低碳理念用于建筑設計的思考

葛松巍 (廣東博意建筑設計院有限公司北京分公司 北京 100000)

引言

隨著全球氣候變暖問題的加劇和人們的生存質量的提高,人們對住宅舒適性的需求也隨之增加。房屋建筑不僅要滿足人民的居住需要,而且要符合現代低碳的觀念,因此各個行業都在采用低碳的設計。傳統的建筑工程存在粉塵大、污染重、噪聲大等問題,嚴重影響了周圍的環境和居民的生活。有統計資料顯示,在世界范圍內,建筑業排放了約半數的CO,大大高于工業和交通部門。2020年9月22日,國家主席習近平在75屆聯合國大會上鄭重承諾:“我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。”目前,“雙碳”行動計劃不斷完善和落實,低碳已是今后各個行業的發展趨勢。因此,大力推行綠色建筑不僅是國家發展戰略的需要,還是可持續發展的必然要求。低碳建筑是一種以低碳為基礎的綠色建筑,在其建造中,為了節約資源,保護環境,通常會使用環境友好的材料或者能源。比如,將傳統的建筑材料轉換成環保材料,施工組織采用現場組裝的形式。因此,在建筑設計中應遵循低碳、綠色的原則。

1 低碳建筑設計的內容、要求及原則

1.1 低碳建筑設計的內容

所謂低碳建筑是指在整個建筑的生命周期內,通過各種綠色技術的使用,實現資源的有效利用,從而節約資源,減少對生態環境的破壞,即利用最小的生態環境代價換取最大的建筑價值。通過這種方式,不僅可以降低對環境的污染,還可以提高對空間的使用效率,為人們提供舒適的生活環境,實現人與自然的和諧發展。具體來說,低碳建筑設計主要體現在以下三個方面的內容當中。

(1)整體的和諧性。建筑物雖是人工建造物體,但也是生態環境當中不可分割的一個有機組成部分,建筑物的存在會對其他物體造成影響,同時也會與其他物體之間產生彼此的制約。因此,綠色低碳需要將建筑物完全融入到環境當中,從而實現建筑物與生態環境之間的和諧統一,這也是綠色低碳理念在建筑設計應用中的一個重要原則。綠色低碳理念要求,在進行建筑設計的過程當中需要充分運用本土化的資源與文化,不僅節約建筑成本,降低碳排放量,還實現建筑物與環境的有機統一。

(2)舒適的宜居性。建筑物的本質功能在于其使用功能,即適合居住、辦公以及從事相關活動的基本功能,這也是建筑物價值的最根本體現,也是綠色低碳理念的最根本出發點。綠色低碳理念必須保證建筑的宜居性,充分利用已有的資源,解決居住過程當中對于光照、空氣、水分以及采暖等基本需求,使其適合人類的居住。

(3)利用的充分性。從總體上來看,目前我國建筑產業的能耗相對較高,許多資源的利用率相對較低,不僅造成了資源的浪費,還使得生態環境遭受到一定的破壞,與綠色低碳的基本理念之間存在著分歧。綠色低碳建筑設計理念要求,在進行建筑設計的過程當中必須使用最優秀的方案,提高資源與能源的使用效率,從而達到節水、節電和減少采暖的基本目的,從而實現節能減排,這也是建筑設計的關鍵所在。同時綠色低碳理念還要求對建筑能耗的各個不同環節進行嚴格控制,例如使用遮陽技術降低夏天室內溫度,利用溫室效應提高冬天的室內溫度,從而降低空調的使用率。

1.2 低碳建筑設計的要求

(1)尊重自然,維護生態平衡。這是低碳建筑最基本的要求,旨在促進人與自然的和諧相處,減少人工對環境的破壞和負面影響,以提高自然資源的利用效率為主要途徑,使用低碳環保建材,多利用可再生能源如太陽能、風能等。

(2)順應生產能力的發展。低碳建筑是立足于當前生產能力基礎之上的,能夠與當前的社會發展相契合的,主要表現在建筑空間以及建筑物的實用功能上面要求要有空間上的包容性和綜合性、功能上的適應性和拓展性,保證建筑物在投入運轉時能夠提供人們靈活使用。

(3)兼容建筑技術、地方文化和環境藝術。低碳建筑不只要體現節能環保,還必須將特殊的建筑技術、濃郁的地方文化和建筑環境藝術融合在一起,讓人們在享受低碳節能的同時,感受到現代生活中的生態文化的豐富多彩,領略到地方文化的神奇意蘊,體會到健康舒適、親切自然生活的美妙和生機盎然。

