低碳視域下建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)方案研究

【摘要】為了對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)合理分析，更好地控制能耗，減少碳排放，文中從低碳視域下建筑設(shè)計(jì)的原則入手，分析了低碳視域下建筑設(shè)計(jì)存在的問題，提出了低碳視域下建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)策略，希望可以為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】低碳建筑；建筑設(shè)計(jì)；建筑節(jié)能

【中圖分類號(hào)】TU201.5" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0080-03

0 引言

隨著全球氣候變化問題日益凸顯，建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域開始深切地關(guān)注其在碳排放中的重要作用。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法在很大程度上忽視了對(duì)環(huán)境的影響，導(dǎo)致大量的碳排放和能源消耗。在這樣的背景下，如何在保證建筑功能和美觀的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低碳或零碳排放，成為建筑行業(yè)的核心關(guān)注點(diǎn)。而低碳視域下的建筑設(shè)計(jì)，不僅需要考慮建筑物本身的能耗與環(huán)境適應(yīng)性，更要思考如何融入先進(jìn)的綠色技術(shù)和策略，實(shí)現(xiàn)碳足跡的減少。

1 低碳視域下建筑設(shè)計(jì)的原則

1.1 生命周期理念

生命周期理念強(qiáng)調(diào)從一個(gè)全面、系統(tǒng)的角度對(duì)建筑的每個(gè)階段進(jìn)行考慮，以確保每個(gè)設(shè)計(jì)決策都符合低碳、高效和環(huán)境友好的標(biāo)準(zhǔn)。一是設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮建筑的總體效果和功能，還要對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)、每一種材料和每一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，確保其在建筑的整個(gè)生命周期中都具有良好的環(huán)境和資源效益。二是在確保低碳設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要注重建筑的人性化設(shè)計(jì)，使其既能滿足人們的使用需求，又能達(dá)到低碳的目標(biāo)。三是在追求技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，也要充分利用傳統(tǒng)建筑的經(jīng)驗(yàn)和智慧，將兩者有機(jī)結(jié)合，形成一種既現(xiàn)代又具有地域特色的低碳設(shè)計(jì)語(yǔ)言。四是建筑設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的靈活性和適應(yīng)性，能夠應(yīng)對(duì)未來(lái)的變化，如氣候變化、使用功能的變化等，從而確保其在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都能保持良好的使用性能和低碳效益。

1.2 節(jié)能減排目標(biāo)

低碳視域下建筑設(shè)計(jì)中，從建筑的布局、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)到材料，每一個(gè)設(shè)計(jì)決策都需要圍繞節(jié)能減排目標(biāo)進(jìn)行。

首先，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到所在地的特定氣候條件，利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、濕度和溫度特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能夠自然調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的建筑形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而減少對(duì)機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)的依賴。

其次，需要系統(tǒng)集成與技術(shù)互補(bǔ)，鼓勵(lì)采用多種節(jié)能技術(shù)并行應(yīng)用。例如，太陽(yáng)能光伏板可以與太陽(yáng)能熱水器相結(jié)合，一方面為建筑提供電力，另一方面為建筑提供熱水，實(shí)現(xiàn)能源的雙重利用。

再次，需要建筑與環(huán)境的和諧共生。這意味著建筑不僅要與周邊環(huán)境融為一體，還要為環(huán)境帶來(lái)積極的影響。

最后，建筑的節(jié)能不僅僅依賴于被動(dòng)設(shè)計(jì)策略，還需要借助于先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)能源監(jiān)測(cè)和管理。通過安裝智能傳感器和控制系統(tǒng)，確保建筑在任何時(shí)候都能以最低的能源消耗達(dá)到最佳的室內(nèi)環(huán)境[1]。

1.3 可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向

在低碳視域下，建筑設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向原則是一個(gè)綜合性和多維度的概念，其核心在于促進(jìn)建筑在環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面的長(zhǎng)期和諧發(fā)展。這一原則不只是關(guān)注建筑物本身，也強(qiáng)調(diào)建筑與其所處環(huán)境、社會(huì)文化背景和經(jīng)濟(jì)體系之間的深度融合與相互作用。在環(huán)境層面上，可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向鼓勵(lì)建筑設(shè)計(jì)的過程中考慮生態(tài)平衡，采用可再生資源和環(huán)保材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然環(huán)境負(fù)面影響的最小化，同時(shí)還要注重建筑的能源效率和減少碳排放，以響應(yīng)全球氣候變化的挑戰(zhàn)。在社會(huì)層面，該原則強(qiáng)調(diào)建筑不僅是物理空間的創(chuàng)造，更是文化和社區(qū)價(jià)值的體現(xiàn)，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)促進(jìn)社會(huì)包容性、文化多樣性和提高生活質(zhì)量，建筑不僅是居住和工作的場(chǎng)所，更是社會(huì)交往和文化傳承的重要載體。經(jīng)濟(jì)方面，可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向的建筑設(shè)計(jì)要考慮其對(duì)當(dāng)?shù)丶案鼜V泛經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期影響，包括促進(jìn)經(jīng)濟(jì)循環(huán)、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和提升區(qū)域商業(yè)活力等。

