低碳理念融入建筑設(shè)計工作的路徑分析

文／郭蘭乾 通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司 廣東深圳 518129

引言：

隨著人們環(huán)保意識的逐漸提高，低碳環(huán)保理念已經(jīng)成為大眾廣泛關(guān)注的重點話題，并且向各行各業(yè)延伸，尤其是建筑行業(yè)。怎樣將“低碳”理念與建筑設(shè)計融為一體，實現(xiàn)節(jié)約能耗，控制污染物排放，降低工程建設(shè)對周邊環(huán)境造成的不良影響，是建筑設(shè)計亟需解決的主要問題。為了符合低碳、綠色、環(huán)保的發(fā)展需求，設(shè)計人員應(yīng)該加大環(huán)保材料的應(yīng)用力度，將低碳理念作為核心，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制能源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，確保建筑設(shè)計目標(biāo)與低碳理念保持一致。

1.建筑設(shè)計納入低碳理念的重要性

能源消耗過度，加之大氣污染越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致全球氣候變暖，極端天氣頻發(fā)，南北極冰川也出現(xiàn)融化跡象，引發(fā)全球關(guān)注，各個國家開始通過規(guī)劃碳排放以促進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”理念的落實?！笆奈逵媱潯敝?，我國提出“國家生態(tài)文明建設(shè)新進(jìn)步”的主要目標(biāo)，并做出2030 年以前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年以前實現(xiàn)碳中和的承諾。氣候越來越惡劣，使得社會發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，成為全人類需要解決的環(huán)境問題，建筑行業(yè)則成為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以，建筑規(guī)劃及后期設(shè)計過程中，應(yīng)該充分融合低碳理念，強化本行業(yè)內(nèi)的低碳環(huán)保觀念，由思想意識層面做出轉(zhuǎn)變，將低碳理念作為行業(yè)發(fā)展的核心，在所有環(huán)節(jié)貫徹落實，關(guān)注長遠(yuǎn)利益，以發(fā)展的眼光看待問題。中國建筑節(jié)能協(xié)會于《2022 年中國建筑能耗與碳排放研究報告》中提交的數(shù)據(jù)信息顯示，僅2020 年全國建筑全過程的碳排放已經(jīng)達(dá)到50.8 億噸以上，并且已經(jīng)超過全國碳排放量的一半以上[1]。所以，由低碳環(huán)保視角出發(fā)，建筑行業(yè)若想實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展目標(biāo)，優(yōu)化規(guī)劃方案及完善設(shè)計圖紙是其中的關(guān)鍵所在。作為建筑設(shè)計人員，應(yīng)該深入了解國家現(xiàn)行環(huán)保政策，加大環(huán)保技術(shù)的推廣力度，在建筑規(guī)劃設(shè)計理念中結(jié)合低碳設(shè)計及節(jié)能環(huán)保思想，為建筑行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

2.基于低碳節(jié)能理念下的建筑設(shè)計技術(shù)

2.1 地源熱泵技術(shù)

隨著季節(jié)更迭，個別地區(qū)的室外溫度也隨之變化，與室內(nèi)形成明顯的溫差，但地表淺層溫度始終保持在同一水平。地源熱泵技術(shù)則利用淺層地?zé)?，借助熱泵設(shè)備產(chǎn)生低品位熱源，滿足建筑制熱及制冷需求。此項技術(shù)不僅可以降低電能消耗，同時可以將低品位淺層地?zé)徂D(zhuǎn)化為高品位的空調(diào)循環(huán)水，冬季寒冷季節(jié)提取低下淺層地?zé)釋崿F(xiàn)建筑供暖，而炎熱的夏季則可以將熱量從建筑中提取出來并向地下釋放，實現(xiàn)制冷。

2.2 屋頂節(jié)能利用技術(shù)