1.3 低碳建筑設計的原則

(1)整體性原則。即在規劃時應綜合考量所處地理位置、地形、環境、價值等因素,確立總體的規劃觀念,不僅要保證其實際應用價值,還要兼顧其未來價值與變革價值。例如北京世界園藝博覽會(簡稱“世園會”)在2019年4月開幕,從綠色總體的設計思想出發,三個主體工程都達到了GB/T50378-2019的《綠色建筑評價標準》的規定,其中整個展館采用了太陽能,實現自然通風、遮陽,采用先進的雨水循環和滴灌技術,構建了一處綠色、清潔、環保、低碳的景觀。

(2)環境保護的原理。在設計中,必須堅持“四節一環保”的原則,即做到節約土地、節約能源、節約水、節約材料和保護環境。在建筑設計中,既要兼顧建筑的地理位置,又要兼顧建筑的內部和外部的空間布局,讓室內的環境變得更舒適,還要保證建筑的節能效果,注意建筑的外墻、門窗、遮陽處的結構和設計。在建筑的節能設計中,既要考慮能源的消耗,又要引入經濟高效的節能減排技術,以及對環境友好的材料及設備,同時要保證建筑的能源利用率,還要考慮建筑的材質和工藝。設計時要根據不同的情況,選用合適的技術,保證建筑的安全。

(3)滲透原則。所謂滲透,是指在建筑設計當中要將環保思想融入其中,能夠充分表達出建筑與大自然的和諧統一,建筑的能源節約,環境的保護,以及建筑材料的可再生性,只有這樣,才能讓建筑的綠色和建筑的設計價值得以體現。

2 建筑設計中應用低碳設計理念的意義

2.1 提高資源利用率

我國城市化進程加快,建設工程所消耗的建材越來越多,面對自然資源消耗日益加劇的局面,如何提高資源的利用效率已是建設單位必須重視的問題。采用低碳設計思想,既能使產品在設計中得到合理的配置,又能在一定程度上提高產品的利用率。比如,現在許多施工項目都采用了裝配式鋼結構,其可回收利用率在70%以上,具有良好的經濟效益。

2.2 提升企業經濟效益

通過低碳理念指導,獲得的經濟效益中的一項是直接經濟效益,比如使用綠色節能技術。在對這些經濟效益進行把握的過程中,可通過總的資源價值和資源價值來計算。比如,對于建筑過程中,水能源經濟價值、電能源經濟價值、土地資源經濟價值、采暖熱能經濟價值的效益計算,都有其各自的計算公式。在實施中,強化各個環節的費用控制,可以為建筑單位提供更多的資源使用參考,達到節約建設費用、增加效益的目標。

2.3 減少環境污染

在節能環保材料、節能環保技術等領域中運用低碳設計思想,極大地減少了對環境污染的不利因素,增加企業的經濟效益。此外,在選用建材時,應用回收利用的建材,比如許多建筑中采用的鋼材,其回收利用率在70%以上,從而大大減少了拆遷時產生的廢料,并將廢料造成的二次環境污染程度降至最低。

3 建筑設計存在的問題

與國外較為完善的低碳建筑體系相比,我國低碳建筑設計理念正處于發展過程中,缺乏具有完整體系的鼓勵政策和監督機制,其發展過程中存在諸多障礙因素亟待解決。

3.1 低碳節能執行不力

低碳建筑的概念提出來的時間不長,有些人的認識程度比較低。有的建筑設計人員受自身理論和思想觀念的局限,沒有擺脫固有觀念,沒有充分將節能、低碳理念融入設計當中,在一定程度上依然沿襲傳統的設計方式,其設計方案與低碳建筑的要求雖然不是背道而馳,但也相差太遠。

3.2 沒有反映出居住環境中的節約能源需要

在進行建筑物設計時,有的設計人員把費用作為主要考量因素因此,所用的建筑材料量會因成本的控制而有所下降。比如,建筑設計中很多時候會采用大型的落地窗,但門窗的打開角度限制了室內的通風,尤其是在炎熱的氣候條件下,室內的環境會變得潮濕,居住者會長時間開空調,不僅浪費了大量的能源,還危害居住者的身體健康。這樣的設計沒有將能源節約和舒適的居住方式相聯系,違背環保建筑設計理念。

3.3 能源管理審核制度的缺陷

低碳經濟一個重要的體現是節能環保。在設計初始階段,要建立能源節約審查制度,看其設計是否符合節能環保要求,如果不符合,則要對設計方案進行修改。但就當前國內的建筑結構來看,審核制度有缺陷,其自身缺乏對整體架構的專門知識支持,也不具備審核的功能,這就削弱了審核的有效性和嚴肅性。

