高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用分析

張晨霞

(基準方中建筑設(shè)計股份有限公司太原分公司，山西 太原 030000)

目前，低碳設(shè)計理念正在逐步融入人們的日常生活，隨著建筑設(shè)計的發(fā)展，建筑低碳理念已然成為未來發(fā)展的趨勢[1]。低碳節(jié)能理念就是利用最低的能源，獲得最大的利益，同時也將對周圍的環(huán)境造成的損害和污染減到最低[2]。低碳建筑是指在建筑材料和裝置生產(chǎn)、施工制造以及在建筑物應用的全部生命周期內(nèi)，降低使用化石燃料總量，以提升生產(chǎn)效率，并使CO2排放量有效降低。在全國CO2排放總額中，建筑所產(chǎn)CO2量幾乎超過了50%，這一比率已經(jīng)大大超過了交通運輸與制造業(yè)等領(lǐng)域，所以為建筑節(jié)能減排是低碳節(jié)能中的重要一環(huán)。在推行綠色低碳的建筑設(shè)計理念的同時，還必須采用現(xiàn)代的科技手段，利用不同的資源，以增加使用效率，盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的影響，從而改善房屋的品質(zhì)，為人們營造一個舒適的居住空間。

1 高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用概況

1.1 高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用情況

由于環(huán)境危機和能源危機的雙重影響，許多國家都在加速發(fā)展節(jié)能型住宅。21世紀，以可持續(xù)發(fā)展概念來界定的低碳住房，旨在為居民創(chuàng)造更美好的生活空間和生活方式[3]。目前，相關(guān)部門已發(fā)布《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，自2022年4月施行。針對國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，對能耗水平要求不斷提高，明確了碳排放強度，加強高層住宅建筑設(shè)計對低碳節(jié)能理念的運用勢在必行。作為建筑師，應當重視在高層住宅建筑設(shè)計中低碳節(jié)能理念的運用，利用可再生的資源，采用節(jié)能建筑環(huán)保材料等相關(guān)措施，改善建筑質(zhì)量，打造一個舒適的居住環(huán)境。

2 高層住宅建筑設(shè)計中低碳設(shè)計原則

2.1 生態(tài)原則

在建筑物的設(shè)計中，應當優(yōu)先考慮太陽光、地熱量等可再生資源，盡可能把建設(shè)余電和廢熱加以再利用；在人工照明中，盡可能多地引進自然光，就是在選用燈具和照明光源的過程中盡量考慮產(chǎn)品的耐久度和高效程度；在改變建筑的供熱環(huán)境的過程中，必須結(jié)合能源供應要求的實際需要，做好供冷、暖方面的可行性選擇；注重對房屋周圍的環(huán)境管理，保證房客在入住過程中陽光通風情況良好。

2.2 無公害原則

建筑材料的使用，是造成環(huán)境污染的一個主要原因。因此，在進行住宅建筑設(shè)計時，應從不同的建筑材料中選擇合適的材料，以達到改善節(jié)能效果的目的。在此期間，必須嚴格遵守無公害的方針，避免因污染而造成的危害，所選用的建材不能釋放諸如甲醛之類的致癌物。

2.3 節(jié)約美觀原則

首先，我國的可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴重的問題。要想減少建筑施工成本，提高建筑施工的環(huán)境效益，必須采用各種建筑施工方法，提高建筑施工的材料利用率，降低各種物料用量。其次，在低碳設(shè)計中也要注意審美的基本原理。建筑美學是居住建筑的主要組成部分之一。建筑師必須勇于突破傳統(tǒng)的建筑形式和方式，采用新穎的節(jié)能環(huán)保的設(shè)計理念，給人們帶來最好的視覺和心理上的享受。