于建筑物本身而言，屋頂直接接觸自然環(huán)境，受到風(fēng)霜雨雪洗禮，因此設(shè)計過程中，可以考慮利用自然優(yōu)勢，提高建筑物本身節(jié)能降碳效果。如在屋頂增加通風(fēng)空氣間層，利用空氣流動作用將多余的熱量排放出去，滿足降低屋頂溫度的要求；夏天氣候炎熱地區(qū)，可在屋頂涂刷具有反射作用的涂料，或者利用具有隔熱作用的建筑材料，用以降低屋頂溫度[2]。另外，屋面種植技術(shù)同樣可以起到降低屋頂溫度的作用，最大程度上控制城市熱島效應(yīng)。

2.3 門窗節(jié)能

設(shè)計建筑物門窗部分時，應(yīng)該堅持節(jié)能理念，從降低太陽輻射出發(fā)，控制熱量傳遞范圍，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，為節(jié)能環(huán)保理念打下基礎(chǔ)。陽光照射進(jìn)建筑內(nèi)部通常需要由窗戶進(jìn)入，設(shè)計過程中，可通過遮陽處理的方式減少陽光照射，減低輻射傳熱。窗戶主要包含鑲嵌材料、窗戶框架以及扇形材料等部分，選擇材料時可將窗戶基本結(jié)構(gòu)作為根據(jù)，將節(jié)能材質(zhì)作為主要目標(biāo)。最常見的節(jié)能材料有塑鋼及隔熱鋁合金者兩種，結(jié)合中空玻璃以及具有熱反射作用的玻璃材質(zhì)，有效隔絕太陽光帶來的熱輻射。另外，玻璃窗密封過程中，可以利用具有良好密封作用的材料來控制滲透量，從而實現(xiàn)保暖、隔熱的目的，在保證采暖需求的同時減低能源消耗。

3.低碳理念下的建筑設(shè)計存在的問題

建筑設(shè)計中融入低碳環(huán)保理念已經(jīng)獲得一定效果，但由整體目標(biāo)而言，仍需要強化環(huán)保理念的落實，推動環(huán)保建筑材料大范圍普及應(yīng)用，持續(xù)針對節(jié)能技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。建筑設(shè)計與低碳理念相結(jié)合，是將減少碳排放作為主要目標(biāo)，用以滿足環(huán)保需求，達(dá)到低碳建筑設(shè)計要求。以上發(fā)展目標(biāo)均需要通過優(yōu)化低碳建筑設(shè)計體系完成。但現(xiàn)階段國內(nèi)仍不具備完善的低碳建筑設(shè)計體系，需要加強新型施工技術(shù)、清潔能源及環(huán)保建材的研究及應(yīng)用。與此同時，建筑環(huán)境及空間設(shè)計層面，存在諸多不足之處，因為成本居高不下，使得當(dāng)前的設(shè)計理念無法滿足建筑發(fā)展需求，從而對低碳技術(shù)應(yīng)用造成一定限制[3]。大部分建筑單位對于建筑設(shè)計結(jié)合低碳環(huán)保理念的重要價值缺乏了解，因此設(shè)計過程中，通常會將建筑物的使用性能及外觀審美作為核心，而沒有在設(shè)計方案中體現(xiàn)低碳、環(huán)保、節(jié)能理念，不但導(dǎo)致建筑物使用性能背離設(shè)計初衷，并且降低了應(yīng)有的節(jié)能作用。此外，很多施工單位在工程建設(shè)過程中過度重視經(jīng)濟(jì)效益，大幅度壓縮成本支出，而忽略了低碳設(shè)計需求，導(dǎo)致低碳環(huán)保理念無法通過建筑施工得到充分體現(xiàn)。實際施工過程中，為了保證建筑設(shè)計能夠與低碳理念保持一致，設(shè)計人員應(yīng)該在整個施工環(huán)節(jié)中起到監(jiān)督作用，及時針對設(shè)計流程中的不足之處進(jìn)行優(yōu)化與完善，為低碳理念與建筑設(shè)計的結(jié)合提供保障。

