關于在建筑工程設計中應用低碳理念的思考與研究

丁福峰

雄安城市規(guī)劃設計研究院有限公司 河北 容城 071700

在社會經濟快速發(fā)展的背景下，低碳建筑、綠色建筑逐漸成為建筑領域中的主旋律，國家多次強調將低碳理念貫徹于建筑工程設計中，實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排等目的，保護自然環(huán)境、確保人們的身體健康。

1 低碳建筑簡述及建筑低碳設計的必要性

1.1 低碳建筑簡述

1.1.1 低碳

低碳意指較低的溫室氣體排放。在全球經濟化背景下，工業(yè)迅速發(fā)展、人口提升，人們對資源的索求越來越大，同時由于社會發(fā)展及人們生活對資源消耗的不節(jié)制，使得生態(tài)環(huán)境面臨的問題愈加嚴重，二氧化碳的排放量劇增，臭氧層持續(xù)遭受著破壞，已對人們的正常生活產生了威脅，全球經濟發(fā)展也因受到來自生態(tài)環(huán)境惡化的約束，而大打折扣[1]。

1.1.2 低碳建筑

低碳建筑指在建筑材料、設備制造、建筑物使用的整個生命周期內，減少化石能源的使用，達到控制二氧化碳的目的，低碳建筑在當今時代中，已成為世界范圍內的主流。

1.1.3 低碳建筑的價值

建筑是一個能源消耗主體，在消耗資源的同時會對環(huán)境造成影響。據相關數據統(tǒng)計，世界范圍內有50%的能源消耗于建筑，并且我們從自然界獲取的所有資源有50%以上也是應用于建筑及附屬設施。雖然道路、隧道等無法用綠色建筑來評價，但居住建筑、辦公建筑等對資源的利用是周而復始的。

建筑所產生的光污染、水污染等在環(huán)境污染中的總占比為1/3，而由人類制造的垃圾中，建筑垃圾占比為40%。對發(fā)展中國家來講，人口大量集中于城市，除對城市施加壓力外，也使城市的各項基礎設施面臨較大壓力，消耗的能源持續(xù)增加，而當前又面臨資源匱乏的困境，兩者間逐漸形成矛盾[2]。

1.2 建筑低碳設計的必要性

1.2.1 降低建筑能耗

大量的能源消耗已經使建筑與時代發(fā)展出現(xiàn)不協(xié)調之處，而任何事物都需緊跟時代的發(fā)展腳步，否則便會被淘汰。因此，在能源匱乏背景下，低碳建筑誕生并快速出現(xiàn)于人們的視野中，低碳建筑可顯著降低建筑的能源消耗，有學者針對此進行過研究，將普通建筑與低碳建筑的能耗進行數據對比，研究結果顯示，普通建筑不論是在施工亦或者使用中，造成的能耗都比低碳建筑要高出30%，而造成的污染也比低碳建筑高出25%。這一數據的直觀比對，為低碳建筑的發(fā)展提供了助推力，將低碳理念貫穿于建筑設計中，科學管控能源與碳排放[3]。

1.2.2 建筑藝術設計的需求

在經濟水平持續(xù)提高的時代背景下，人們對建筑的要求不再局限于質量上，轉而在審美上提出了一系列的要求，而以往的建筑室內外等各部設計都以商品化為原則，忽略了建筑本身的藝術性。而低碳設計卻強調要與環(huán)境融為一體，提高建筑與環(huán)境的協(xié)調性，建筑中往往有當地文化、風俗等內容相關的設計，不僅提高了建筑本身的藝術性，同時也助推了地方建筑的發(fā)展。

1.2.3 響應綠色建設的號召

在物質、精神都得到滿足的情況下，人們開始重點關注自己的身體健康，人們希望自己的家不會對自己身體產生負面影響，而低碳建設、綠色建設便是自身健康的一道保障。低碳理念風潮已在世界范圍內流行了多年，在我國國內也受到了較高的重視，并且在國家部分政策中可見低碳環(huán)保的影子，特別是國家在建筑方面的規(guī)劃，號召綠色建筑、低碳建筑，各建筑企業(yè)應當積極響應。建設設計人員要明白低碳設計的價值與必要性，將低碳環(huán)保、綠色建設落實于工程設計中[4]。

2 低碳理念在建筑工程設計中應用須遵守的原則

在社會持續(xù)發(fā)展背景下，各方對低碳的研究越發(fā)深入，低碳環(huán)保技術、機制等愈加成熟，但低碳理念應用于建筑中，需要遵守相應的原則，才能夠確保建筑低碳設計的合理性、科學性，形成高效能的低碳建筑。

2.1 確定建筑間距

對建筑而言，朝向與間距都能夠產生較大影響，比如建筑通風、采光等方面，與室內體驗有直接關聯(lián)。合理實際的建筑間距，能夠保證室內空間足夠的光照，而良好的通風設計，可在與一定程度上取代空調，合理確定間距的建筑便具備了節(jié)能的優(yōu)勢。

