低碳建筑設(shè)計理念及其在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用

摘 要：全球變暖導致的環(huán)境問題不斷加劇，對社會文明建設(shè)帶來不利影響。本文圍繞低碳建筑設(shè)計進行了研究，分析了低碳理念在建筑規(guī)劃設(shè)計階段的推廣必要性。包括降低碳排放量、營造健康居住辦公環(huán)境、滿足建筑行業(yè)發(fā)展需要、降低建筑總體使用成本，結(jié)合規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容，從多方面闡述低碳建筑設(shè)計理念在規(guī)劃設(shè)計階段中的運用策略。旨在降低建筑能耗，充分融合低碳建筑設(shè)計理念，以促進建筑可持續(xù)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：低碳建筑；設(shè)計理念；建筑規(guī)劃設(shè)計；運用策略文章編號：2095-4085（2024）04-0187-03

0 引言

現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型發(fā)展時期，低碳理念已成為建筑規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的研究浪潮。通過優(yōu)化改進規(guī)劃設(shè)計方案，把建筑物在工程建造與全壽命期間的碳排放量控制在較低水準，這對改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、打造新型低碳生態(tài)城市有著重要意義。為此，在建筑設(shè)計中應(yīng)合理融入低碳建筑理念，有效推進節(jié)能減耗，提升經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性。

1 建筑規(guī)劃設(shè)計階段推廣低碳建筑設(shè)計理念的必要性

1.1 降低碳排放量

近年來，我國提出碳達峰、碳中和的“雙碳目標”，倡導綠色、低碳的新型生活方式，將其作為應(yīng)對全球氣候變化、邁向高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。建筑在建材生產(chǎn)、現(xiàn)場施工與運行階段會持續(xù)排放大量溫室氣體，如果仍舊保留傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與建造模式，無疑會給雙碳目標的實現(xiàn)增添阻力。根據(jù)《2022中國建筑能耗與碳排放研究報告》［1］指出，在2022年全年，全國建筑碳排放總量約為50.8億t， 占據(jù)全國碳排放比重的50.9%。通過推廣低碳設(shè)計理念與建設(shè)新型低碳建筑，采取選用綠色施工材料、配備高效能源設(shè)備、增加綠化面積、建筑選址優(yōu)化設(shè)計等多項措施，在滿足建筑使用需求的前提下，大幅減少碳排放量。

1.2 營造健康居住辦公環(huán)境

早期建筑工程中選擇的部分施工材料及裝飾材料具備有毒有害性，材料持續(xù)釋放甲醛、VPC有機物、甲苯等物質(zhì)，人體吸入此類物質(zhì)后，容易誘發(fā)呼吸道感染、皮膚過敏、眼部感染等疾病。在低碳設(shè)計理念下，選用新型無毒害低碳建筑材料來取代傳統(tǒng)建材，建筑建造完畢后可以立即投入使用，為業(yè)主營造健康、安全的居住環(huán)境或是辦公環(huán)境。同時，新型低碳建筑的綠化面積遠超傳統(tǒng)建筑，有利于提高空間舒適度、改善周邊微氣候條件，最終提高建筑整體品質(zhì)。

1.3 滿足建筑行業(yè)發(fā)展需要

從行業(yè)長遠發(fā)展角度來看，行業(yè)人員認為低碳建筑是建筑工程未來發(fā)展趨勢，且我國陸續(xù)出臺《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）等設(shè)計規(guī)范，以及頒布《低碳建筑行動方案》（國辦發(fā)［2013］1號）等政策文件，為低碳建筑提供政策支撐和理論指導。在這一背景下，對低碳設(shè)計理念和建筑規(guī)劃設(shè)計體系的交織融合，是推動我國建筑行業(yè)邁入全新發(fā)展階段的關(guān)鍵，也是打破行業(yè)發(fā)展困境、提升建筑品質(zhì)的必然選擇。

1.4 降低建筑總體使用成本

在低碳建筑規(guī)劃設(shè)計期間，所采取各項優(yōu)化設(shè)計措施不但可以降低建筑全壽命期間的碳排放量，還將起到一定程度的節(jié)能效果。通過降低能耗水平來節(jié)省能源成本，進而將建筑總體使用成本控制在較低水準。以新能源利用措施為例，開發(fā)太陽能、風能等可再生能源來替代常規(guī)能源，不會消耗化石能源和產(chǎn)生溫室氣體。可在取得顯著低碳環(huán)保效果的同時，建筑全壽命期間的新能源發(fā)電成本也遠低于用電費用。如建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資回報周期在5～10年不等，系統(tǒng)使用壽命在20～35年。