3 高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用理念

3.1 利用可再生的資源

建筑師不僅要注重造型和設(shè)計，還要考慮到周圍的地質(zhì)條件、氣候條件、水文條件等因素，利用各種先進的技術(shù)手段。高層建筑中利用可再生能源所使用的數(shù)量很少，且適應性也較差。因此能夠很簡單地使用地源熱泵、太陽能專用熱水等。但只有少數(shù)在裙房和少數(shù)樓層應用。大型高層建筑使用的可再生能源技術(shù)并非特別有利，但也可能少部分可以利用，而大中型高層建筑所能使用的可再生能源技術(shù)則包括。

1)裙樓屋頂使用的太陽能熱水系統(tǒng)：主要使用在商業(yè)辦公一類建筑物，其生活熱水供應量較小，因此可大大減少集熱板的鋪設(shè)。

2)地源熱泵技術(shù)：可根據(jù)樁基埋設(shè)土壤換熱器，可解決埋管鋪設(shè)面積不足的問題?？梢栽谌箻鞘褂?，或是使用于冷輻射吊頂。

3.2 采用節(jié)能環(huán)保建筑材料

3.2.1 環(huán)保墻體材料

目前市場上有一種新型A類不燃性無機活性墻體保溫材料，是一種環(huán)保節(jié)能的墻體保溫相變節(jié)能主產(chǎn)品，具有保溫、隔熱、防火、輕質(zhì)、隔音、防水、抗裂、抗空鼓、抗脫落等多種性能。冬季可提高室內(nèi)溫度6～10℃，夏季可降低室內(nèi)溫度6～8℃。并達到國家節(jié)能75%的要求。

3.2.2 環(huán)保墻面裝飾

草壁紙、麻壁紙、紗壁布等產(chǎn)品具有保濕、驅(qū)蟲、保健等多種功能。防霉壁紙經(jīng)過化學處理，消除了空氣潮濕或室內(nèi)外溫差大時的發(fā)霉、起泡、發(fā)霉現(xiàn)象，表面柔軟，透氣性好。

3.2.3 環(huán)保管

與鍍鋅鋼管相比，環(huán)保型塑料給水管具有對人體無害、耐腐蝕、導熱系數(shù)低等優(yōu)點，受到人們的青睞。塑料金屬復合管是替代金屬管的高科技產(chǎn)品。它的內(nèi)層和外層由高密度聚乙烯制成，中間層由鋁制成。它兼具塑料和金屬的優(yōu)異性能，不生銹，不污染環(huán)境。

3.2.4 環(huán)保涂料

海苔泥，是一類主要由海苔礦物所組成的粉狀裝飾水泥涂料，綠色無光污染，功能有呼吸調(diào)濕、吸聲減燥、墻面自潔、隔熱、降低光污染等多種功能。它是乳膠漆、壁紙等普通建筑材料無法比擬的，象征著建筑材料的發(fā)展。

3.2.5 環(huán)保照明

光導照明系統(tǒng)的工作原理是通過照明裝置收集室外自然光并引入系統(tǒng)。漫反射器經(jīng)過光導裝置的強化和高效傳輸后，將自然光均勻地引入室內(nèi)任何需要光線的地方。從黎明到黃昏，即使是雨天或陰天，照明系統(tǒng)引入房間的光線仍然非常充足。

節(jié)能環(huán)保建材行業(yè)具有很大的政策優(yōu)勢。目前，國務(wù)院和聯(lián)合國都在倡導綠色建材，并相繼出臺了相關(guān)優(yōu)惠政策。節(jié)能環(huán)保建材的原料來源廣泛，價格低廉。與傳統(tǒng)的原材料相比，不會出現(xiàn)斷貨和物流成本高的問題。節(jié)能環(huán)保建材價格便宜，但質(zhì)量一點也不馬虎。使用壽命一般比傳統(tǒng)工藝要長，最重要的是不用擔心產(chǎn)品有什么不好的副作用。市場空間會越來越大。目前，大型房地產(chǎn)開發(fā)商越來越重視節(jié)能環(huán)保材料的供應和使用。需求供不應求，城市擴張、改造、農(nóng)村發(fā)展都是市場開放空間。