4 低碳理念在建筑設計中的應用

4.1 應多使用低碳建筑材料

首先,在采購選取建筑材料時,要對材料質量、供應商的生產資質證明、材料使用壽命等進行嚴格審查,避免采購質量不佳、能源損耗高、環境污染強的建筑材料。其次,粉塵的擴散可能存在于施工過程中以及材料運輸過程中,粉狀施工材料在風力作用下容易自由擴散而產生粉塵污染,且運輸車的重大壓力以及運輸過程中掉落的運輸廢料都會對城市道路造成了不可逆的傷害。因此,設計人員在確定建筑材料時,應采取“就近取材”原則,防止運輸過程造成的揚塵污染與道路損害。最后,建筑施工過程中的主要污染來源為鋼筋混凝土與粉塵狀砂石等,這些材料在制造、使用過程中會產生粉塵污染及甲醛和氡氣等有害氣體,造成施工工人的身體損傷。因此,在選取建筑材料時,應將有毒氣體釋放量作為主要的采購標準之一,使用綠色無害的循環材料。

4.2 提高建筑過程中材料利用率

在低碳建筑設計時,既要注重建材的地域特性,又要注重低碳節能環保的施工工藝,施工中盡可能地減少廢物的排放,既能節約費用能增加經濟效益,又能取得較好的社會效益。要遵循建筑與裝修相結合的設計理念,在進行建筑與內部空間的規劃時,盡可能地減少建筑構件的構造元素,從而大幅度降低建筑耗材和能源消耗。要正確認識和把握材料的各項性能,把材料和結構聯系起來,從而提高其使用效率。在選用材料的時候,要注意材料的壽命,比如將鋼結構用于塔接,其建造流程簡便,造價也會大幅度下降,還可以減少原材料的使用,減少廢料,有利于環保。

4.3 低碳建筑設計下的選擇策略

在我國目前有兩種典型的高層住宅結構形式:自由型和行列型(見下圖),其他類型的結構形式多為這2種結構形式的變化。自由布置可以營造出大量的居住區域,行列式則顯得建筑較為工整。在強風速條件下,行列式布局的建筑會讓背風面形成較大的渦流區,對住戶的戶外運動不利。對于那些規劃面積不大的房屋來說,由于房屋間隔太大,導致大量空間資源的浪費。自由型則可以按照日照的需要,將建筑物的前部和后部進行排列,既節省了空間,又使室內的空氣流動順暢,便于住戶外出。因此,采取自由布置可以節省空間,充分反映出節能環保的設計思想。

(a)行列式布局

(b)自由式布局

4.4 改善建筑朝向,充分利用自然能源

太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生能源,其有效地使用可做到綠色節能,滿足居民居住舒適度的需求。因此,在規劃建筑朝向時,要考慮到各樓層的采光要求,適當地減少建筑的體積。工程建設中,應考慮到施工現場的光照狀況,并按實際需要確定日照區間,保證冬季建筑物的日照時間。通常朝南的窗子要盡量大,朝東和北邊的要盡量小一些,這樣既保證了陽光的充足,又保證使用者的舒適。

4.5 外墻

外墻是施工過程中的一個關鍵部分,其隔熱性能的好壞直接影響到建筑物的隔熱性能。建筑節能環保對建筑質量要求越來越高,應用新技術進行建筑節能改造是低碳建筑的一項重要內容。外墻通常使用固體陶粒砌塊,不僅隔熱性能較低,而且對環境也不友好。采用現代建筑技術,既可滿足建筑節能要求,又可提高建筑隔熱效果。復合墻結構是當前應用較為廣泛的一種新的結構形式,它比常規的建筑形式具有更好的隔熱性能。建筑材料以膨化珍珠巖、巖棉等綠色隔熱材料為主,不但能改善整體墻體的隔熱性能,而且更為節能環保。

4.6 低碳技術應用

低碳建筑主要有以下幾種技術形式:(1)外墻節能技術:墻體的復合技術有內附保溫層、外附保溫層和夾心保溫層。我國采用夾心保溫作法的較多。(2)門窗節能技術:中空玻璃,鍍膜玻璃(包括反射玻璃、吸熱玻璃),高強度LOW2E防火玻璃,采用磁控真空濺射方法鍍制含金屬銀層的玻璃以及最特別的智能玻璃。(3)屋頂節能技術:利用智能技術、生態技術來實現建筑節能的愿望,如太陽能集熱屋頂和可控制的通風屋頂等。(4)制冷和照明技術:這是建筑能耗的主要部分,如使用地(水)源熱泵系統、置換式新風系統、地面輻射采暖。(5)新能源的開發利用:太陽能熱水器、光電屋面板、光電外墻板、光電遮陽板、光電窗間墻、光電天窗以及光電玻璃幕墻等。

結束語

建筑活動對周邊的生態環境影響非常大。在節能減排的理念下建筑設計,應始終貫徹低碳理念。要根據當地的經濟、政治、環境等當地的實際情況,建設綠色建筑。要不斷創新技術和工藝,讓建筑設計更加科學、低碳,促進建筑業可持續發展,