2 低碳建筑設(shè)計理念在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用策略

2.1 空間組織形態(tài)設(shè)計

（1）空間圍合設(shè)計。空間利用率和碳排放量成反比，如果空間利用率偏低，需要增加建筑面積來滿足使用需求，會導致施工資源耗用量增加，碳排放總量提高。傳統(tǒng)建筑普遍以板型行列作為空間圍合形式，有著整體結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、空間秩序感強、設(shè)計難度低的優(yōu)勢，但會形成一定的邊角空間，邊角空間未得到有效利用。對此，設(shè)計人員可以把局部調(diào)整為院落圍合形態(tài)，使得邊角空間得以充分利用。同時，根據(jù)當?shù)貧夂驐l件來選擇恰當?shù)目臻g圍合形態(tài)，通過強化建筑熱工性能與改善自然通風采光條件來降低碳排放量［2］。例如，在濕暖氣候區(qū)域，可在空間圍合結(jié)構(gòu)內(nèi)增設(shè)開口作為通風口。而在干冷氣候區(qū)域，則應(yīng)優(yōu)先采取較為封閉的空間圍合形態(tài)，重點強化建筑物保溫隔熱性能。

（2）建筑朝向設(shè)計。建筑物朝向與通風采光條件有著密切聯(lián)系，在合理選擇建筑朝向時，通過改善通風采光條件，可以縮短建筑空調(diào)系統(tǒng)與照明系統(tǒng)運行時間，從而降低能耗水平與碳排放量。正常情況下，在北緯45°以北區(qū)域，把建筑物朝向設(shè)計為南向角度，其次可以設(shè)計為東南方向。而在北緯45°以南區(qū)域，則采取轉(zhuǎn)角設(shè)計方法來縮短建筑日照間距。最后，運用BIM軟件開展日照模擬實驗，判斷建筑物在不同季節(jié)的有效日照時間是否達標，如要求住宅建筑在冬至日當天滿窗日照時間在1h及以上。

（3）利用特殊地形。考慮到部分建筑工程現(xiàn)場地形地貌較為特殊，如果忽視地形因素盲目開展空間組織形態(tài)設(shè)計工作，可能會增加土方開挖回填工程量，或是影響到建筑采光通風條件，造成長時間啟動照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)，持續(xù)排放二氧化碳。因此，設(shè)計人員需要收集分析地質(zhì)報告，前往工程現(xiàn)場實地考察。如現(xiàn)場存在特殊地形情況，應(yīng)針對性調(diào)整設(shè)計方案。例如，現(xiàn)場分布坡地時，如坡地朝南應(yīng)適當降低建筑日照間距；坡地朝北時應(yīng)適當增加建筑日照間距，以確保各棟建筑物都具備足夠日照時間。而在坡地朝向為正東或是正西方向時，則調(diào)整建筑體形，變更為南向退臺方式，以此來增加建筑受光面積。

2.2 場地設(shè)計與建筑選址設(shè)計

首先，在工程場地設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)提前收集各處場地選址的水文地質(zhì)條件、地貌特征、氣候條件等相關(guān)資料。并從施工角度進行技術(shù)論證與經(jīng)濟性評價，優(yōu)先選擇水文地質(zhì)條件簡單、易于施工技術(shù)方案實施、工程量與資源使用量較少的場地作為工程選址地點，以此來控制建筑工程在現(xiàn)場施工階段的碳排放量。例如，從水文條件角度來看，要優(yōu)先挑選地下水位較低、不存在地下暗河的場地。如果地下水位超標，則需要額外采取止水帷幕等防水防滲技術(shù)措施。隨后，在場地平面布局方案內(nèi)規(guī)劃建筑物、現(xiàn)場道路、生活區(qū)、材料堆放區(qū)等功能區(qū)域。然后根據(jù)施工需求來確定各處功能區(qū)域的相對空間關(guān)系與面積，盡量采取集中布局方式，以此來縮減場地面積。最后，在靠近布置性質(zhì)相似、在施工層面存在緊密關(guān)聯(lián)的功能區(qū)域（如在施工區(qū)域周邊規(guī)劃物資材料臨時堆放區(qū)域），可通過縮短設(shè)備材料場內(nèi)轉(zhuǎn)運距離來節(jié)省運輸成本、降低運輸工具碳排放量［3］。

