高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用分析

張晨霞

(基準方中建筑設計股份有限公司太原分公司，山西 太原 030000)

目前，低碳設計理念正在逐步融入人們的日常生活，隨著建筑設計的發(fā)展，建筑低碳理念已然成為未來發(fā)展的趨勢[1]。低碳節(jié)能理念就是利用最低的能源，獲得最大的利益，同時也將對周圍的環(huán)境造成的損害和污染減到最低[2]。低碳建筑是指在建筑材料和裝置生產、施工制造以及在建筑物應用的全部生命周期內，降低使用化石燃料總量，以提升生產效率，并使CO2排放量有效降低。在全國CO2排放總額中，建筑所產CO2量幾乎超過了50%，這一比率已經大大超過了交通運輸與制造業(yè)等領域，所以為建筑節(jié)能減排是低碳節(jié)能中的重要一環(huán)。在推行綠色低碳的建筑設計理念的同時，還必須采用現(xiàn)代的科技手段，利用不同的資源，以增加使用效率，盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的影響，從而改善房屋的品質，為人們營造一個舒適的居住空間。

1 高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用概況

1.1 高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用情況

由于環(huán)境危機和能源危機的雙重影響，許多國家都在加速發(fā)展節(jié)能型住宅。21世紀，以可持續(xù)發(fā)展概念來界定的低碳住房，旨在為居民創(chuàng)造更美好的生活空間和生活方式[3]。目前，相關部門已發(fā)布《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，自2022年4月施行。針對國內建筑業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，對能耗水平要求不斷提高，明確了碳排放強度，加強高層住宅建筑設計對低碳節(jié)能理念的運用勢在必行。作為建筑師，應當重視在高層住宅建筑設計中低碳節(jié)能理念的運用，利用可再生的資源，采用節(jié)能建筑環(huán)保材料等相關措施，改善建筑質量，打造一個舒適的居住環(huán)境。

2 高層住宅建筑設計中低碳設計原則

2.1 生態(tài)原則

在建筑物的設計中，應當優(yōu)先考慮太陽光、地熱量等可再生資源，盡可能把建設余電和廢熱加以再利用；在人工照明中，盡可能多地引進自然光，就是在選用燈具和照明光源的過程中盡量考慮產品的耐久度和高效程度；在改變建筑的供熱環(huán)境的過程中，必須結合能源供應要求的實際需要，做好供冷、暖方面的可行性選擇；注重對房屋周圍的環(huán)境管理，保證房客在入住過程中陽光通風情況良好。

2.2 無公害原則

建筑材料的使用，是造成環(huán)境污染的一個主要原因。因此，在進行住宅建筑設計時，應從不同的建筑材料中選擇合適的材料，以達到改善節(jié)能效果的目的。在此期間，必須嚴格遵守無公害的方針，避免因污染而造成的危害，所選用的建材不能釋放諸如甲醛之類的致癌物。

2.3 節(jié)約美觀原則

首先，我國的可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴重的問題。要想減少建筑施工成本，提高建筑施工的環(huán)境效益，必須采用各種建筑施工方法，提高建筑施工的材料利用率，降低各種物料用量。其次，在低碳設計中也要注意審美的基本原理。建筑美學是居住建筑的主要組成部分之一。建筑師必須勇于突破傳統(tǒng)的建筑形式和方式，采用新穎的節(jié)能環(huán)保的設計理念，給人們帶來最好的視覺和心理上的享受。

3 高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用理念

3.1 利用可再生的資源

建筑師不僅要注重造型和設計，還要考慮到周圍的地質條件、氣候條件、水文條件等因素，利用各種先進的技術手段。高層建筑中利用可再生能源所使用的數量很少，且適應性也較差。因此能夠很簡單地使用地源熱泵、太陽能專用熱水等。但只有少數在裙房和少數樓層應用。大型高層建筑使用的可再生能源技術并非特別有利，但也可能少部分可以利用，而大中型高層建筑所能使用的可再生能源技術則包括。

1)裙樓屋頂使用的太陽能熱水系統(tǒng)：主要使用在商業(yè)辦公一類建筑物，其生活熱水供應量較小，因此可大大減少集熱板的鋪設。

2)地源熱泵技術：可根據樁基埋設土壤換熱器，可解決埋管鋪設面積不足的問題?？梢栽谌箻鞘褂?，或是使用于冷輻射吊頂。

3.2 采用節(jié)能環(huán)保建筑材料

3.2.1 環(huán)保墻體材料

目前市場上有一種新型A類不燃性無機活性墻體保溫材料，是一種環(huán)保節(jié)能的墻體保溫相變節(jié)能主產品，具有保溫、隔熱、防火、輕質、隔音、防水、抗裂、抗空鼓、抗脫落等多種性能。冬季可提高室內溫度6～10℃，夏季可降低室內溫度6～8℃。并達到國家節(jié)能75%的要求。