2 低碳視域下建筑設(shè)計(jì)存在的問題

2.1 空間布局不合理

當(dāng)代建筑在追求低碳設(shè)計(jì)時(shí)，空間布局的合理性往往是首先需要被考量的重點(diǎn)?？臻g布局對(duì)于建筑的能源消耗、微氣候調(diào)控以及室內(nèi)外環(huán)境的舒適性都有著直接的影響。

首先，對(duì)于建筑空間功能的安排，一個(gè)不合理的布局往往在使用需求、功能性以及流線的組織上表現(xiàn)為不順暢。例如，公共和私密空間的關(guān)系處理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致互相干擾；或者功能空間的安排不合邏輯，使得用戶在日常使用中需要繞遠(yuǎn)路，增加了移動(dòng)距離。

其次，不合理的空間布局可能未能充分考慮到當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和地理環(huán)境。例如，未能充分利用地形，或者與周圍環(huán)境的關(guān)系處理不當(dāng)，如與鄰近建筑的高度、密度和朝向關(guān)系不協(xié)調(diào)。這樣的布局可能未能充分捕捉到自然光線或風(fēng)向，從而未能為建筑創(chuàng)造一個(gè)良好的微氣候環(huán)境。

再次，空間布局在處理建筑的縱深關(guān)系時(shí)可能存在缺陷。過于深的建筑空間可能導(dǎo)致中間區(qū)域缺乏自然光線和通風(fēng)，而過于淺的建筑則可能沒有足夠的空間深度去創(chuàng)造有層次感和空間豐富性。

最后，空間布局在處理建筑的室內(nèi)外關(guān)系時(shí)也可能存在問題。如何合理設(shè)置門窗，如何設(shè)計(jì)與室外的過渡空間，如陽(yáng)臺(tái)、露臺(tái)或庭院，都是評(píng)判空間布局是否合理的關(guān)鍵點(diǎn)。不當(dāng)?shù)奶幚砜赡軐?dǎo)致室內(nèi)外空間的聯(lián)系過于生硬，或者缺乏連續(xù)性和流動(dòng)性[2]。

2.2 外部立面處理不精準(zhǔn)

外部立面是建筑與外部環(huán)境的交界，它的設(shè)計(jì)與處理決定了建筑與外部環(huán)境的能量交換效率。立面的材料選擇、顏色、反射率，以及其與建筑結(jié)構(gòu)的融合，都對(duì)建筑的熱性能和熱環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。而不精準(zhǔn)的立面處理可能體現(xiàn)在幾個(gè)方面。

首先是對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚝铜h(huán)境因子的忽視，比如未考慮到特定地域的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、濕度等，導(dǎo)致立面設(shè)計(jì)未能充分響應(yīng)這些氣候特性。

其次，立面的開窗比例、窗戶的種類和性能、遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)等，也是評(píng)估立面處理是否精準(zhǔn)的關(guān)鍵要素。不恰當(dāng)?shù)拈_窗比例可能使得立面在特定季節(jié)和時(shí)段無(wú)法充分利用或避免太陽(yáng)的直射；而窗戶的性能，如其U值、太陽(yáng)能透過率等，也直接影響到室內(nèi)的熱環(huán)境。

再次，立面材料的選擇與應(yīng)用同樣關(guān)乎其處理的精準(zhǔn)性。不同的材料具有不同的熱導(dǎo)率、熱容量和反射率，這決定了它們?cè)诿鎸?duì)太陽(yáng)輻射和環(huán)境溫度變化時(shí)的反應(yīng)方式。不精準(zhǔn)的材料選擇可能導(dǎo)致立面在特定條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的熱性能。

