“雙碳”目標下公共建筑技術設計與實施途徑分析

文／周晉銳 湖南省第六公司有限公司 湖南長沙 410000

引言：

在全球范圍內，應對氣候變化的緊迫性日益凸顯。為了降低溫室氣體排放并實現可持續發展，許多國家和地區已經設定了“雙碳”目標，即減少碳排放至幾乎為零的水平。在建筑領域，公共建筑起著重要的作用，因為它們在能源消耗和碳排放中占據了重要的一部分。因此，探索公共建筑技術設計和實施途徑以符合“雙碳”目標是當今的一個關鍵課題。

1.全球氣候變化與應對的緊迫性

全球氣候變化已成為全人類面臨的一項重大挑戰。由于能源的過度利用和排放，溫室氣體的濃度增加，大氣溫度上升，極端天氣事件頻繁發生，冰川融化加速，海平面上升，生態環境遭受重創。事實上，從20 世紀80 年代至今的幾十年內，全球陸地溫度上升了0.18 攝氏度每10年，而海平面上升了4 毫米每年[1]。這些趨勢表明，人類必須采取緊急行動應對氣候變化，否則將面臨嚴重的環境和經濟影響。

2.建筑碳排放

建筑碳排放是指由建筑物在使用過程中產生的溫室氣體排放。溫室氣體包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等，這些氣體能夠吸收大氣中的熱量并向外散發，從而引起全球氣候變化。據估計，建筑部門約占全球二氧化碳排放總量的約40%，公共建筑是城市和社區生活的核心場所，因此對能源消耗和碳排放產生了巨大的影響。據估計，全球建筑部門所消耗的總能源約占全球能源總消耗的30%，而其中60%以上來自公共建筑[2]。此外，據預測到2025 年，全球建筑產業將成為碳排放最多的行業之一。因此，公共建筑領域的可持續發展對于全球應對氣候變化至關重要。其中公共建筑的碳排放占到了相當大的比例。建筑碳排放的主要來源包括能耗、材料制造和運輸、施工以及建筑物的維護和更新，詳見表1。

表1 建筑碳排放內容

3.近零能耗建筑

近零能耗建筑是指建筑物在整個生命周期內所消耗的能源非常低，幾乎可以實現凈零能耗的建筑[3]。這意味著這些建筑在能源需求方面非常高效，通過減少對外部能源的依賴，最大程度地利用可再生能源并采取高效的能源管理措施來滿足建筑內部的能源需求。

2019 年，《近零能耗建筑技術標準》提出了建筑室內環境參數與能源效率指標，但由于實際條件和多種因素，目前大部分新建建筑仍未實現“近零能耗”標準，只有少數地區實行了“零能源”建設。為了建設近零能耗建筑，首要任務是確保建筑內部各項參數和能源消耗達到相應的規范和技術要求。在設計過程中，建筑應與其自身有機地結合，采取增強節能隔熱、避免熱橋、實現自然通風、使用高效節能外墻和調節外遮陽等被動節能技術。由于不同地區的氣候和自然條件存在差異，可以充分利用自然條件，積極利用可再生能源，如太陽能、地熱能和生物質能來解決建筑的暖通、照明等問題，從而降低建筑的綜合能耗。在施工過程中，可以盡可能選擇超低能耗、高效節能的設備和綠色環保的材料，以降低設備的能源消耗，在確保功能的前提下，有效減少建筑的能耗[4]。目前，我國各地區的能源消耗標準見表2，這些標準對于指導和約束建筑行業的節能減排工作具有重要意義。隨著技術的不斷發展和應用，建筑行業將逐步向著近零能耗建筑的目標邁進，為保護環境、減少碳排放做出積極貢獻。

表2 不同建筑能耗標準分類表

4.案例分析

在國家“雙碳”目標的背景下，作為典型的公共建筑，某市體育中心綜合訓練館于2022 年5 月通過了綠色建筑三星級評價。該項目總建筑面積為72000m2，地下一層，地上六層。該建筑主要由訓練館、運動員宿舍及相關配套用房組成。訓練館于2022 年4 月獲得國家三星級綠色建筑評價標識，具有良好的節能、節水、節地、節材和環境保護功能。同時，訓練館也是一個以綠色理念為指導、以可持續發展為目標的綜合性體育設施，可實現人與自然和諧共生。

