新基建背景下綠色建筑低碳節(jié)能設計研究

1前言

在全球氣候變化與能源危機交織的背景下，低碳發(fā)展已成為全球共識。我國“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出，標志著經濟社會全面綠色轉型進入關鍵階段。作為碳排放量占社會總量 40% 的建筑領域，其節(jié)能減排成效直接關系到碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。新基建戰(zhàn)略的深入推進，為建筑行業(yè)提供了數(shù)字化、智能化的革新動力，5G、物聯(lián)網、人工智能等新一代信息技術的集成應用，為綠色建筑的能效提升開辟了全新路徑。在此背景下，探索新基建與綠色建筑低碳節(jié)能設計的深度融合，既是響應國家戰(zhàn)略的必然要求，又是推動建筑產業(yè)升級的重要突破口。

2工程概況

某綜合樓工程位于夏熱冬冷氣候區(qū)，地下1層、地上7層框架結構，建筑高度 29.45m 。項目總占地面積7140m² ，建筑面積達 37329.5m² 主體結構采用C40混凝土現(xiàn)澆框架體系，抗震設防烈度7度，基礎形式為筏板基礎與預制管樁組合結構。地下室兼具人防工程與智能化停車場功能，配置新能源汽車充電樁及智能停車引導系統(tǒng)；地上空間設置多功能會議中心、智慧辦公區(qū)及配套服務設施，集成5G通信基站與物聯(lián)網感知終端。

3低碳節(jié)能設計原則

3.1和諧原則

低碳節(jié)能設計的核心理念強調建筑與環(huán)境間的動作者簡介：李凱(1990-），男，漢族，山東泰安人，本科，中級工程師，研究方向：房地產建設管理。

態(tài)平衡，要求在設計實踐中貫徹生態(tài)優(yōu)先準則。和諧原則以資源循環(huán)體系為基礎，通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)全周期能耗管控，重點運用被動式節(jié)能技術優(yōu)化建筑熱工性能。在規(guī)劃階段需統(tǒng)籌考慮微氣候調節(jié)，采用高性能圍護結構材料提升建筑氣密性，同時建立智能監(jiān)測系統(tǒng)實時調整能源分配方案。設計團隊應當結合用戶行為模式開展能耗模擬分析，通過參數(shù)化設計工具生成最優(yōu)空間布局方案，確保功能分區(qū)與能源流線的高效匹配。

3.2循環(huán)利用原則

在低碳建筑體系中，全生命周期資源管理機制構成關鍵支撐要素。循環(huán)利用原則強調建立物質流閉環(huán)系統(tǒng)，通過模塊化構造技術提升構件復用率，采用預制裝配工藝實現(xiàn)建造單元的可逆性拆解。設計階段需整合材料性能數(shù)據(jù)庫，優(yōu)先選用具備環(huán)境聲明認證的再生骨料，并運用BIM技術模擬構件拆解路徑。在此基礎上，建筑空間配置應采用彈性分隔體系，預留設備管線擴容接口，確保功能迭代時的最低改造損耗。

3.3因地制宜

基于地理環(huán)境要素的系統(tǒng)分析，針對不同氣候帶采取差異化策略。寒帶區(qū)域著重優(yōu)化圍護結構熱工性能，優(yōu)先選用高熱阻建材以提升建筑氣密性，降低冬季供暖能耗；熱帶區(qū)域則強化遮陽構件與空氣對流系統(tǒng)設計，通過被動式降溫技術削弱熱島效應。結合地形高程變化與地質條件，科學調整建筑體量分布與空間形態(tài)，優(yōu)化自然采光路徑與通風廊道布局。

4基于新基建的綠色建筑低碳節(jié)能設計4.1建筑圍護結構節(jié)能設計

4.1.1建筑物外墻設計

針對傳統(tǒng)墻體材料生產環(huán)節(jié)的資源消耗問題，利用工業(yè)互聯(lián)網平臺，通過智能物聯(lián)設備對建材供應鏈進行全生命周期碳足跡追蹤，選擇蒸壓加氣混凝土砌塊作為核心墻體材料，如表1所示。該材料以工業(yè)固廢粉煤灰為主要原料，通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)原料瀕源與質量監(jiān)管，其導熱系數(shù)為0.14W/ (m?K) ，較傳統(tǒng)黏土磚降低62% ，配合5G智能監(jiān)測系統(tǒng)實時采集建筑熱工性能數(shù)據(jù)，構建起基于BIM的數(shù)字化節(jié)能評估模型]。

