低碳建筑技術措施分析

李理智

（貴陽市建筑設計院有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

我國建筑業已成為耗能最多的行業之一，并且其耗能呈現增長的趨勢。全國建筑全過程碳排放量由2005年的22.34億t，上升到2019年的49.97億t，增長了2.24倍，年均增長5.92%。2019年我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放總量的50.6%，其中，建筑生產階段碳的排放量為27.7億t，占比28.0%；建筑施工階段的碳排放量為1.0億t，占比1.0%；建筑運行階段碳排放量為21.3億t，占比21.6%。由此看來，建筑業的節能減排任務十分艱巨[1]。表1為2019年中國建筑碳排放量情況。

表1 2019年中國建筑碳排放量情況

“低碳建筑”并不是完全沒有碳排放，而是最大限度減少對傳統化石能源（如煤炭、天然氣、石油等）的消耗，其主要特點是外圍護結構擁有更強大的保溫性能，且建筑物主要消耗的能源種類為可再生能源，如地熱能、生物質能、太陽能、風能等，在營造舒適人居環境的同時，將對地球能源的消耗降到最低，實現人與環境和諧相處[2]。

1 建筑整體保溫體系節能措施

1.1 控制建筑物體形系數

建筑的體形系數是指建筑外表面與空氣接觸的面積除以建筑物的體積。按照傳統的節能設計理念，辦公建筑的體形系數應不超過0.4，住宅的體形系數應不超過0.3，寒冷地區建筑的體形系數應小于或等于0.4，且最好控制在0.3以下[3]。

1.2 控制建筑物的窗墻面積比

建筑物的窗墻面積比是指不同朝向外墻上的窗、陽臺門及幕墻的透明部分總面積與所在朝向建筑的外墻面的總面積之比。窗作為外圍護結構中一種透明的薄型輕質構建，其保溫隔熱性能較弱，所以控制窗墻面積比是非常重要的。

1.3 采用外遮陽及內遮陽技術

建筑物的外遮陽板可以調節陽光輻射量，在炎熱的夏季，可以通過調整遮陽板的角度阻擋陽光進入建筑；在寒冷的冬季，可以通過調整遮陽板角度使陽光照進室內。在外窗或建筑內設置可調式百葉片，夏季陽光直射時，降下百葉遮擋陽光，減少空調系統冷負荷；冬季收起百葉增加室內日照，提高室內溫度，減少采暖負荷，降低建筑的整體能耗。

1.4 構建建筑外圍護結構

建筑物的外墻、屋面及挑空的圍護結構采用保溫性能較好、重量較輕的保溫材料，如巖棉、離心玻璃棉和其他新型、高效的保溫材料，從而增強墻體的隔熱能力，有效抵御室外氣溫對室內環境的影響，從而降低建筑能耗。

1.5 采用多層中空LowˉE玻璃

現代建筑的窗墻比越來越大，全玻璃幕墻建筑也越來越常見，外窗、天窗等玻璃構件的能耗占建筑外圍護結構能耗的40%以上，同時又影響建筑的造型、通風、密閉、隔聲及采光，因此必須增強建筑物門窗等玻璃構件的保溫及密封性能。同時，這些玻璃構件應采用多層中空LowˉE玻璃，緊固件及結構支架采用斷熱橋鋁合金，構件整體傳熱系數應控制在1.5 W/（m2·K）以內。

1.6 采用被動式通風技術

在廚房、浴室等區域設置管井或高窗，利用熱壓效應排出這些區域中潮濕、渾濁的空氣，再利用負壓效應把新鮮空氣送入室內。臥室、辦公室、走廊等區域可以對向設置外窗，利用建筑物對向壓差，實現自動通風。這些措施在祛除潮濕和異味的同時，還能夠排出室內空氣中的一些污染物。

1.7 采用自然光

在建筑物內安裝光導管或設置天窗，使自然光從各導管口或天窗傳輸到人員活動區，同時實現對自然光的亮度調節，滿足不同的使用需求。目前，該技術已得到了廣泛應用，可以極大地減少建筑物的照明能耗。