最后，立面的細(xì)部設(shè)計(jì)，如接縫、節(jié)點(diǎn)、固定方式等，也是判斷其處理是否精準(zhǔn)的重要依據(jù)。這些細(xì)部的處理不僅關(guān)乎建筑的防水、防風(fēng)、隔熱性，還與立面的整體性能和耐久性息息相關(guān)。如果這些細(xì)部未經(jīng)精細(xì)設(shè)計(jì)和處理，那么即使立面的總體設(shè)計(jì)理念是正確的，也可能因?yàn)檫@些“小”問題而大打折扣。

2.3 照明與通風(fēng)設(shè)計(jì)不到位

在低碳視域下的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，照明與通風(fēng)設(shè)計(jì)是兩個(gè)至關(guān)重要的因素。它們不僅直接關(guān)系到建筑的能效，也涉及室內(nèi)環(huán)境的舒適度和健康狀況。

首先，從照明設(shè)計(jì)的角度看，合理的照明設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮自然光與人工光的平衡。在日間，建筑應(yīng)最大化利用自然光，降低對(duì)人工光的依賴。但若設(shè)計(jì)不到位，可能會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域過于明亮或過于昏暗，從而無(wú)法滿足實(shí)際的使用需求。同時(shí)，對(duì)于光的均勻性、遮陽(yáng)措施、反射和眩光問題也需仔細(xì)考慮，否則可能會(huì)出現(xiàn)局部過亮或是產(chǎn)生刺眼的反射。

其次，地理與氣候條件的考慮不足也是問題產(chǎn)生的原因之一。建筑所在的具體位置、周圍的建筑群、當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)等因素對(duì)照明與通風(fēng)都有直接的影響。有的建筑可能因?yàn)楸秽徑母邩亲钃酰瑢?dǎo)致部分時(shí)間段內(nèi)自然光照射不足；或是因?yàn)闆]有針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)，造成室內(nèi)通風(fēng)不暢。通風(fēng)的流線和風(fēng)速也是必須考慮的因素。如何確保通風(fēng)流線合理且不會(huì)形成強(qiáng)烈的風(fēng)吹感是設(shè)計(jì)中的一大挑戰(zhàn)。

最后，技術(shù)與方法的局限性也不容忽視。隨著科技的進(jìn)步，照明與通風(fēng)的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)也在不斷更新。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)新技術(shù)不熟悉或是固守傳統(tǒng)方法而不愿改變的情況。這種對(duì)新技術(shù)與方法的抗拒態(tài)度，可能會(huì)導(dǎo)致建筑在照明與通風(fēng)上出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷[3]。

3 低碳視域下建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)方案

3.1 實(shí)施低碳空間組織，重塑建筑功能布局

確保建筑的空間組織與功能布局緊密相符，對(duì)于最大限度地提高建筑能效與降低碳排放具有至關(guān)重要的作用。以設(shè)計(jì)一座綜合性教育建筑為例，這座建筑包括教室、實(shí)驗(yàn)室、辦公區(qū)和公共活動(dòng)區(qū)域。建筑師需要考慮如何通過建筑空間的結(jié)構(gòu)和流線規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)每一方寸空間的合理使用，同時(shí)確保空間的熱性能、空氣流動(dòng)性和日光接觸度符合低碳要求。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）和建筑性能模擬（BPS）等工具，可以精準(zhǔn)模擬和分析建筑的空間性能。在這座教育建筑中，教室和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)為朝向充足自然光的方向，以減少對(duì)人工照明的依賴，并通過合理的窗戶布局來(lái)增強(qiáng)自然通風(fēng)，減少空調(diào)使用。辦公區(qū)則被放置在建筑的中心位置，利用中庭設(shè)計(jì)來(lái)促進(jìn)空氣流通和自然光的分布，同時(shí)保持隔音和隱私。公共活動(dòng)區(qū)域，如圖書館和食堂，則設(shè)計(jì)在容易接觸到自然光和通風(fēng)的地方，同時(shí)也考慮到人流動(dòng)線和空間的多功能性[4]。在材料選擇上，重點(diǎn)放在使用低碳足跡的材料，如可回收材料和可持續(xù)來(lái)源的木材。通過引入綠色屋頂和垂直花園等元素，不僅增強(qiáng)了建筑的美觀性，還提高了其生態(tài)效益，如改善空氣質(zhì)量和增加生物多樣性。