其次，在建筑選址設(shè)計環(huán)節(jié)，要優(yōu)先在具備良好光照條件與避風的地點作為建筑物選址，為建筑室內(nèi)提供自然通風采光條件，從而充分利用自然條件來滿足建筑室內(nèi)照明需求，避免建筑物直面氣流而增加冬季供暖量。同時，不宜把山谷、洼地、凹地等特殊地形作為建筑選址，以避免在建筑使用期間因外部環(huán)境影響而增加能耗水平。以凹地為例，如果在凹地建造建筑物，冬季冷氣流在凹地內(nèi)容易出現(xiàn)“霜洞”效應(yīng)，導致室內(nèi)氣溫有所降低，需要提高暖通系統(tǒng)運行負荷，才能滿足地下層與低樓層建筑室內(nèi)供暖需求。此外，設(shè)計人員還應(yīng)按照當?shù)爻鞘幸?guī)劃方案來確定建筑選址，盡量在周邊基礎(chǔ)設(shè)施完善、契合城市整體發(fā)展規(guī)劃的地點建造低碳建筑，以避免在后續(xù)建造、投運階段因基礎(chǔ)配套不全而消耗額外資源。

2.3 資源節(jié)約利用

（1）節(jié)地設(shè)計。在工程現(xiàn)場，需要清理地表植被來滿足施工需要。隨著植被層清理完畢，會在一定程度上削弱當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的固碳能力，工程占地面積越大，實際碳排放量越高。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，在全球二氧化碳排放量結(jié)構(gòu)中，化石燃料燃燒、水泥生產(chǎn)而產(chǎn)生的二氧化碳約占67%，33%的碳排放量來源于土地利用覆蓋植被變化。為減少工程占地面積，最大限度提高土地資源利用率，設(shè)計人員從控制建筑面積、確定體形系數(shù)、開發(fā)地下空間三方面著手。其中，控制建筑面積是在計算公式內(nèi)導入建筑進深、日照間距、建筑面寬等數(shù)據(jù)，求解建筑用地面積。并通過增加建筑進深、縮小建筑面寬來實現(xiàn)節(jié)地效果，但需要把建筑進深保持在合理范圍內(nèi)，避免影響建筑中部采光通風質(zhì)量。確定體形系數(shù)是調(diào)整建筑外表面積和所包圍體積二者比值，體形系數(shù)越小，節(jié)能減排效果越顯著。應(yīng)盡量把建筑體形系數(shù)控制在0.35以內(nèi)，點式建筑體形系數(shù)不宜超過0.4［4］。開發(fā)地下空間是增加地下樓層，以車庫或其他功能用房作為地下樓層用途，或是把地下空間設(shè)計為下沉空間，以此來解決地下空間缺乏自然采光通風條件的問題。

（2）節(jié)水設(shè)計。在工程施工階段，主要是持續(xù)從市政給水管網(wǎng)獲取生產(chǎn)生活用水。在取水、制水、輸水環(huán)節(jié)需要消耗化石能源來驅(qū)動水泵機組等設(shè)備運行，用水量越大，二氧化碳排放量越多。設(shè)計人員從建設(shè)節(jié)水、雨水收集、中水回用三方面來減少水資源耗用量。其中，建設(shè)節(jié)水是在工程現(xiàn)場規(guī)劃沉淀池等簡易水處理設(shè)施，把混凝土養(yǎng)護用水、車輛沖洗廢水等施工廢水經(jīng)過凈化處理后循環(huán)利用。雨水收集是在建筑屋頂?shù)炔课辉O(shè)置雨水收集口，敷設(shè)雨水收集管路，持續(xù)收集雨水。地下修建雨水收集池，后續(xù)用于景觀灌溉用水，也可用于生活用水，但需要在系統(tǒng)內(nèi)額外安裝水處理設(shè)施，以確保出水水質(zhì)達到生活用水標準。中水回用是在地下修建中水收集池與處理器，連通收集池和建筑內(nèi)部排水管，持續(xù)把日常生活排水進行凈化處理，后續(xù)用于景觀灌溉用水或是日常生活用水。

（3）節(jié)材設(shè)計。在水泥、混凝土等施工材料制備、運輸期間，會消耗大量的自然資源與化石能源，并產(chǎn)生一定的碳排放量。設(shè)計人員在選材設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)盡量選用易于獲取和具備循環(huán)利用條件的建筑材料，包括砌塊、單一材料金屬板、混凝土等。非必要情況下，減少預(yù)制泡沫金屬固體、泡沫石膏等人工合成建材的使用量，并由無毒無害綠色材料徹底取代有毒材料。同時，也可選擇回收廢舊建筑材料，包括破損PC構(gòu)件、廢棄鋼模板、廢舊磚石等，對廢舊建材進行加工處理后作為施工原材料。如把破損PC構(gòu)件經(jīng)過粉碎處理后作為混凝土骨料。