3.2.2 環(huán)保墻面裝飾

草壁紙、麻壁紙、紗壁布等產品具有保濕、驅蟲、保健等多種功能。防霉壁紙經過化學處理，消除了空氣潮濕或室內外溫差大時的發(fā)霉、起泡、發(fā)霉現(xiàn)象，表面柔軟，透氣性好。

3.2.3 環(huán)保管

與鍍鋅鋼管相比，環(huán)保型塑料給水管具有對人體無害、耐腐蝕、導熱系數低等優(yōu)點，受到人們的青睞。塑料金屬復合管是替代金屬管的高科技產品。它的內層和外層由高密度聚乙烯制成，中間層由鋁制成。它兼具塑料和金屬的優(yōu)異性能，不生銹，不污染環(huán)境。

3.2.4 環(huán)保涂料

海苔泥，是一類主要由海苔礦物所組成的粉狀裝飾水泥涂料，綠色無光污染，功能有呼吸調濕、吸聲減燥、墻面自潔、隔熱、降低光污染等多種功能。它是乳膠漆、壁紙等普通建筑材料無法比擬的，象征著建筑材料的發(fā)展。

3.2.5 環(huán)保照明

光導照明系統(tǒng)的工作原理是通過照明裝置收集室外自然光并引入系統(tǒng)。漫反射器經過光導裝置的強化和高效傳輸后，將自然光均勻地引入室內任何需要光線的地方。從黎明到黃昏，即使是雨天或陰天，照明系統(tǒng)引入房間的光線仍然非常充足。

節(jié)能環(huán)保建材行業(yè)具有很大的政策優(yōu)勢。目前，國務院和聯(lián)合國都在倡導綠色建材，并相繼出臺了相關優(yōu)惠政策。節(jié)能環(huán)保建材的原料來源廣泛，價格低廉。與傳統(tǒng)的原材料相比，不會出現(xiàn)斷貨和物流成本高的問題。節(jié)能環(huán)保建材價格便宜，但質量一點也不馬虎。使用壽命一般比傳統(tǒng)工藝要長，最重要的是不用擔心產品有什么不好的副作用。市場空間會越來越大。目前，大型房地產開發(fā)商越來越重視節(jié)能環(huán)保材料的供應和使用。需求供不應求，城市擴張、改造、農村發(fā)展都是市場開放空間。

4 高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用策略

在節(jié)能型住宅的設計與施工中，除了要大力推行節(jié)能、節(jié)能的施工材料外，還要考慮到該地區(qū)的氣候、地理環(huán)境等因素，確保住宅的規(guī)劃與設計的科學性與合理性，特別是采取適當的設計，為人們營造節(jié)能、舒適的生活環(huán)境，真正打造出低碳建筑項目。

4.1 建筑朝向

在低碳居住設計中，要對該地區(qū)的氣候和環(huán)境進行調研和研究，對當地的陽光狀況進行詳盡的了解，并對房屋的位置和方向進行適當的規(guī)劃，確保了所有的高層建筑都有充足的日照。為了確保建筑的朝向設計，在選擇居住時要充分考慮到周圍的環(huán)境因素，防止盲目增大房屋的體積，從而降低日照時間和光照的強度。在某一區(qū)域，即使是同一棟房屋，由于其朝向的差異，其日照和熱量損耗也各不相同，因此，在選擇房屋的方向時，必須考慮當地的氣候環(huán)境和日照條件。通過對區(qū)域的日照高度角度的分析，確定了日照聲的區(qū)域，確定了方向的合理，并適當增大了朝南的窗口。另外，向東和向北的窗子的面積也要相應地減小，這樣可以最大限度地利用太陽能。

4.2 建筑體型

在高層住宅建筑中，圍擋墻的能量損耗是相當大的，約占到了總能源消耗的25%，暴露在外的區(qū)域會增加其能源消耗。住宅的外形尺寸對它的暴露面積有很大的影響，而體積系數越大，它的能量消耗越大。由于圓錐體的圓周長度小，可以有效地減小暴露區(qū)域，因此，許多外國的高層建筑都是使用這種形式的。所以，在高層住宅的結構形式上，應該盡可能地簡化其外形形態(tài)，以降低能量損耗。