2 采用新能源系統節能

2.1 太陽能熱水系統

太陽能熱水系統通過放置在建筑物外的集熱器吸收陽光，光能由集熱器轉化為熱能，水經過集熱器加熱后，由管道輸送至儲水保溫水箱中，進而供生產和生活使用。

2.2 光伏發電、供電系統

光伏發電、供電系統的工作原理是陽光照射電池板進而轉化為電能，電能通過逆變器整流后轉變為可以直接使用的交流電，進而為其自身、鄰近建筑、電動公交車、電動汽車提供能源。

光伏建筑一體化就是在建筑物外表面安裝光伏發電組件（圖1）。根據光伏發電組件在建筑物上安裝方式的不同，發電系統主要可分為兩類：①建筑構件和光伏發電組件融為一體，如光電幕墻、光伏屋瓦，因此，對光伏發電組件的要求較高，其需要滿足建筑物的使用需求，同時能夠高效發電。②在建筑物屋頂或外表面安裝光伏發電組件，這種方式較為簡單，且易于維護和更換，但對建筑立面造成一定影響，如占用建筑的屋面，影響建筑物的布局。因此，應根據建筑物實際情況來選擇不同的光伏發電組件。

圖1 建筑光伏發電實例

2.3 風力發電系統

高度在500 m以上區域平均風速為9~12 m/s，具有較高利用價值。風力發電機預計每1 m2的風輪發電功率為400~500 W，全年可生產100~200 kW的電力。風力發電方案涉及結構荷載、建筑美學等因素，因此需要進行綜合考慮。上海中心大廈屋頂的風力發電設備如圖2所示。

圖2 上海中心大廈屋頂的風力發電設備

3 采用裝配式建筑

裝配式建筑節能傳統的現場建造方式，建筑的梁板、墻體及管線系統的主要部分采用預制構件，這些預制構件在工廠批量生產后運抵施工現場，再采用搭接裝配技術進行組裝。與傳統的現場建造方式相比，裝配式建筑的優點如下。

3.1 提高生產效率

因為裝配式建筑構件可以在工廠內標準化大量生產，并且生產過程中工作人員可對溫度、濕度等條件進行控制，生產不受天氣等不確定因素的影響，因此，可以在一定程度上保證構件的生產質量，提高生產效率，保證工期按計劃進行。裝配式建筑工廠批量生產構件如圖3所示。

圖3 裝配式建筑工廠批量生產構件

3.2 節能環保

裝配式建筑構件均在工廠制作，模板可以重復使用，避免了物料浪費，同時也減少建筑廢料及垃圾的產生量。

3.3 減少人力成本和安全隱患

裝配式建筑的大部分構件都是在工廠內批量生產的，因此，通過現代化工廠進行批量化、信息化、模塊化、標準化的生產，可以減少煩瑣的施工工序，進而減少現場安裝工人及各類工程技術管理人員的數量。裝置式建筑不僅可以大幅降低人力成本，而且相較于露天作業、高空作業等傳統的施工模式，也極大地減少了安全隱患。圖4為裝配式建筑施工現場。

圖4 裝配式建筑施工現場

綜上所述，裝配式建筑的節能減排優勢明顯，是保證建筑業實現低碳建筑目標的必要手段和措施，并為實現“雙碳”目標提供有效支撐[4]。

4 其他節能技術措施

（1）采用高效空調系統：建筑物采用水源熱泵、地源熱泵（圖5）等系統作為空調系統，利用淺層水源熱源或中淺層土壤提高空調系統的COP值，降低空調系統的能耗。

圖5 地源熱泵系統

（2）建設中水系統：中水經中水管道收集后匯入中水池，經過凈化處理后集中儲存于蓄水池，供綠化澆灌使用。

（3）種植屋頂綠化：在屋頂種植綠化帶可以減少陽光輻射。在夏季，利用植物的蒸發作用減少屋頂傳熱；在冬季，可以利用土壤的蓄熱保溫性能減少熱損失。

（4）采用能耗管理系統：系統可直接連接各類能源計量表，如水表、電表、氣表等，并支持遠程集中控制和管理，還能根據數據匯總提供節能建議。

5 結語

“碳達峰、碳中和”的國家戰略提出后，作為能耗大戶的建筑行業，采用各種低碳建筑節能技術勢在必行。在建筑物的設計階段應大幅提高整體保溫性能，在建造階段應采用裝配式建筑構件，運營階段利用多種可再生能源和節能措施，最終實現低碳建筑設計建造。