2.2 賦予建筑保溫能力

在我國建筑工程設計中，首先考慮的因素便是建筑的保溫能力。低碳理念在建筑設計中的進一步體現(xiàn)，即是令建筑具有保溫能力，這可大量減少建筑所消耗的資源。低碳理念應用于建筑保溫層設計中，第一步應當是選擇高質量的材料，高質量材料不僅保溫性比較高，并且有較強的穩(wěn)定性，可改善墻壁冷凝問題。另外，應當縮小窗戶的面積，在保證正常通風的前提下，避免冷空氣過多的涌入，對建筑保溫性提升有較大幫助[5]。

2.3 建筑形式設計

建筑本身便是一道亮麗的風景線，對建筑來講，進行降溫或提溫，都需要消耗大量的能源，以及排放二氧化碳，這加劇了全球氣候變暖。為此，應從建筑形式設計入手，提高建筑的降溫與提溫能力，控制碳排放。須根據工程項目實況及真實的形體數據，來確定建設方案，規(guī)范設計才可達到上述形式設計的效果。

3 低碳理念在建筑工程設計中的應用

3.1 優(yōu)化建筑結構

建筑結構是建筑穩(wěn)定的決定性因素，利用低碳理念更新建筑結構設計方式，在保證建筑節(jié)能的基礎上，控制建筑對環(huán)境的破壞、污染，因此推動建筑結構優(yōu)化，對建筑而言十分關鍵。根據我國目前建筑工程施工現(xiàn)狀來看，工程結構大多都是鋼筋混凝土，在施工中需要消耗大量的水泥、石料等不可再生資源，造成大量的資源浪費，與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。因此，在貫徹落實低碳理念時，應當綜合考慮資源的應用，以及環(huán)境保護，探究通過鋼結構體系代替鋼筋混凝土結構的可能性。此外，建筑設計人員在設計中，應當對自然資源進行充分利用，比如利用太陽光滿足建筑采光要求，利用自然風滿足建筑通風要求等[6]。

3.2 建筑朝向設計

在建筑工程設計中，朝向設計也是重點內容，這是為建筑提供充足通風與采光的前提，合理設計建筑朝向，保證建筑的通風與采光。建筑設計人員在設計中，須綜合考慮在不同季節(jié)中受到日照的時間與強度大小，之后根據太陽實際照射角度進行圖紙設計，并以該日影像圖作為基本方向來進行建筑位置與方位的設計。在建筑位置確定后，設計人員還需以獲取最大程度的太陽熱能來進行建筑朝向的設計，大多建筑都會選擇朝南坐北的建設方案，而開窗設計中，宜南面大開窗、北面小開窗，這種建設方式，能夠得到最大程度光照及最佳的通風效果。

3.3 持續(xù)優(yōu)化外墻技術

建筑外墻主要是指建筑圍護結構部分，這同樣也是建筑中整體能源消耗最大的部分，對部分工程進行調查，得知這部分能源消耗占比平均能達到30%以上，因此，這部分施工是造成能源浪費的主要內容。從目前建筑領域實況來看，鋼筋混凝土結構依然是外墻建設的主流形式，雖然這一結構有著較強的保溫性，但在實際應用中卻表現(xiàn)出短壽命的缺陷，對建筑質量有較大的負面影響，特別是高層建筑，對其經濟、安全等方面都存在嚴重影響。在這一結構外，玻璃棉聚苯乙烯泡沫也是應用比較廣泛的保溫材料，它的缺陷在于抗震性比較差，這是局限了它進一步覆蓋的主要因素。此外，能夠對外墻結構質量形成影響的還有冷橋現(xiàn)象，在外墻設計中，設計人員應當在確保外墻結構質量、保溫性外，給予冷橋現(xiàn)象足夠的重視，制定相應的策略進行預防[7]。

3.4 技術創(chuàng)新

推動技術創(chuàng)新，開發(fā)建設新工藝、新材料，深度貫徹低碳理念，發(fā)展綠色建筑。比如木結構填充巖棉等技術，在低碳理念下，這些技術在建筑中得到了良好的應用，對控制建筑碳排放提供了較大幫助。并且，技術創(chuàng)新大多以當前存在的問題為研究對象，這有效提高了建設質量，比如建筑水資源浪費問題，在得到社會高度重視后，建筑水循環(huán)系統(tǒng)被開發(fā)，從實際應用效果來看，這是實現(xiàn)水資源最大化利用的有效途徑。

3.5 控制照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)是建筑獲取光亮的重要途徑，在對照明系統(tǒng)進行設計時，應當盡可能選擇高效工具、低耗電器械，同時根據建筑布局，設計照明路線。照明系統(tǒng)的控制可選擇光控、聲控等趨于智能化的控制手段，盡可能控制能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