4 高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用策略

在節(jié)能型住宅的設(shè)計與施工中，除了要大力推行節(jié)能、節(jié)能的施工材料外，還要考慮到該地區(qū)的氣候、地理環(huán)境等因素，確保住宅的規(guī)劃與設(shè)計的科學性與合理性，特別是采取適當?shù)脑O(shè)計，為人們營造節(jié)能、舒適的生活環(huán)境，真正打造出低碳建筑項目。

4.1 建筑朝向

在低碳居住設(shè)計中，要對該地區(qū)的氣候和環(huán)境進行調(diào)研和研究，對當?shù)氐年柟鉅顩r進行詳盡的了解，并對房屋的位置和方向進行適當?shù)囊?guī)劃，確保了所有的高層建筑都有充足的日照。為了確保建筑的朝向設(shè)計，在選擇居住時要充分考慮到周圍的環(huán)境因素，防止盲目增大房屋的體積，從而降低日照時間和光照的強度。在某一區(qū)域，即使是同一棟房屋，由于其朝向的差異，其日照和熱量損耗也各不相同，因此，在選擇房屋的方向時，必須考慮當?shù)氐臍夂颦h(huán)境和日照條件。通過對區(qū)域的日照高度角度的分析，確定了日照聲的區(qū)域，確定了方向的合理，并適當增大了朝南的窗口。另外，向東和向北的窗子的面積也要相應地減小，這樣可以最大限度地利用太陽能。

4.2 建筑體型

在高層住宅建筑中，圍擋墻的能量損耗是相當大的，約占到了總能源消耗的25%，暴露在外的區(qū)域會增加其能源消耗。住宅的外形尺寸對它的暴露面積有很大的影響，而體積系數(shù)越大，它的能量消耗越大。由于圓錐體的圓周長度小，可以有效地減小暴露區(qū)域，因此，許多外國的高層建筑都是使用這種形式的。所以，在高層住宅的結(jié)構(gòu)形式上，應該盡可能地簡化其外形形態(tài)，以降低能量損耗。

4.3 平面設(shè)計

4.3.1 平面開口設(shè)計

在高層住宅建筑中，其內(nèi)部的空氣流通與整體的開放空間有著緊密的聯(lián)系。住宅建筑中的南向開放部位會對室內(nèi)的通氣有很大的影響，所以應該提高其開放面的通透度；這樣就可以在房間里產(chǎn)生一股氣流。在南、北方向上，若有一條通道與其平行，在一條線上，可以使空氣呈線性的流向，其他的偏移方向上的流速相對較低。然而，以上結(jié)構(gòu)形式雖然可以明顯提高穿堂空氣的強度，但其內(nèi)部的空氣流動卻不均衡，從而會對室內(nèi)的舒適性產(chǎn)生不利的作用；特別是在夏天，應該盡可能地保證房間里的空氣流通，這樣才能讓風能更好地促進室內(nèi)的空氣流通。在平面位置，風向和進風口、出風口位置不能在同一軸上，這樣就可以在室內(nèi)產(chǎn)生一個穩(wěn)定的空氣流動，從而使空氣在房間中的擴散和分布更加均勻。

4.3.2 平面體形設(shè)計

利用自然資源通風是實現(xiàn)節(jié)能的最佳方法，所以在設(shè)計建筑物朝向時應充分考慮到這一點，將建筑物大立面應面向夏季主導風向，小立面對著冬季主導風向，使建筑表面形成足夠的壓力差，以便在開啟窗戶后形成穿動氣流，可以有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

4.3.3 平面區(qū)域的合理劃分

在我國許多地區(qū)，居住建筑在夏天的時候會出現(xiàn)大量的能源消耗，為了降低室內(nèi)的溫度，必須確保自然的通風，最大限度地降低空調(diào)機的能源消耗。室內(nèi)隔板的平面布置方式會對室內(nèi)的空氣流通有很大的影響[4]。

