低碳概念下的建筑設計應對策略

哈建瑜

重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司 重慶 401122

1 引言

地球是我們人類賴以生存的地方，人類社會的發展和活動在向地球大量汲取能源物質的同時也對環境造成了破壞。建筑業活動使用能耗占整個社會的能源消耗將近40%，降低建筑使用能耗能對保護環境起到重大作用。人口激增和土地資源緊缺的矛盾愈加惡化，居住建筑中的高層住宅建設量不斷刷新歷史新高，提升高層住宅的環保性能將有助于減輕過度使用能源所造成的環境壓力，還人們一個環境優美、健康舒適、節能環保的居住空間。

傳統建設項目具有造價高、工期長、環境污染嚴重等特點。無論是公共建筑還是民用建筑，消耗的資源都比較大。從基礎材料到家居裝飾，由此產生的環境污染滲透到人們生活的方方面面。

在建筑領域，為減少化石資源的使用，改善城市環境，減少城市污染，在綠色節能理念下，建筑設計必須改變過去的設計思維，以節能理念為設計理念，結合工程環境、工程材料、工期等因素，降低建設項目成本，提倡使用可再生資源，大力提高可回收材料在建設項目中的應用價值，減少化石資源的消耗，實現建筑設計的人文、綠色、環保。

2 低碳建筑設計概述

2.1 低碳理念界定

圖1 低碳建筑設計

從本質上講，低碳是一種常見的生活方式，其影響是多方面的。例如，不可再生資源可以得到保護和合理利用；有效處理廢水和廢氣等廢物問題。低碳概念是一個廣泛的概念，可以產生獨特的價值，而不論適用于哪些領域。例如，在建筑業，傳統建筑設計耗時、耗費能源、浪費資源，帶來巨大的經濟效益，而自然生態必然會遭到破壞。低碳建筑設計以人為本，以自然為重點，時間、人力和資源是有機的，依其作用和協調而定。這大大減少了工作時間，同時完成了更多的建筑任務。一方面，通過執行生計政策，鞏固在消除貧窮方面取得的成果；另一方面，將經濟推向良好的方向，貢獻力量，如圖1所示。

2.2 低碳建筑設計內涵

低碳設計是建筑業中最熱門的設計之一，在綜合工業發展道路上發揮著“指導者”的作用。低碳設計巧妙地將建筑設計與低碳理念結合起來，低碳理念非常豐富[1]。

2.2.1 節省資源

建筑工程是巨大的，占用了大片土地，必然消耗了大量的資源和能源。建筑物，如房屋，在使用過程中浪費和消耗能源，低碳設計也能很好地解決這些問題。在這方面，要保證住房質量，就必須利用先進的科學和技術來思考碳效率的設計方法。此外，建筑風格盡可能與周圍環境融為一體，并創造一種自然的歸屬感。

2.2.2 開發新型能源

在當今世界，資源短缺已成為一個現實，主要趨勢是用新的能源取代傳統的不可再生能源。有幾種類型的新能源，如太陽能、水力、風能等。例如，今年剛剛發布的《建筑節能與可再生能源利用通用規范》規定，根據新需求，在新建筑物中安裝太陽能系統。

2.2.3 追求良好的生活環境

隨著人們消費能力的提高和生活水平的提高，住房變得新的，建筑部門的發展速度加快。在融入市場的過程中，人們不再滿足于尋求庇護所來保護他們，而是尋求改善他們的生活質量。低碳設計需要持續關注人們的需求和習俗，避免形式主義，不局限于建筑的的多樣性，更多地關注內部的和細節。例如，調整建筑物內的溫度和濕度，靈活適應人口的不同條件；建筑材料完好無損，確保居民的身體健康，同時促進生活舒適；通風和照明。當然，這三個要點不足以概括低碳建筑設計的全部內容，但作為其最重要的要素，它們仍然是在建筑業應用低碳概念的重要指南。與此同時，環境材料和資源養護是碳碳概念的最重要組成部分。