該項目通過綠色技術手段，從優化圍護結構和設備系統兩個方面進行設計。具體來說，該項目在圍護結構方面采用了新型高性能圍護結構材料——保溫隔熱材料；在設備系統方面采用了綠色高效的空調系統以及高效照明系統。通過對能源的有效利用及優化配置，實現了降低運行能耗、節約資源和保護環境的目的。

在實際施工過程中，通過采取相應的技術措施，如自然通風、自然采光和屋頂綠化等綠色節能措施，實現了減少建筑對化石燃料的依賴、降低溫室氣體排放等目標。此外，該項目在設計階段就通過設計節能型建筑入口和優化建筑內部空間布局等措施減少建筑對能源的消耗。

4.1 新型高性能圍護結構材料

該項目在設計階段就充分考慮了節能和綠色理念，并采用新型高性能圍護結構材料——保溫隔熱材料。該項目對建筑墻體進行了設計，將建筑墻體分為三層，分別為外保溫系統、內保溫系統和可調節外遮陽系統。外墻外保溫采用雙層體系，外飾面材料為聚苯顆粒保溫砂漿，保溫厚度為150mm。外墻可調節外遮陽系統采用鋁合金中空玻璃幕墻（圖1），可調節外遮陽率大于40%。同時，該項目在建筑的重要節點處進行了設計優化，如對體育館的入口進行了優化設計。體育館入口設計在結構上采用了玻璃幕墻與鋁合金中空玻璃幕墻相結合的形式，既可以保證室內充足的自然采光和通風，又可以最大限度地降低建筑能耗。同時，該項目還設置了屋頂綠化系統和雨水收集系統。在屋頂綠化中，利用屋面空間種植綠色植物（圖2），既可以凈化空氣、吸收二氧化碳、改善室內空氣質量和消除噪音等，還可以增加建筑的綠化面積、降低能耗、減少建筑垃圾等。

圖1 體育館外墻

圖2 體育館外墻

4.2 綠色節能技術措施

建筑圍護結構方面，該項目采用了新型高性能圍護結構材料——保溫隔熱材料。其中，外墻采用了大面積的三層中空玻璃幕墻，既可減少玻璃幕墻的能耗，又可提高幕墻的保溫隔熱性能。屋面采用了輕質復合屋面材料，既能起到隔熱效果，又能提高建筑屋面的防水性能。在地下室層間設置了三道保溫板，減少了地下結構層的能源消耗。采用新型保溫隔熱材料后，該建筑的整體能耗降低約30%。

設備系統方面，該項目采用了高效節能空調系統以及高效照明系統。其中，空調系統采用了雙管制變頻變風量空調機組和分室溫度控制系統，并在風冷區域設置了新風熱回收裝置。此外，該項目還使用了智能照明控制系統以及智能照明控制器。通過上述設備的運行管理及控制功能，可提高能源的利用率、節約能源以及保護環境。

自然通風方面，該項目通過設計具有良好自然采光的建筑入口和合理規劃建筑內部空間布局等措施實現了自然通風效果。同時，還采用了屋頂綠化、垂直綠化等措施提升屋頂的自然通風效果。

4.3 建筑內部空間布局

建筑內部空間布局對建筑能耗有重要影響，合理的建筑內部空間布局可提高建筑的熱舒適度，減少能耗。因此，在本案例中，對該項目的建筑內部空間布局進行了優化設計。

首先，根據項目場地實際情況，設計了具有良好自然采光的綜合訓練館。訓練館位于一層，主要服務于專業運動員，其室內環境相對舒適。訓練館采用全玻璃幕墻設計，可以充分利用自然光采光，減少照明能耗。此外，該項目在設計時將運動員宿舍設于二層，同時將二層的外廊作為運動員出入通道，解決了二層房間采光不足的問題。這兩種布局形式均能降低室內溫度并增加自然采光。該項目采用雙層玻璃幕墻設計方案，使其在自然采光和通風方面的優勢得到了充分發揮。