4.低碳理念下建筑設(shè)計有效策略

4.1 優(yōu)化設(shè)計

4.1.1 建筑空間布局

低碳建筑最初規(guī)劃階段，保持空間最大利用率，能夠縮小建筑面積需求。設(shè)計人員對建筑空間進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計過程中，應(yīng)對空間利用情況加以重視，通過擴(kuò)大利用空間控制總建筑面積，從而降低施工階段的能源消耗。保持建筑選址合理性的同時，對周圍區(qū)域氣候環(huán)境進(jìn)行實地勘驗，合理布局建筑空間，有利于構(gòu)建微型氣候。充分考慮低碳建筑技術(shù)要求及環(huán)保特征的情況下，合理規(guī)劃設(shè)計外部空間，諸如栽種適宜的花草及樹木，提高綠植覆蓋率，不僅能夠起到遮光的作用，同時具有一定降噪和防塵的價值，可以使內(nèi)部環(huán)境得到改善。綠色植被與建筑本身相輔相成，建筑群體形成天然的空氣濾過系統(tǒng)，變成了“會呼吸的房子”，使得自然環(huán)境與周圍建筑融合一體。借助建筑區(qū)域相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，明確建筑物體型、外觀及朝向，合理設(shè)計建筑物形體結(jié)構(gòu)，可以使自然光及自然風(fēng)得到有效利用，最大程度上降低使用過程中的能源消耗。布局建筑物的外部空間時，可以在設(shè)計公共空間過程中融入低碳建筑設(shè)計理念，從而使其合理過渡至建筑內(nèi)部空間，在建筑周圍環(huán)境中構(gòu)建可調(diào)節(jié)的氣候緩沖帶，確保建筑物內(nèi)外環(huán)境保持平衡狀態(tài)。

4.1.2 建筑場地設(shè)計

設(shè)計建筑場地過程中，需要考慮建筑區(qū)域地質(zhì)環(huán)境及地貌特征，保證規(guī)劃設(shè)計的合理性。在此期間，將低碳建筑設(shè)計理念作為基礎(chǔ)，科學(xué)控制場地現(xiàn)有資源。設(shè)計施工場地時，結(jié)合原始地貌特征，考慮建筑場地的自然環(huán)境，有效控制施工階段的土石方量，保證資源利用與建筑設(shè)計要求相符，使建筑場地與外部空間布局保持一致。例如，結(jié)合場地原有的高低落差，合理控制建筑群之間日照間距，充分發(fā)揮自然資源及地形優(yōu)勢，滿足建筑低碳設(shè)計需求。

4.1.3 建筑內(nèi)部設(shè)計

建筑設(shè)計過程中充分融合低碳設(shè)計理念，優(yōu)化建筑內(nèi)部設(shè)計。如建筑照明及內(nèi)部通風(fēng)，為了降低建筑物使用期間的能源消耗及浪費，可以充分利用自然光，重視自然風(fēng)的有效利用，保證室內(nèi)空間通風(fēng)良好[4]。由設(shè)計層面而言，可通過調(diào)整內(nèi)部朝向或者更改窗戶外形等方式，使自然風(fēng)及自然光得到有效利用。建筑設(shè)計過程中，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理念及方法，能夠幫助用戶控制用于照明及通風(fēng)的支出，最大程度上提升低碳建筑設(shè)計應(yīng)有的價值。

4.1.4 體型設(shè)計

合理設(shè)計建筑物體型，能夠控制碳排放，同時也是落實低碳設(shè)計理念的主要途徑。在建筑形態(tài)設(shè)計中結(jié)合低碳設(shè)計理念，能夠使建筑形態(tài)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，降低對周邊自然條件的影響程度，如自然風(fēng)及自然光等，有利于溫度控制，從而避免建筑使用過程中的能源浪費，促進(jìn)長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)[5]。我國各個地區(qū)氣候特征存在明顯差異，因此設(shè)計建筑風(fēng)格時應(yīng)考慮氣候環(huán)境，優(yōu)化設(shè)計方案，基于低碳設(shè)計理念，為建設(shè)綠色、低碳、環(huán)保建筑提供重要基礎(chǔ)。