3.2 采納低碳立面材料，增強(qiáng)立面碳捕獲能力

在建筑領(lǐng)域，外部立面不僅是建筑物的“臉”，更是其與外部環(huán)境互動(dòng)的主要介質(zhì)。面對(duì)日益嚴(yán)峻的全球碳排放問題，如何優(yōu)化并改進(jìn)立面材料與設(shè)計(jì)，使其具備更高的碳捕獲和儲(chǔ)存效率，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)師和研究者們探索的新方向和挑戰(zhàn)。以一座商業(yè)綜合體建筑為例，這座建筑采用了再生混凝土和再生鋼鐵作為主要的立面材料，這些材料在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和應(yīng)用過程中的碳足跡遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料。建筑立面的部分區(qū)域采用了生物基材料，如竹和木材，由于其在生長(zhǎng)過程中的碳吸收作用，成為優(yōu)選選項(xiàng)。在設(shè)計(jì)上，該建筑立面采用了多層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高其碳捕獲能力。內(nèi)層立面采用了具有高熱效率的材料，以減少能源損失；外層立面則應(yīng)用了光催化劑涂料，這種涂料可以在表面形成化學(xué)反應(yīng)，幫助減少大氣中的污染物和CO2。建筑立面還集成了微生物和藻類生態(tài)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不僅可以捕獲并儲(chǔ)存碳，還能提供額外的綠化效果，改善城市環(huán)境。為了確保這些立面材料和技術(shù)的有效性，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了廣泛的研究和實(shí)驗(yàn)。不僅對(duì)材料的碳捕獲效率、持久性和耐久性進(jìn)行了評(píng)估，還進(jìn)行了模擬，以確保在不同環(huán)境條件下的性能。

3.3 強(qiáng)化光熱性能，采用綠色通風(fēng)技術(shù)

深化建筑設(shè)計(jì)中的光熱響應(yīng)與綠色通風(fēng)，要求設(shè)計(jì)師不僅具備傳統(tǒng)的建筑學(xué)知識(shí)，還需對(duì)先進(jìn)的光熱技術(shù)與通風(fēng)原理有深入的掌握。這一轉(zhuǎn)變背后，是對(duì)建筑與環(huán)境間相互作用的重新定義，強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)初期就應(yīng)納入對(duì)光熱性能的優(yōu)化和綠色通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，以確保每一項(xiàng)設(shè)計(jì)決策都與低碳目標(biāo)相契合。以一座位于溫帶氣候區(qū)的多功能教育中心為例，考慮到地理位置和氣候條件，建筑師精心設(shè)計(jì)了建筑的朝向、窗戶的位置和大小，以及可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)設(shè)施。例如，教室和閱讀區(qū)朝向南方，以最大化利用自然光，同時(shí)通過可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)設(shè)備來(lái)控制日照，防止過熱。樓層間設(shè)置了通高的中庭，促進(jìn)自然光的深入滲透，減少對(duì)人工照明的需求。綠色通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用不僅滿足了室內(nèi)新鮮空氣的需求，還與建筑的熱性能相互配合。通過對(duì)建筑物的微氣候分析，確定了最佳的開窗策略。內(nèi)部布局和空間組織被優(yōu)化以確保有效的空氣流通，形成自然通風(fēng)系統(tǒng)。例如，教室和辦公區(qū)域的窗戶設(shè)計(jì)為可開啟，以便在適宜的氣候條件下促進(jìn)空氣交換，同時(shí)中庭作為空氣流通的垂直通道，加強(qiáng)整個(gè)建筑的通風(fēng)效果。該項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)了光熱性能和綠色通風(fēng)技術(shù)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。建筑內(nèi)安裝了多個(gè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度和CO2濃度，并將數(shù)據(jù)反饋給智能控制系統(tǒng)。這使得建筑能夠根據(jù)實(shí)際的室內(nèi)環(huán)境條件，自動(dòng)調(diào)整窗戶開閉和遮陽(yáng)系統(tǒng)，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和健康性[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

在低碳視域下的建筑設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化光熱性能并融合綠色通風(fēng)技術(shù)是推動(dòng)可持續(xù)建筑未來(lái)的核心路徑。隨著環(huán)境變化對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)日益加劇，該應(yīng)對(duì)方案的實(shí)施成為了建筑行業(yè)迫切的需要。未來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)師應(yīng)該繼續(xù)研究和深化相關(guān)的設(shè)計(jì)策略和技術(shù)，確保在創(chuàng)造舒適室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑的低碳目標(biāo)。這不僅是對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)，也將為低碳建筑在全球范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用提供關(guān)鍵的推動(dòng)力。

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[作者簡(jiǎn)介]蔣鎧澤（1990—），男，山東淄博人，本科，工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。