在圍護結構構造體系設計中，采用“智能感知－動態(tài)調節(jié)”的復合墻體系統(tǒng)。通過預埋光纖傳感器網絡，實時監(jiān)測 240mm 主體砌筑層與雙面水泥砂漿抹灰層的溫度梯度。結合邊緣計算節(jié)點進行熱橋效應分析，將數(shù)據(jù)實時上傳至城市信息模型平臺，為區(qū)域能源管理系統(tǒng)提供動態(tài)調控依據(jù)。

4.1.2建筑首層地面防潮隔熱設計

在夏熱冬冷氣候區(qū)，基于國家標準對熱環(huán)境調控提出要求，地面構造需要解決濕氣滲透與熱工性能問題。該區(qū)域常年降水量大，導致地層建筑易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，不僅影響居住者的體感舒適度，而且會加速建筑材料的老化進程。針對這一難題，地面系統(tǒng)采用雙層聚乙烯防潮膜作為隔汽屏障，結合 30mm 厚發(fā)泡水泥層形成連續(xù)的熱阻體系。防潮處理層采用改良型水泥基復合材料，通過摻人 5% 高分子聚合物添加劑提升抗?jié)B性能，其 10mm 厚復合水泥砂漿防潮層與水泥砂漿找平層形成剛性防水體系，裝飾層采用低熱傳導率陶瓷飾面材料，如圖1所示。

4.2自然通風窗戶設計

4.2.1窗戶設計

基于新基建技術體系的智能窗戶系統(tǒng)，采用雙層中空Low-E玻璃與斷橋隔熱鋁合金型材復合構造。玻璃層間填充惰性氣體，通過磁控濺射工藝形成的低輻射鍍膜可有效阻隔長波紅外輻射，在保證采光需求的同時顯著提升熱工性能。型材腔體內部集成溫濕度傳感器與PM25監(jiān)測模塊，利用5G物聯(lián)網實現(xiàn)建筑內外環(huán)境參數(shù)的快速響應。

系統(tǒng)通過BIM平臺構建窗戶組件的數(shù)字孿生模型，采用機器學習算法對歷史運行數(shù)據(jù)進行深度挖掘，形成動態(tài)調控策略庫。在通風模式中，智能中樞根據(jù)室內 CO₂ 濃度梯度變化自動調節(jié)窗扇開合角度，使自然通風效率與熱損失達到動態(tài)平衡。窗框連接節(jié)點采用氣密性自補償設計，通過彈性密封膠條與壓力平衡裝置的協(xié)同作用，確保不同工況下的氣密性穩(wěn)定。

為強化系統(tǒng)集成度，窗戶單元與建筑能源管理平臺建立雙向數(shù)據(jù)通道。在夏季制冷周期，通風時段智能匹配空調啟停節(jié)奏；冬季則根據(jù)日照強度預測主動調節(jié)透光率，實現(xiàn)被動式太陽能增益。跨系統(tǒng)的聯(lián)動控制機制，有效解決了傳統(tǒng)設計中通風需求與能耗控制之間的矛盾，形成可自我優(yōu)化的節(jié)能閉環(huán)。型材表面采用納米自潔涂層技術，通過光催化反應分解污染物，降低維護頻率。連接件采用標準化預制構件，支持快速拆裝與部件更換，滿足建筑全生命周期的可持續(xù)要求。

4.2.2活動百葉外窗遮陽系統(tǒng)設計

活動百葉外窗遮陽系統(tǒng)設計中，基于物聯(lián)網技術的智能調控體系展現(xiàn)出多維度協(xié)同優(yōu)勢。系統(tǒng)利用建筑本體搭載的分布式環(huán)境感知網絡，通過溫濕度、輻射強度、風速風向等多參數(shù)融合分析，構建起動態(tài)響應機制。調控中樞通過機器學習算法建立日照軌跡預測模型，結合建筑朝向與周邊遮擋物的三維空間關系，預判太陽高度角變化對室內光熱環(huán)境的影響。系統(tǒng)在春分、夏至、秋分、冬至四個典型節(jié)氣自動切換基準運行模式，并根據(jù)實時氣象數(shù)據(jù)流進行微調校準。在暴雨預警狀態(tài)下，百葉陣列可聯(lián)動建筑排水系統(tǒng)形成導水界面，避免強降水對建筑外圍護結構的直接沖擊。

百葉驅動機構采用靜音步進電機與諧波減速器組合傳動方案，其模塊化設計支持現(xiàn)場快速維護與部件更換。控制單元嵌入安全冗余機制，當監(jiān)測到異常風速（ ? 8級）時自動啟動保護程序，通過角度歸位與機械鎖止雙重措施確保系統(tǒng)可靠性。在夜間運行階段，系統(tǒng)切換至星空觀測模式，通過調整百葉間隙率平衡遮光需求與自然采光效能，為建筑使用者創(chuàng)造全天候舒適體驗。

