新基建背景下綠色建筑低碳節(jié)能設(shè)計研究

1前言

在全球氣候變化與能源危機交織的背景下，低碳發(fā)展已成為全球共識。我國“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出，標志著經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型進入關(guān)鍵階段。作為碳排放量占社會總量 40% 的建筑領(lǐng)域，其節(jié)能減排成效直接關(guān)系到碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。新基建戰(zhàn)略的深入推進，為建筑行業(yè)提供了數(shù)字化、智能化的革新動力，5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用，為綠色建筑的能效提升開辟了全新路徑。在此背景下，探索新基建與綠色建筑低碳節(jié)能設(shè)計的深度融合，既是響應(yīng)國家戰(zhàn)略的必然要求，又是推動建筑產(chǎn)業(yè)升級的重要突破口。

2工程概況

某綜合樓工程位于夏熱冬冷氣候區(qū)，地下1層、地上7層框架結(jié)構(gòu)，建筑高度 29.45m 。項目總占地面積7140m² ，建筑面積達 37329.5m² 主體結(jié)構(gòu)采用C40混凝土現(xiàn)澆框架體系，抗震設(shè)防烈度7度，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)與預制管樁組合結(jié)構(gòu)。地下室兼具人防工程與智能化停車場功能，配置新能源汽車充電樁及智能停車引導系統(tǒng)；地上空間設(shè)置多功能會議中心、智慧辦公區(qū)及配套服務(wù)設(shè)施，集成5G通信基站與物聯(lián)網(wǎng)感知終端。

3低碳節(jié)能設(shè)計原則

3.1和諧原則

低碳節(jié)能設(shè)計的核心理念強調(diào)建筑與環(huán)境間的動作者簡介：李凱(1990-），男，漢族，山東泰安人，本科，中級工程師，研究方向：房地產(chǎn)建設(shè)管理。

態(tài)平衡，要求在設(shè)計實踐中貫徹生態(tài)優(yōu)先準則。和諧原則以資源循環(huán)體系為基礎(chǔ)，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)全周期能耗管控，重點運用被動式節(jié)能技術(shù)優(yōu)化建筑熱工性能。在規(guī)劃階段需統(tǒng)籌考慮微氣候調(diào)節(jié)，采用高性能圍護結(jié)構(gòu)材料提升建筑氣密性，同時建立智能監(jiān)測系統(tǒng)實時調(diào)整能源分配方案。設(shè)計團隊應(yīng)當結(jié)合用戶行為模式開展能耗模擬分析，通過參數(shù)化設(shè)計工具生成最優(yōu)空間布局方案，確保功能分區(qū)與能源流線的高效匹配。

3.2循環(huán)利用原則

在低碳建筑體系中，全生命周期資源管理機制構(gòu)成關(guān)鍵支撐要素。循環(huán)利用原則強調(diào)建立物質(zhì)流閉環(huán)系統(tǒng)，通過模塊化構(gòu)造技術(shù)提升構(gòu)件復用率，采用預制裝配工藝實現(xiàn)建造單元的可逆性拆解。設(shè)計階段需整合材料性能數(shù)據(jù)庫，優(yōu)先選用具備環(huán)境聲明認證的再生骨料，并運用BIM技術(shù)模擬構(gòu)件拆解路徑。在此基礎(chǔ)上，建筑空間配置應(yīng)采用彈性分隔體系，預留設(shè)備管線擴容接口，確保功能迭代時的最低改造損耗。

3.3因地制宜

基于地理環(huán)境要素的系統(tǒng)分析，針對不同氣候帶采取差異化策略。寒帶區(qū)域著重優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)熱工性能，優(yōu)先選用高熱阻建材以提升建筑氣密性，降低冬季供暖能耗；熱帶區(qū)域則強化遮陽構(gòu)件與空氣對流系統(tǒng)設(shè)計，通過被動式降溫技術(shù)削弱熱島效應(yīng)。結(jié)合地形高程變化與地質(zhì)條件，科學調(diào)整建筑體量分布與空間形態(tài)，優(yōu)化自然采光路徑與通風廊道布局。

4基于新基建的綠色建筑低碳節(jié)能設(shè)計4.1建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

4.1.1建筑物外墻設(shè)計

針對傳統(tǒng)墻體材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的資源消耗問題，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過智能物聯(lián)設(shè)備對建材供應(yīng)鏈進行全生命周期碳足跡追蹤，選擇蒸壓加氣混凝土砌塊作為核心墻體材料，如表1所示。該材料以工業(yè)固廢粉煤灰為主要原料，通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)原料瀕源與質(zhì)量監(jiān)管，其導熱系數(shù)為0.14W/ (m?K) ，較傳統(tǒng)黏土磚降低62% ，配合5G智能監(jiān)測系統(tǒng)實時采集建筑熱工性能數(shù)據(jù)，構(gòu)建起基于BIM的數(shù)字化節(jié)能評估模型]。

在圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系設(shè)計中，采用“智能感知－動態(tài)調(diào)節(jié)”的復合墻體系統(tǒng)。通過預埋光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)測 240mm 主體砌筑層與雙面水泥砂漿抹灰層的溫度梯度。結(jié)合邊緣計算節(jié)點進行熱橋效應(yīng)分析，將數(shù)據(jù)實時上傳至城市信息模型平臺，為區(qū)域能源管理系統(tǒng)提供動態(tài)調(diào)控依據(jù)。

4.1.2建筑首層地面防潮隔熱設(shè)計

在夏熱冬冷氣候區(qū)，基于國家標準對熱環(huán)境調(diào)控提出要求，地面構(gòu)造需要解決濕氣滲透與熱工性能問題。該區(qū)域常年降水量大，導致地層建筑易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，不僅影響居住者的體感舒適度，而且會加速建筑材料的老化進程。針對這一難題，地面系統(tǒng)采用雙層聚乙烯防潮膜作為隔汽屏障，結(jié)合 30mm 厚發(fā)泡水泥層形成連續(xù)的熱阻體系。防潮處理層采用改良型水泥基復合材料，通過摻人 5% 高分子聚合物添加劑提升抗?jié)B性能，其 10mm 厚復合水泥砂漿防潮層與水泥砂漿找平層形成剛性防水體系，裝飾層采用低熱傳導率陶瓷飾面材料，如圖1所示。

4.2自然通風窗戶設(shè)計

4.2.1窗戶設(shè)計

基于新基建技術(shù)體系的智能窗戶系統(tǒng)，采用雙層中空Low-E玻璃與斷橋隔熱鋁合金型材復合構(gòu)造。玻璃層間填充惰性氣體，通過磁控濺射工藝形成的低輻射鍍膜可有效阻隔長波紅外輻射，在保證采光需求的同時顯著提升熱工性能。型材腔體內(nèi)部集成溫濕度傳感器與PM25監(jiān)測模塊，利用5G物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)建筑內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的快速響應(yīng)。

系統(tǒng)通過BIM平臺構(gòu)建窗戶組件的數(shù)字孿生模型，采用機器學習算法對歷史運行數(shù)據(jù)進行深度挖掘，形成動態(tài)調(diào)控策略庫。在通風模式中，智能中樞根據(jù)室內(nèi) CO₂ 濃度梯度變化自動調(diào)節(jié)窗扇開合角度，使自然通風效率與熱損失達到動態(tài)平衡。窗框連接節(jié)點采用氣密性自補償設(shè)計，通過彈性密封膠條與壓力平衡裝置的協(xié)同作用，確保不同工況下的氣密性穩(wěn)定。

為強化系統(tǒng)集成度，窗戶單元與建筑能源管理平臺建立雙向數(shù)據(jù)通道。在夏季制冷周期，通風時段智能匹配空調(diào)啟停節(jié)奏；冬季則根據(jù)日照強度預測主動調(diào)節(jié)透光率，實現(xiàn)被動式太陽能增益。跨系統(tǒng)的聯(lián)動控制機制，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計中通風需求與能耗控制之間的矛盾，形成可自我優(yōu)化的節(jié)能閉環(huán)。型材表面采用納米自潔涂層技術(shù)，通過光催化反應(yīng)分解污染物，降低維護頻率。連接件采用標準化預制構(gòu)件，支持快速拆裝與部件更換，滿足建筑全生命周期的可持續(xù)要求。

4.2.2活動百葉外窗遮陽系統(tǒng)設(shè)計

活動百葉外窗遮陽系統(tǒng)設(shè)計中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能調(diào)控體系展現(xiàn)出多維度協(xié)同優(yōu)勢。系統(tǒng)利用建筑本體搭載的分布式環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)，通過溫濕度、輻射強度、風速風向等多參數(shù)融合分析，構(gòu)建起動態(tài)響應(yīng)機制。調(diào)控中樞通過機器學習算法建立日照軌跡預測模型，結(jié)合建筑朝向與周邊遮擋物的三維空間關(guān)系，預判太陽高度角變化對室內(nèi)光熱環(huán)境的影響。系統(tǒng)在春分、夏至、秋分、冬至四個典型節(jié)氣自動切換基準運行模式，并根據(jù)實時氣象數(shù)據(jù)流進行微調(diào)校準。在暴雨預警狀態(tài)下，百葉陣列可聯(lián)動建筑排水系統(tǒng)形成導水界面，避免強降水對建筑外圍護結(jié)構(gòu)的直接沖擊。

百葉驅(qū)動機構(gòu)采用靜音步進電機與諧波減速器組合傳動方案，其模塊化設(shè)計支持現(xiàn)場快速維護與部件更換?？刂茊卧度氚踩哂鄼C制，當監(jiān)測到異常風速（ ? 8級）時自動啟動保護程序，通過角度歸位與機械鎖止雙重措施確保系統(tǒng)可靠性。在夜間運行階段，系統(tǒng)切換至星空觀測模式，通過調(diào)整百葉間隙率平衡遮光需求與自然采光效能，為建筑使用者創(chuàng)造全天候舒適體驗。