3 我國低碳建筑設計發展的現狀

隨著社會經濟的不斷進步和環保意識的加強，低碳理念的設計逐漸被人們日常生活所采用，更加重視低碳生活。傳統建筑使用資源相對粗放，有時候會存在資源浪費現象，這與國家和社會的發展不相符，也與人們的意識不匹配。在建筑設計過程中充分應用低碳環保技術可以解決這個問題，給建設單位帶來一定的經濟效益和社會效益。

在低碳設計理念下，建筑設計更注重一些綠色材料和低碳能源的應用，在建筑施工過程中更應注重可再生資源的利用，其中研發加強節能技術、環保技術和低碳能源技術的推廣。對于建筑行業來說，最重要的是實現綠色資源的合理利用，最大限度的利用，避免對周邊環境和人居環境造成破壞。實現綠色低碳項目建設，積極改進創新節能技術，加強建筑低碳排放體系建設，高度重視建筑各環節，實現建筑碳排放控制，進而推動可持續發展，最終達到節能減排的目的，有效推動房地產業的發展。

4 建筑工程設計當中節能設計的原則分析

4.1 合理的應用節能技術

在建筑工程的設計過程中應用節能技術非常重要。需要相關人員對設計原則進行深入分析，根據節能技術的不同設計原則和特點，合理開展節能設計工作，使節能技術發揮自己的作用。設計人員應對節能技術進行相應的分析，結合工程實際情況進行結構技術合理性、適用性、經濟性、可實施性進行評判，避免在設計工作中因對技術條件了解不足而影響節能設計的質量。

4.2 客觀科學原理分析

客觀科學原則在設計工作中發揮著重要作用。相關人員在開展設計工作時，應分析實際情況，探索客觀科學原理，掌握客觀科學原理，并確保在實施工程時能夠嚴格遵循這些原理。

實際工作中，所有項目不會是完全類同的，而是各自有著各自項目的特點，這就要求設計工作中需要結合本項目的特點進行有針對性的分析。準確、完整地收集項目資料，包括地理環境、氣候等等，進行科學嚴謹的分析與計算，才得到客觀正確的結果。

4.3 適當技術超前原則

適當技術超前原則在當前建筑工程設計工作中占有重要地位。在節能技術日新月異的今天，只有按照適當技術超前原則進行，才能保證方案的合理性與適應性。

5 節能設計理念的要點

5.1 環境的融合

在建筑規劃階段，要充分體現節能設計理念，這是應用節能設計理念的關鍵。在建筑規劃中，設計師要對建筑環境有深刻的認識，將建筑環境與建筑規劃相結合，這是體現綠色節能理念的重中之重。必須將建筑所在環境的氣候、地形、風向、光照、水文、土壤等因素融入建筑設計中。對這些因素的全面了解，將有助于提高節能建筑設計理念的應用質量。

例如，我國北部的氣候條件具有冬長夏短的特點。在北方建筑中，供暖是一項基本功能要求，而北方城市供暖主要以集中供暖為主，因此在建筑設計中應充分考慮這一要求。同時，結合環境因素可以看出，北方地區的日照條件通常非常好。因此，在應用節能設計理念時，首先要考慮優化供暖需求，減少供暖時間，體現節能理念，充分利用日照條件，改變建筑朝向，有利于縮短采暖時間。事實上，我國北方的民用建筑一般都是南北向排列的。在這種布局中，可以利用太陽能來滿足室內供暖需求，從而減少化石能源供暖的使用，體現了環保節能的設計理念。同樣的節能理念也體現在南方民用建筑中。與北方冬季采暖需求不同，南方住宅更注重通風需求。因此在設計中選擇了季風環流的方向，以滿足夏季通風散熱的功能需求[2]。