2.4 綠化設(shè)計

（1）植物配置。不同種類植物的固碳能力存在明顯差異，為充分發(fā)揮植物碳效應(yīng)，設(shè)計人員應(yīng)盡量配備固碳能力較強的喬木植物，搭配少量灌木植物與蕨類植物作為配景點綴和維持生態(tài)平衡。同時，還應(yīng)重視植物生長周期、植物生長條件兩項問題。

1）植物生長周期：喬木生長周期較長，無法在短時間內(nèi)起到建筑減碳效果，需要根據(jù)低碳建筑要求來確定植物品種與配置方案，不宜采取大量移栽方式來縮短培育周期，植物移栽后會喪失一定的固碳能力。

2）植物生長條件：根據(jù)工程現(xiàn)場情況、綠化區(qū)域來選擇植物品種，如在建筑屋頂花園與建筑內(nèi)部，因缺乏喬木生長條件和足夠綠化面積，應(yīng)優(yōu)先配置灌木植物與蕨類植物。

（2）植物風環(huán)境控制。要求設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場地形、當期季節(jié)主導風向、建筑物朝向來規(guī)劃綠化區(qū)域，合理把控種植密度，通過綠化植物來改變建筑風環(huán)境方向與調(diào)節(jié)風速。例如，在冬季季風強度指數(shù)較高時，在建筑外圍冬季風向栽植高大喬木樹種，形成相對密閉空間，通過攔截寒風來減少低樓層供暖量。

（3）立體綠化。考慮到建筑物缺乏足夠綠化空間，可以嘗試采取立體綠化形式，通過額外創(chuàng)造綠化空間來發(fā)揮植物固碳效應(yīng)，持續(xù)吸收建筑物排放的二氧化碳。以屋頂綠化為例，在建筑屋頂構(gòu)造層上增加種植層，栽植灌木、蕨類植物或鋪設(shè)草皮，既可以提高建筑綠化覆蓋率，還可以改善建筑保溫隔熱與隔音性能［5］。

2.5 利用可再生能源

設(shè)計人員應(yīng)充分利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源，以滿足建筑用能設(shè)施需求，從而降低實際用電量。以太陽能利用為例，太陽能熱水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑最為常見的太陽能利用方式，在建筑屋頂部署多臺太陽能集熱器與水箱，通過管路連接集熱器、水箱與建筑給水管道［6］。系統(tǒng)運行期間，集熱器持續(xù)把所采集的太陽光能量轉(zhuǎn)換為熱量，利用熱能加熱水體，始終把水溫控制在45～60℃左右，再由水箱把熱水通過管路輸送給建筑室內(nèi)房間，用于淋浴用水等用途，無需消耗電能。如果對水溫提出嚴格要求，則可配備新型平板太陽能集熱器，夏季與冬季水溫分別保持在90℃與70℃左右。

3 結(jié)語

綜上所述，為順利建成新型低碳建筑，積極踐行低碳環(huán)保發(fā)展理念，滿足現(xiàn)代建筑使用需求。設(shè)計人員應(yīng)樹立低碳建筑設(shè)計理念，依托低碳理念來推動建筑規(guī)劃設(shè)計體系轉(zhuǎn)型升級，全面掌握在空間組織形態(tài)、場地設(shè)計、建筑選址等諸多方面的規(guī)劃設(shè)計要點，制定切實可行的低碳建筑規(guī)劃設(shè)計方案，為工程建設(shè)質(zhì)量提供設(shè)計保障。

參考文獻：

［1］中國建筑節(jié)能協(xié)會建筑能耗與碳排放數(shù)據(jù)委員會.2022中國建筑能耗與碳排放研究報告［R］.重慶，2022.

［2］李莉.低碳建筑設(shè)計理念在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2023（2）：19-21.

［3］劉柱.基于低碳理念的住區(qū)規(guī)劃設(shè)計研究［D］.株洲：湖南工業(yè)大學，2018.

［4］房蕾，孫卓，王博.低碳建筑設(shè)計理念及其在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用闡述［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（34）：75.

［5］菅文婷.低碳建筑設(shè)計理念及其在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2021（2）：31-32.

［6］田承盛.低碳建筑設(shè)計理念及其在建筑規(guī)劃設(shè)計中的運用闡述［J］.建材與裝飾，2017（41）：82-83.