4.3熱壓通風系統(tǒng)設(shè)計

將BIM技術(shù)與計算流體力學相結(jié)合，通過數(shù)字孿生模型對垂直通風井道進行參數(shù)化設(shè)計，構(gòu)建智能化的被動式通風體系。采用 16.4m 垂直通風井道與 4.4m 水平通道形成1：3.73比例空間結(jié)構(gòu)，利用屋頂光伏驅(qū)動的智能風帽裝置，實現(xiàn)通風效率的動態(tài)調(diào)控。

在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺的支撐下，系統(tǒng)通過分布式溫度傳感器實時采集建筑內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)，當垂直梯度溫差達到 4.2% 閾值時，自動啟動熱壓通風模式。夏季運行周期，屋頂綠化層的蒸騰效應(yīng)與太陽能輻射形成復合驅(qū)動力，使井道內(nèi)空氣流速提升至 0.65m/s ，配合百葉開度，實現(xiàn)2.8次/h的全樓空氣置換。

在冬季模式下，智能運維系統(tǒng)聯(lián)動氣象大數(shù)據(jù)平臺，在寒潮預警前 12h 啟動雙層玻璃幕墻閉合程序，結(jié)合北斗定位系統(tǒng)修正的日照軌跡算法，動態(tài)調(diào)節(jié)東向百葉角度，使圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)穩(wěn)定在 0.48W/(m²?K) 以下。

4.4空調(diào)及生活熱水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

基于區(qū)域氣候特征及地理優(yōu)勢，重構(gòu)了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)選型邏輯，采用湖水資源熱交換技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境友好型供能。在冷源獲取環(huán)節(jié)，利用毗鄰水域的天然熱容特性，夏季湖水溫度穩(wěn)定維持在 15^°C±1^°C ，冬季波動區(qū)間為6^°C～9^°C ，與水源熱泵機組額定工況參數(shù)高度匹配，規(guī)避常規(guī)系統(tǒng)溫度偏差導致的能效衰減問題。

設(shè)備選型方面，選用分體式地源熱泵機組作為空調(diào)主機，其制冷總輸出達 并集成熱量回收模塊，可轉(zhuǎn)化 20kW 余熱實現(xiàn)能源梯級利用。技術(shù)參數(shù)方面，熱回收效率須達制冷總量的 15% 基準線、半封閉螺桿壓縮機配置、COP值 ?4.5 等核心指標。制冷介質(zhì)方面，選用R22/R134a混合工質(zhì)，配合智能水溫PD調(diào)控模塊，確保三相 380V/50Hz 供電條件下的穩(wěn)定運行。

在空調(diào)及生活熱水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中，通過多能互補與智能調(diào)控技術(shù)構(gòu)建起高效能源供給體系。系統(tǒng)采用復合能源梯級利用模式，將水源熱泵機組運行過程中產(chǎn)生的余熱通過板式換熱器進行回收轉(zhuǎn)化，用于生活熱水系統(tǒng)的預加熱處理。在非峰值用能時段，系統(tǒng)自動切換至儲能優(yōu)先模式，利用建筑地下蓄熱水箱實現(xiàn)熱能的時空轉(zhuǎn)移，有效平抑晝夜負荷波動。運維管理方面，通過建筑能源管理平臺構(gòu)建設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測體系。通過振動傳感器與油液分析裝置，實時采集壓縮機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合邊緣計算技術(shù)進行能效衰減預警。針對換熱器結(jié)垢問題，建立基于水質(zhì)硬度監(jiān)測的自動反沖洗機制，通過電磁脈沖除垢技術(shù)維持換熱效率。管道保溫層采用納米氣凝膠復合材料，通過紅外熱成像巡檢機器人定期檢測熱損失情況，確保管網(wǎng)系統(tǒng)熱工性能穩(wěn)定。

5結(jié)論

本文圍繞新基建背景下綠色建筑的低碳節(jié)能設(shè)計展開研究，以某綜合樓工程為例得出如下結(jié)論：遵循和諧、循環(huán)利用、因地制宜三大原則，能實現(xiàn)建筑與環(huán)境的良好互動及資源高效利用。在具體設(shè)計方面，建筑圍護結(jié)構(gòu)、自然通風窗戶、熱壓通風系統(tǒng)以及空調(diào)和生活熱水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計措施成效顯著。智能復合墻體、智能窗戶系統(tǒng)等應(yīng)用，提升了建筑的熱工性能與能源利用效率；湖水資源熱交換技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境友好型供能。這些設(shè)計不僅滿足了建筑功能需求，而且大幅降低了能耗，促進了清潔能源與建筑的融合。

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