5.2 材料選擇

在建筑設計中體現環保節能理念，注重材料的選擇，而節能材料的選擇是節能理念的主要體現。節能建筑材料包括外墻材料和內墻材料，建筑外墻材料主要是圍護結構的材料，一般合成保溫材料是主要選項。在選擇節能內部材料時，應更加注重材料的美觀性，應減少使用純木質材料，更多選擇環保的合成材料。

6 建筑設計中運用節能理念的路徑

6.1 基于功能需求的節能設計理念

在建筑圍護結構設計中運用節能理念具有明顯的優勢，因為圍護結構作為建筑的參照部分，為建筑提供了基礎的功能要求。在實際設計過程中，需要結合建筑的功能需求和環境因素來表達建筑的節能設計理念。設計前要從根本上明確外部環境條件，采用與環境相融合的節能設計，如布局設計、綠化設計、高度設計等。為突出節能設計理念，在設計前需要制定節能設計的基本目標，并對使用化石燃料供暖的建筑的成本和環境污染進行計算，對室內通風、空調、空調等能耗進行準確計算等。設計中選用透明材料作為建筑圍護結構的主要材料，優化圍護結構中透明材料的遮陽比，并根據采暖、通風的功能要求選擇合適的窗面積比例等等。

6.2 基于環境因素的節能設計思路

建筑節能理念的應用應充分考慮地域差異、環境差異和文化差異，選用節能材料。以建筑幕墻為例，在寒冷的北方選擇建筑幕墻時，隱框幕墻是主要材料，如果選用明框幕墻，材料必須以隔熱鋁合金型材為主要材料，對熱工性能要求高。在其他地區，在選擇建筑幕墻時，主要采用明框幕墻，尤其是南方地區，對散熱性能的要求更高。在幕墻設計中，不僅要突出框架結構的造型，還要突出幕墻的玻璃材質。如果在設計中選擇了非透明幕墻，則非透明幕墻的材料應以鋁板和石材為主，同時還必須設計隔熱。在材料內部添加50mm玻璃棉可以提高面板材料的隔熱性能和玻璃棉的密度達到16kg/m3以上，幕墻的傳熱系數控制在0.7～0.9范圍內W/m2.K.對于非寒冷地區的非透明幕墻材料，其傳熱系數應小于1.5W/m2.K，以免浪費熱資源。

6.3 基于信息技術的節能設計思維

信息技術在建筑設計中有著廣泛的應用。信息技術在建筑設計中具有多樣化、多角度、多層次的應用場景。

BIM技術用于在設計前對設計參數進行標準化，優化建筑結構，模擬節能效果。在設計中，多維模型用于發現設計問題、共享設計計劃并對其進行細化設計參數，從所有元素、流程、環節的設計角度，展現綠色設計理念。

運用信息技術的設計思維，在設計建筑內部系統時，利用智能系統實現對能耗的實時監控。使用頻率低時，智能系統可自動關閉能源系統，使用頻率高時，智能系統可根據需求優化調整能源系統，減少能源浪費消耗。比如：在大型公共建筑中，能源浪費是非常嚴重的現象，而傳統的人力管理難以做到細節滲透。智能系統的應用往往可以代替人工，隨著時間的推移調節中央空調的溫度，根據需求，實現能源的合理利用。

隨著互聯網和人工智能技術的普及，自動智能控制系統在建筑設計中具備了應用條件。在建筑設計過程中，要充分考慮建筑運營階段的節能管理問題，改變傳統設計，運用智能技術，提高建筑運營過程中的節能水平，降低建筑整體能耗和提高建筑物的經濟效益和社會效益[3]。

6.4 建筑立面遮陽一體化設計

目前大多數的高層住宅的外立面造型設計與遮陽設計在程序上是分離進行的。在進行外立面設計時，往往是通過聚苯板或混凝土凸起進行立面線條造型，更簡單的還有通過墻面的涂料顏色不同進行立面造型區分；在遮陽設計時，往往是在住宅主體完成后，在預埋件上加入混凝土遮陽板。這樣單一分離的設計方法，會造成建筑立面效果大打折扣，安全隱患大大增加。對建筑立面遮陽優先采用一體化設計策略，能夠使各個設計元素之間更加統一化，使它們的藝術性和功能性在高層住宅設計中發揮最大的價值。