4.3熱壓通風系統(tǒng)設計

將BIM技術與計算流體力學相結合，通過數(shù)字孿生模型對垂直通風井道進行參數(shù)化設計，構建智能化的被動式通風體系。采用 16.4m 垂直通風井道與 4.4m 水平通道形成1：3.73比例空間結構，利用屋頂光伏驅動的智能風帽裝置，實現(xiàn)通風效率的動態(tài)調控。

在物聯(lián)網監(jiān)測平臺的支撐下，系統(tǒng)通過分布式溫度傳感器實時采集建筑內外溫差數(shù)據(jù)，當垂直梯度溫差達到 4.2% 閾值時，自動啟動熱壓通風模式。夏季運行周期，屋頂綠化層的蒸騰效應與太陽能輻射形成復合驅動力，使井道內空氣流速提升至 0.65m/s ，配合百葉開度，實現(xiàn)2.8次/h的全樓空氣置換。

在冬季模式下，智能運維系統(tǒng)聯(lián)動氣象大數(shù)據(jù)平臺，在寒潮預警前 12h 啟動雙層玻璃幕墻閉合程序，結合北斗定位系統(tǒng)修正的日照軌跡算法，動態(tài)調節(jié)東向百葉角度，使圍護結構傳熱系數(shù)穩(wěn)定在 0.48W/(m²?K) 以下。

4.4空調及生活熱水系統(tǒng)節(jié)能設計

基于區(qū)域氣候特征及地理優(yōu)勢，重構了傳統(tǒng)空調系統(tǒng)選型邏輯，采用湖水資源熱交換技術實現(xiàn)環(huán)境友好型供能。在冷源獲取環(huán)節(jié)，利用毗鄰水域的天然熱容特性，夏季湖水溫度穩(wěn)定維持在 15^°C±1^°C ，冬季波動區(qū)間為6^°C～9^°C ，與水源熱泵機組額定工況參數(shù)高度匹配，規(guī)避常規(guī)系統(tǒng)溫度偏差導致的能效衰減問題。

設備選型方面，選用分體式地源熱泵機組作為空調主機，其制冷總輸出達 并集成熱量回收模塊，可轉化 20kW 余熱實現(xiàn)能源梯級利用。技術參數(shù)方面，熱回收效率須達制冷總量的 15% 基準線、半封閉螺桿壓縮機配置、COP值 ?4.5 等核心指標。制冷介質方面，選用R22/R134a混合工質，配合智能水溫PD調控模塊，確保三相 380V/50Hz 供電條件下的穩(wěn)定運行。

在空調及生活熱水系統(tǒng)節(jié)能設計中，通過多能互補與智能調控技術構建起高效能源供給體系。系統(tǒng)采用復合能源梯級利用模式，將水源熱泵機組運行過程中產生的余熱通過板式換熱器進行回收轉化，用于生活熱水系統(tǒng)的預加熱處理。在非峰值用能時段，系統(tǒng)自動切換至儲能優(yōu)先模式，利用建筑地下蓄熱水箱實現(xiàn)熱能的時空轉移，有效平抑晝夜負荷波動。運維管理方面，通過建筑能源管理平臺構建設備全生命周期健康監(jiān)測體系。通過振動傳感器與油液分析裝置，實時采集壓縮機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，結合邊緣計算技術進行能效衰減預警。針對換熱器結垢問題，建立基于水質硬度監(jiān)測的自動反沖洗機制，通過電磁脈沖除垢技術維持換熱效率。管道保溫層采用納米氣凝膠復合材料，通過紅外熱成像巡檢機器人定期檢測熱損失情況，確保管網系統(tǒng)熱工性能穩(wěn)定。

5結論

本文圍繞新基建背景下綠色建筑的低碳節(jié)能設計展開研究，以某綜合樓工程為例得出如下結論：遵循和諧、循環(huán)利用、因地制宜三大原則，能實現(xiàn)建筑與環(huán)境的良好互動及資源高效利用。在具體設計方面，建筑圍護結構、自然通風窗戶、熱壓通風系統(tǒng)以及空調和生活熱水系統(tǒng)的節(jié)能設計措施成效顯著。智能復合墻體、智能窗戶系統(tǒng)等應用，提升了建筑的熱工性能與能源利用效率；湖水資源熱交換技術實現(xiàn)環(huán)境友好型供能。這些設計不僅滿足了建筑功能需求，而且大幅降低了能耗，促進了清潔能源與建筑的融合。

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