3.6 提高空間利用率

圍繞低碳理念展開建筑設計，可從建筑空間布局入手，提高空間的利用率，高效利用空間，減少建筑總體面積，尤其是大型居住建筑，若是能夠提高空間的利用率，就能在一定程度上控制住房的面積標準，進而降低建筑對能源的消耗，并且，這是建筑實現(xiàn)良性循環(huán)的可靠途徑，在增加建筑壽命的同時，減少了建筑產生的垃圾。

在建筑工程設計中，以低碳理念為基礎，盡可能提高空間利用率，縮減建筑面積總需求，控制建筑總面積，達到減少能耗的目的；從再生資源利用角度進行思考，此途徑可大量減少垃圾的產生，符合綠色建筑標準[8]。

3.7 加大對低碳材料的引進及應用力度

在建筑設計中，工程設計人員應當積極使用低碳材料，合理應用低碳材料能夠使建筑更加環(huán)保，對低碳理念在我國建筑領域中的發(fā)展有助推作用。我國建筑領域在進入新時代后得到了快速發(fā)展的契機，建筑類型越來越多、建筑質量越來越高，而相對應的建筑材料也在不斷更新，各種新式建筑材料出現(xiàn)在市場上，在施工時可根據需求進行選擇，在低碳理念快速普及的背景下，低碳方向的材料研發(fā)工作也愈加活躍，甚至有部分建筑材料廠商設立有專門研究低碳材料的工作室、部門。目前的建筑材料市場中，已存在多類型的低碳材料，設計人員在建筑工程設計時，須提前對材料市場進行一定的調研，而后根據工程對質量、性能等方面的要求，合理選擇低碳材料，保證工程設計的科學推進。

3.8 建筑和周邊生態(tài)的協(xié)調性

在社會經濟快速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)也進入新的發(fā)展階段，在低碳理念下，現(xiàn)代建筑應當注重與周邊生態(tài)的協(xié)調性，發(fā)揮城市的“面子”作用。在建筑工程低碳設計中，須實地考察周邊生態(tài)環(huán)境，盡可能實現(xiàn)人和資源的和諧共處，強化建筑性能、外觀和周邊環(huán)境的協(xié)調性，避免在建筑施工中、在建筑后續(xù)使用中對生態(tài)環(huán)境產生影響。若要達到這一目的，應在建筑選址的實地考察后，綜合生態(tài)環(huán)境、工程建設目標等條件進行考量，找到建筑和生態(tài)環(huán)境間存在的聯(lián)系，提高建筑與生態(tài)環(huán)境的契合度，保證建筑在施工、使用中都可以達到良好效果。

4 將建筑一體化設計和可再生能源技術相結合

4.1 光和熱建筑的一體化

能源已成為時代的焦點話題，新能源開發(fā)工作在世界各地都在緊密推進中，目前應用最廣泛、效果最佳的新能源便是太陽能，收集太陽能存儲為熱能形式，再進行利用是能源節(jié)制使用的可靠途徑。收集太陽能須使用集熱器——一種把太陽能變成熱能的重要設備。在光和熱建筑一體化設計中，主要內容也是集熱器的設置，它可實現(xiàn)科學協(xié)調建筑與周邊環(huán)境的關系，在集熱器安裝時，最佳位置應當是建筑向陽面，安裝操作相對比較簡單。

4.2 光伏建筑的一體化

光伏建筑，也是目前綠色建筑中常見的一種形式，把光伏和建筑合二為一，不僅控制了碳排放，同時也實現(xiàn)了節(jié)能。其工作模式為：首先把收集的太陽能通過設備轉換成直流電，而后通過轉換器調整交流電、直流電，最后供給人們的生活所需。另外，在光伏建筑中，選擇光伏組件雙面玻璃進行幕墻的設計，可顯著提高能源的吸收率[9]。

4.3 風能建筑的一體化

在節(jié)能減排建筑中，若從經濟角度出發(fā)，效果最佳的是風能建筑。風能建筑一體化模式，可明顯降低成本，提高資源的利用率。就低于5KW的設備來講，在不同市場，同樣的設備有不同的價格，在選擇時須綜合考慮是否合適；而高于5KW,低于50KW的設備，重點在于是否能夠合理分配能源，這是風能建筑效能的決定因素。

4.4 碳補償方式

目前，節(jié)能減排和低碳環(huán)保理念都已有一定的發(fā)展歷程，在建筑中貫徹這兩個理念，能夠有效控制能源消耗，并提高資源的利用率。碳補償也稱為碳中和，碳補償被認為是在清潔發(fā)展計劃后的，能夠有效控制碳排放的一個約束機制。

5 總結

綜上所述，本文闡述了低碳建筑及低碳設計的必要性，而后客觀分析了建筑工程低碳設計須遵守的原則，建筑設計人員須從優(yōu)化建筑結構、建筑朝向設計、技術創(chuàng)新、提高空間利用率等入手展開低碳設計，最后闡述了將建筑一體化設計和可再生能源技術相結合落實于實際設計中，推動建筑工程設計的低碳發(fā)展。