4.1.5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑設(shè)計過程中，無論外墻保溫、室內(nèi)外洞口密封，或是門窗材料及屋面處理，均應(yīng)考慮氣密性，防止室內(nèi)失溫。如設(shè)計建筑外墻時，在確保隔熱保溫性能良好的同時，需要注意室內(nèi)相對濕度，有效隔絕內(nèi)外熱量，減少能源消耗。其中以石墨聚苯板、真空絕緣板、擠塑聚苯板、氣凝膠絕熱板以及發(fā)泡聚氨酯和硬泡聚氨酯最為常見，或者可以應(yīng)用熱固性改性EPS 和巖棉板，能夠起到良好的平衡熱能的作用；窗戶部分，可采用雙中空設(shè)計，窗框材料選擇鋁木組合的方式，以下框為基礎(chǔ)，通鋪隔熱墊塊，與窗臺板和內(nèi)墻銜接抹灰的位置，增加防水隔汽膜和熱鍍鋅角鋼，用以延緩熱量擴(kuò)散；屋面施工環(huán)節(jié)中，可以直接在底層防水卷材上粘貼保溫材料[6]。采用由下向上的操作流程，選擇規(guī)格為LC6.0 輕、最薄30 厚的集料混凝土找坡，在冷底子油上鋪設(shè)1.2 厚耐堿鋁箔面層玻纖胎自粘性改性瀝青隔汽卷材，然后鋪保溫板，增加3 厚PE 面玻纖胎改性瀝青自粘防水卷材，鋪4 厚PE 面玻纖加強聚酯胎改性瀝青防水卷材，之后用26 厚粗砂做墊層，最后處理面層?；蛘卟捎弥参镂菝嬉约疤柲芪菝妫岣呙鎸颖胤浪阅?，避免冷熱空氣過度滲透，為使用者創(chuàng)造舒適的室內(nèi)空間；封堵建筑孔洞時，可以分別在套管外包裹防水隔汽膜、耐堿玻纖網(wǎng)以及專業(yè)管道保溫棉，在室外交界的墻體位置可以填充巖棉，外墻保溫一體板銜接位置可以利用預(yù)壓膨脹密封帶或者硅酮密封膠進(jìn)行處理，保證建筑密封性良好。

4.2 使用具有環(huán)保效果的綠色建筑材料

使用綠色建材能夠在最大程度上降低能源消耗，控制污染程度。當(dāng)前，國內(nèi)綠色建材種類不斷豐富，設(shè)計人員應(yīng)該充分發(fā)揮綠色建材價值，擴(kuò)大綠色建材使用范圍，重視材料類型及用途，由材料本身節(jié)能性、毒害性以及環(huán)保性等多個層面出發(fā)，科學(xué)選擇建材種類[7]。堅持綠色環(huán)保理念，同時需要考慮對人體健康的損害程度，盡可能應(yīng)用天然材料，如情況允許，可以選擇通過技術(shù)加工處理以及毒性低的建筑材料，將國家相關(guān)檢驗標(biāo)準(zhǔn)作為根據(jù)，合理選擇建筑材料?，F(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用的綠色建材主要包含以下幾種：

4.2.1 防水涂料

其中以聚合物水泥最為常見，尤其用于潮濕基面，能夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，提高拉伸強度。其次，可以選擇質(zhì)檢合格的乳膠漆，能夠提升墻體保護(hù)性能，體現(xiàn)材料本身的環(huán)保價值。

4.2.2 密封材料

以硅酮類密封膏最為常見，由于種類豐富，并且具有良好的粘結(jié)性，可應(yīng)用于不同的施工場合，如陶瓷面密封、玻璃密封以及墻壁密封等。另外，烯酸酯類密封材料，無論密封性能或是粘結(jié)性能，均可滿足現(xiàn)代建筑施工的工藝需求，因此廣泛應(yīng)用于外墻板縫或者含水周期長的建筑修復(fù)工藝中。

4.2.3 巖棉材料

巖棉材料具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)及優(yōu)良的隔熱性能，所以在外墻施工中的應(yīng)用最為廣泛。另外，水泥聚苯板或者玻璃棉同樣屬于環(huán)保性巖棉材料。

