒害性，需要工作人員仔細(xì)篩選，避免毒害材料直接循環(huán)利用，而應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行無害化處理，隨后再決定是否用于循環(huán)利用。此外，在建材循環(huán)利用期間，必須做好建材分類工作，避免不同類型的廢舊建材混淆。

建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)提升可再生資源利用率，如太陽能、風(fēng)能等常見的清潔能源，在建筑設(shè)計(jì)方面，最常見的清潔能源當(dāng)屬太陽能，建筑企業(yè)可以在建筑物頂層或表面設(shè)置太陽能板，通過太陽能發(fā)電為建筑物提供電能，按照這一建筑設(shè)計(jì)理念，不論是建筑施工還是投入使用，都可以在太陽能的幫助下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提升建筑的低碳性能。此外，建筑企業(yè)可以在部分建筑物頂層設(shè)置小型風(fēng)電設(shè)備，充分利用風(fēng)能發(fā)電，也是將低碳理念融入建筑設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)[3]。

4 結(jié)束語

當(dāng)前社會，低碳發(fā)展越來越受到重視，而且低碳概念對于建筑設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用，在未來的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，建筑企業(yè)、設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分把握建筑設(shè)計(jì)的新要求，立足區(qū)域自然條件開展建筑設(shè)計(jì)，推進(jìn)節(jié)能材料、節(jié)能技術(shù)和節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用，主動優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，做到廢棄建材循環(huán)利用，增加太陽能、風(fēng)能等可再生能源利用率，多措并舉推動低碳概念在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。