4.4 剖面設(shè)計

長期以來，人類始終把使用自然通風方式視為創(chuàng)造良好居室條件的重要手段。而建筑物內(nèi)自然通風的獲得則大多依托于建筑設(shè)計平均風壓這一關(guān)鍵因素。風洞試驗結(jié)果表明，當風面向房屋所刮來時，在對房屋遮擋的作用下，就會在房屋迎風口一側(cè)產(chǎn)生正向壓強；與背風一側(cè)所造成的負壓強間的差額推動空氣流動，因而獲得一定的通風作用。

對大多數(shù)高層建筑來說，由于具有較長的通風路線，這樣所產(chǎn)生的空氣阻力也就比較大，因此單純地使用風壓以及熱壓并無法達到實際要求，而針對這些狀況，通常都會選用機械輔助式的自然通風系統(tǒng)，通過室內(nèi)空氣循環(huán)途徑加上適當?shù)膲嚎s空氣處理方法和機械輔助效果，達到高層建筑通風目的。

4.5 立面設(shè)計

首先，采用立面顏色設(shè)計。在高層住宅的外立面上，可以采取立體的綠色設(shè)計。例如，可以在墻體上設(shè)置種植臺、花架等，配合墻壁的裝飾，提高景觀的效果；還可以設(shè)置自動噴灑裝置，以形成綠籬，并在框架與墻壁之間的空氣相對而言較為潮濕；在提供良好的空氣流通環(huán)境的前提下，可以起到遮陰作用。科學合理地利用當?shù)氐淖匀画h(huán)境和地理環(huán)境，能夠進一步確認高層建筑與各種外部因素之間的聯(lián)系，從建筑布置、建筑朝向、道路交通、相鄰建筑、綠化布置等方便展開設(shè)計分析，進一步提升高層建筑立面組織設(shè)計合理性。在進行方案設(shè)計時，應充分考慮城市周圍的環(huán)境，對高層建筑整體的造型、立面風格、色彩等進行科學規(guī)劃，使建筑整體風格與功能與城市的主環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

其次，室外幕墻遮擋。夏天高溫會對高樓的遮擋效應產(chǎn)生很大的作用，因此，在外立面的設(shè)計中，宜選用遮陽部件，并充分利用其對室內(nèi)的透氣效應，以防止太陽直接照射，防止大量的熱傳導進入到室內(nèi)；并起到了墻壁的遮陽作用。因此，在高層建筑的外立面上，可以采取窗戶遮陽、陽臺遮陽等建筑形式的設(shè)計。

再次，豎向通風結(jié)構(gòu)。自然通風對高層住宅的耗能有很大的影響，當其具有良好的自然通風性能時，可以將其排出體外，使其達到更好的居住環(huán)境。因此，在建筑設(shè)計中，在場地規(guī)劃、建筑布局、平面設(shè)計等方面，都要注重加強自然通風的導向，并在建筑的立面設(shè)計中加以強調(diào)，也可以采取導風的方式，例如在建筑的正面進行開口處理、設(shè)置導風器等[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，過去在進行建筑設(shè)計時，過分強調(diào)居住空間的舒適性和美感，而忽視了對環(huán)境的保護。在我國住宅項目建設(shè)中，為了提高建筑的能源效率和環(huán)境保護效率，必須在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入低碳概念，以推動建筑業(yè)綠色發(fā)展。在實際的工程設(shè)計中，要按照節(jié)能減排的設(shè)計理念，不斷地進行建筑設(shè)計改造，并運用各種節(jié)能技術(shù)，提高施工品質(zhì)，保證施工項目達到安全標準，推動施工企業(yè)朝著高質(zhì)量發(fā)展。為此，必須大力推廣高層住宅建筑設(shè)計中對低碳節(jié)能理念的運用，加大環(huán)保建材的使用力度，為人們營造一個舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境。