4.3 平面設計

4.3.1 平面開口設計

在高層住宅建筑中，其內部的空氣流通與整體的開放空間有著緊密的聯(lián)系。住宅建筑中的南向開放部位會對室內的通氣有很大的影響，所以應該提高其開放面的通透度；這樣就可以在房間里產生一股氣流。在南、北方向上，若有一條通道與其平行，在一條線上，可以使空氣呈線性的流向，其他的偏移方向上的流速相對較低。然而，以上結構形式雖然可以明顯提高穿堂空氣的強度，但其內部的空氣流動卻不均衡，從而會對室內的舒適性產生不利的作用；特別是在夏天，應該盡可能地保證房間里的空氣流通，這樣才能讓風能更好地促進室內的空氣流通。在平面位置，風向和進風口、出風口位置不能在同一軸上，這樣就可以在室內產生一個穩(wěn)定的空氣流動，從而使空氣在房間中的擴散和分布更加均勻。

4.3.2 平面體形設計

利用自然資源通風是實現(xiàn)節(jié)能的最佳方法，所以在設計建筑物朝向時應充分考慮到這一點，將建筑物大立面應面向夏季主導風向，小立面對著冬季主導風向，使建筑表面形成足夠的壓力差，以便在開啟窗戶后形成穿動氣流，可以有效改善室內空氣質量。

4.3.3 平面區(qū)域的合理劃分

在我國許多地區(qū)，居住建筑在夏天的時候會出現(xiàn)大量的能源消耗，為了降低室內的溫度，必須確保自然的通風，最大限度地降低空調機的能源消耗。室內隔板的平面布置方式會對室內的空氣流通有很大的影響[4]。

4.4 剖面設計

長期以來，人類始終把使用自然通風方式視為創(chuàng)造良好居室條件的重要手段。而建筑物內自然通風的獲得則大多依托于建筑設計平均風壓這一關鍵因素。風洞試驗結果表明，當風面向房屋所刮來時，在對房屋遮擋的作用下，就會在房屋迎風口一側產生正向壓強；與背風一側所造成的負壓強間的差額推動空氣流動，因而獲得一定的通風作用。

對大多數高層建筑來說，由于具有較長的通風路線，這樣所產生的空氣阻力也就比較大，因此單純地使用風壓以及熱壓并無法達到實際要求，而針對這些狀況，通常都會選用機械輔助式的自然通風系統(tǒng)，通過室內空氣循環(huán)途徑加上適當的壓縮空氣處理方法和機械輔助效果，達到高層建筑通風目的。

4.5 立面設計

首先，采用立面顏色設計。在高層住宅的外立面上，可以采取立體的綠色設計。例如，可以在墻體上設置種植臺、花架等，配合墻壁的裝飾，提高景觀的效果；還可以設置自動噴灑裝置，以形成綠籬，并在框架與墻壁之間的空氣相對而言較為潮濕；在提供良好的空氣流通環(huán)境的前提下，可以起到遮陰作用?？茖W合理地利用當地的自然環(huán)境和地理環(huán)境，能夠進一步確認高層建筑與各種外部因素之間的聯(lián)系，從建筑布置、建筑朝向、道路交通、相鄰建筑、綠化布置等方便展開設計分析，進一步提升高層建筑立面組織設計合理性。在進行方案設計時，應充分考慮城市周圍的環(huán)境，對高層建筑整體的造型、立面風格、色彩等進行科學規(guī)劃，使建筑整體風格與功能與城市的主環(huán)境協(xié)調一致。

其次，室外幕墻遮擋。夏天高溫會對高樓的遮擋效應產生很大的作用，因此，在外立面的設計中，宜選用遮陽部件，并充分利用其對室內的透氣效應，以防止太陽直接照射，防止大量的熱傳導進入到室內；并起到了墻壁的遮陽作用。因此，在高層建筑的外立面上，可以采取窗戶遮陽、陽臺遮陽等建筑形式的設計。

再次，豎向通風結構。自然通風對高層住宅的耗能有很大的影響，當其具有良好的自然通風性能時，可以將其排出體外，使其達到更好的居住環(huán)境。因此，在建筑設計中，在場地規(guī)劃、建筑布局、平面設計等方面，都要注重加強自然通風的導向，并在建筑的立面設計中加以強調，也可以采取導風的方式，例如在建筑的正面進行開口處理、設置導風器等[5]。

5 結語

綜上所述，過去在進行建筑設計時，過分強調居住空間的舒適性和美感，而忽視了對環(huán)境的保護。在我國住宅項目建設中，為了提高建筑的能源效率和環(huán)境保護效率，必須在高層住宅結構設計中引入低碳概念，以推動建筑業(yè)綠色發(fā)展。在實際的工程設計中，要按照節(jié)能減排的設計理念，不斷地進行建筑設計改造，并運用各種節(jié)能技術，提高施工品質，保證施工項目達到安全標準，推動施工企業(yè)朝著高質量發(fā)展。為此，必須大力推廣高層住宅建筑設計中對低碳節(jié)能理念的運用，加大環(huán)保建材的使用力度，為人們營造一個舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境。