其次，建筑內部空間布局采用了“一主兩副”的設計方式。其中主體育館和副體育館分別位于二層和三層；各樓層采用功能不同的房間劃分方式。在該項目中，運動員宿舍及相關配套用房均設置在一層。通過對各個房間的功能設置進行優化調整，可最大限度地利用自然光采光和通風，達到節能環保的目的。例如：主體育館每個房間均設有天窗設計方案；運動員宿舍所有房間均設外窗；各樓層間設有回廊設計方案等。這些方案都在一定程度上有效減少了建筑能耗。此外，該項目在設計時還充分考慮到了運動員訓練、比賽和住宿等不同需求，對內部空間布局進行了優化設計。例如：在運動員訓練房間中設置了空調新風系統；在運動員住宿房間內設置了雙層玻璃窗；同時還設置了太陽能集熱板、太陽能熱水系統等節能設施。這些設施均可以減少空調以及太陽能采暖的能耗。

5.技術設計與實施途徑

5.1 建筑隔熱技術

當前，建筑隔熱技術已經被廣泛應用于建筑的設計和施工中，并在不斷發展和改進。在我國，對于新建建筑和節能改造建筑，都要求采用隔熱技術來減少能耗和環境影響。

首先，選擇合適的保溫材料是改善建筑熱性能的關鍵。例如，傳統的無機硅酸鹽或復合隔熱材料可以被新型高效隔熱材料如聚苯乙烯泡沫板（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）、巖棉、玻璃棉等替代。這些新材料具有更好的保溫性能，可以減少熱量傳遞，提高建筑物的能效。其次，調控墻體和屋面的換熱系數也是非常重要的。例如，采用復合保溫板或夾芯板等多層隔熱結構，可以提高建筑物的保溫性能和換熱系數調控。另外，建筑氣密性也是實現近零能源建筑的關鍵因素之一。需要對門窗開口和各種穿墻管道進行氣密性處理，以減少室內外熱量交換。此外，注重內外墻體的砌筑和抹灰質量，能夠有效提高建筑物的氣密性。在設計和建造的過程中，還要充分考慮建筑物對周圍環境的影響。如采光、通風、日照和噪音控制等因素要合理考慮，并采取相應的措施進行優化，以提高建筑物的舒適度和能源效率。最后，在施工工藝上也需要選用合適的方法和技術。對于新材料的選擇，不僅要符合國家標準，還要確保產品的質量和可靠性。而在施工過程中，可以進行工藝技術的優化，以提高能源的使用效率并減少能源浪費。公共建筑對比近零能耗能效指標如表3 所示[5]。

表3 公共建筑對比近零能耗能效指標

5.2 節能照明系統

LED 照明是一種高效、節能的照明技術，其比傳統的白熾燈和熒光燈更節能，可達到50%-80%的節能效果，且壽命更長，光效更高。同時，LED 照明還可以進行智能化控制，例如光感覺應，時間感覺應和人體紅外感應等，可以實現自動調節照明亮度、溫度等功能，從而降低能耗，提高使用效率。智能化照明系統是一種智能化控制和管理照明設備的系統，可以根據室內光照強度、環境氣溫、人員活動等因素實時調節照明設備的使用，實現節能降耗的目的。智能化照明系統還具有自動識別和報警的功能，可以監測照明設備的使用情況，及時發現并解決故障問題。LED 照明和智能化照明系統是目前公共建筑中比較先進和可行的節能照明技術，可以有效降低能耗并提高照明設備的使用效率。見圖3。

圖3 LED 照明在公共建筑中的應用

結語：

在雙碳目標下，公共建筑的技術設計和實施途徑需要結合當前政策和技術趨勢，以實現能源節約和碳排放減少的目標。值得注意的是，公共建筑的技術設計和實施需要考慮到建筑的具體情況和使用需求，不能簡單套用模板，應根據不同的建筑類型和用途進行科學合理的技術配置，同時注重方案的可持續性和適用性，以實現節能減排目標和創造更加舒適的室內環境。