高層住宅建筑立面遮陽一體化設計手法一般有開口片段式形態和表皮式形態。開口片段式形態是指在高層住宅建筑立面通過一體化設計后，立面造型線條效果呈現水平式、垂直式或點式效果。住宅項目的外遮陽設計可采用水平遮陽板，通過一體化設計，將遮陽板水平連續布置，呈規律的在立面上進行大小和位置變化，在水平方向上形成了“水平遮陽-窗戶-水平遮陽”的水平式開口片段式形態，通過對開口片段的局部水平垂直放大或縮小，形成了有規律的立面組合，使原本單一的立面陽臺造型更加具有辨識度和層次變化。

7 低碳概念下建筑設計要點

在建筑設計中，低碳設計是社會和歷史發展的必然趨勢。目前，建筑業需要在這一技術的支持下建立正確的認識，優化利用資源，以尋找符合低碳設計的建筑設計。設計者應考慮到多種因素的影響，并設計低碳綠色建筑以適應當代發展的需要。

7.1 體型設計

正確設計建筑形體有助于減少碳排放。在這一階段，整合后的建筑設計應當從低碳環境角度來理解。建筑規模與形體作為規劃的一部分，在不影響建筑的自然通風的前提下優化，以便更好保持溫度控制，有效降低建筑能耗，以期實現建筑的可持續發展以及實現綠色城市的目標。由于我國幅員遼闊，不同地區的氣候不同，建筑類型不同，建筑要求自然不同。設計者應在設計過程中充分考慮到這一點，應用低碳概念，改進設計水平，并從低碳角度將其作為確保建筑質量和改善環境性能的重要手段。

7.2 空間設計

在建筑設計期間，空間設計成了人們關注的焦點。雖然建筑設計的空間設計充分考慮到人類的空間需要，但空間設計也可以更好地滲透到低碳概念。在設計空間設計過程中，設計者必須通過對空間的形成、大小和形狀進行必要的研究和比較，評估空間對人的日常生活的脆弱性和影響，同時考慮到環境、節能和減少能源需求，以便為所有人取得合理和有利可圖的結果。

7.3 材料設計

建筑材料對建筑工程的質量產生重大影響，應將低碳設計充分納入建筑材料的選擇，同時仔細評估項目成本投入與社會經濟效益之間的聯系。

實施低碳建筑設計需要在設計階段充分吸收低碳概念，并保持低碳思維，以協調建材的配置。也就是說，建筑機構應考慮在經濟、綠色、環境和低消費等原則的基礎上設計建筑材料，同時高度重視各種性能要求，例如材料的強度、有效性和穩定性，并深入考慮選定材料對人民日常生活的影響。建筑材料的數量必須適當，必須符合合理的經濟原則。一些建筑材料受到外部因素的嚴重影響，如退化和損壞，嚴重影響了工程質量。因此，在建筑材料的設計中，應考慮到材料中可能發生的多種變化，以避免與部件部分接觸時材料損壞。在另一方面，應注重建筑材料的儲存和保護。同時建筑可以將一些可回收利用的材料納入建筑設計，確保建筑材料的回收和資源的再循環。

8 結語

綜上所述，發展低碳綠色建筑是中國建筑業走上健康發展的必由之路，在科技高速發展的同時，設計理念也煥發生機，借助數字化工具，為中國建筑業低能耗、可持續、高質量、節能減排奠定基礎。新時期的低碳綠色建筑理念，在提高人們居住水平的同時，降低能耗，減少碳排放，還能極大改善建筑內部的舒適環境，真正達到人與自然的和諧共生。