4.2.4 頂棚環(huán)保施工材料

頂棚環(huán)保材料主要包含軟膜天花板或者吸音棉等。前者具備良好的保溫隔熱及阻燃耐火作用，不僅使用周期長，并且方便安裝，能夠最大程度上控制能源消耗。后者可以隔絕噪音污染，可以有效提升室內(nèi)聲場質(zhì)量。

此外，建設(shè)高層建筑物時，應(yīng)該加大綠色環(huán)保建材的使用力度。選擇建筑材料過程中，可將具有回收再利用價值的材料作為主要目標(biāo)，以達(dá)到降低能耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。例如，可以將粉煤灰、煤矸石或者頁巖與混凝土相結(jié)合，或者在混凝土中加入工業(yè)廢料及建筑垃圾，以蒸壓及燒結(jié)技術(shù)制造混凝土砌塊；對于非承載作用的墻體，可以選擇纖維強化石膏板或者復(fù)合板材料。材料選擇應(yīng)遵循就近的原則，避免材料運輸過程中人力及物力損耗。要求建筑設(shè)計環(huán)節(jié)充分考慮周邊材料供應(yīng)情況，提高建筑材料性價比[8]。為了避免粉質(zhì)材料在遇風(fēng)后出現(xiàn)無節(jié)制的散逸，增加空氣中的粉塵含量，應(yīng)該遵守就地取材的原則，避免運輸過程中造成揚塵或者損害公路設(shè)施。施工期間，環(huán)境污染最為嚴(yán)重的是砂石及鋼筋混凝土，使用及制作過程中釋放大量粉塵、甲醛以及氫氣，可能影響施工人員身體健康，所以應(yīng)用綠色無污染的環(huán)保材料勢在必行。

4.3 合理選用低碳技術(shù)

優(yōu)化能源利用模式的過程中，需要重視可再生能源的使用，構(gòu)建科學(xué)的節(jié)能系統(tǒng)。因為不同建筑地區(qū)對于能源消耗需求有所差異，因此建筑規(guī)劃設(shè)計期間，需要充分考慮“因地制宜”的原則[9]。假如工程建設(shè)區(qū)域處于日照充足地區(qū)，并且全年平均日照時間較長，則可以利用太陽能設(shè)備，如光伏發(fā)電或者太陽能熱水器等，但需要在設(shè)計初期便考慮在建筑屋頂、窗臺及墻壁位置安裝光伏板，使其與建筑物本身融為一體；若地勢平坦，風(fēng)力充足，不僅可以安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，同時可以發(fā)揮自然風(fēng)作用，提高室內(nèi)空氣流通率，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度；若建筑區(qū)域靠近海洋或者湖泊，則可以充分開發(fā)潮汐能源和水資源；若地?zé)崮艹渥?，則可以利用地源熱泵設(shè)備建立新型中央空調(diào)系統(tǒng)，利用地下水、土壤以及地表水中的熱能轉(zhuǎn)化為冬季供暖和夏季降溫的能源。與此同時，建筑設(shè)計過程中，可以增加再生水系統(tǒng)，設(shè)置水循環(huán)設(shè)備，收集雨水及生活廢水，經(jīng)過后期處理后回收利用，使生活區(qū)域微生態(tài)環(huán)境得到凈化。

結(jié)語：

為了可以有效控制建筑物碳排放，建設(shè)更加優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境，建筑設(shè)計過程中，可以在原設(shè)計方案基礎(chǔ)上加入綠色低碳、節(jié)能環(huán)保理念，實現(xiàn)全面智能化的創(chuàng)新設(shè)計[10]。特別是設(shè)計過程中，應(yīng)該重視先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，加大新型環(huán)保材料的應(yīng)用力度，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。國家有關(guān)管理部門應(yīng)該針對相應(yīng)法律法規(guī)進(jìn)行優(yōu)化，為全面落實綠色低碳設(shè)計理念提供法律支持，促進(jìn)低碳建筑設(shè)計全面發(fā)展。新的時代背景下，建筑設(shè)計應(yīng)該迎合時代發(fā)展觀念，通過理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新以及材料創(chuàng)新，迎來新的發(fā)展趨勢，推動建筑行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。