低碳設(shè)計(jì)理念下的高層建筑設(shè)計(jì)研究

鄒永波

（山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250014）

1 引言

在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)過(guò)程中，對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，而低碳設(shè)計(jì)理念的融入和應(yīng)用也符合建筑行業(yè)的發(fā)展方向，產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。在高層建筑設(shè)計(jì)中，要想確保取得高質(zhì)量的建筑設(shè)計(jì)水平，取得良好的設(shè)計(jì)成效，就必須要高度重視低碳設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用這一問(wèn)題，將兩者結(jié)合在一起，使之成為協(xié)調(diào)的統(tǒng)一整體，加大生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處。本文主要針對(duì)低碳設(shè)計(jì)理念在高層建筑設(shè)計(jì)展開深入研究，以供相關(guān)人士的借鑒。

2 低碳設(shè)計(jì)理念在高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的原因分析

第一，在社會(huì)總體能耗中，建筑能耗占據(jù)著較高的比重，我國(guó)建筑能耗的總量呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，在能源總體消費(fèi)量中，已經(jīng)上升至28.5%。根據(jù)相關(guān)資料顯示可以看出，在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)過(guò)程中，建筑耗能比例上漲至38%，由較高的建筑耗能可以看出，嚴(yán)重限制著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以必須要高度重視建筑設(shè)計(jì)這一問(wèn)題。

第二，現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)建成房屋最高為400 ㎡億 ，屬于能耗較高的建筑，存在著極大的能源安全隱患。根據(jù)了解發(fā)現(xiàn)，截止到2017年10月份，我國(guó)建筑年消耗商品能源共計(jì)4.05億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占據(jù)全社會(huì)終端能耗總量的32.4%，而在建筑用能增加的影響下[1]，全國(guó)的溫室氣體排放已經(jīng)高至28%。而低碳設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用可以有效解決這一問(wèn)題。

第三，一直以來(lái)，針對(duì)建筑節(jié)能這一問(wèn)題來(lái)說(shuō)，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在著極大的差距。比如說(shuō)，外墻的傳熱系數(shù)是發(fā)達(dá)國(guó)家的4倍，外窗最高可達(dá)3倍，屋面在6倍左右?，F(xiàn)階段，我國(guó)的采暖耗能是發(fā)達(dá)國(guó)家的1.5倍，所以必須要對(duì)這一問(wèn)題給予高度重視，不斷提高我國(guó)的建筑節(jié)能水平。

3 低碳設(shè)計(jì)理念在高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

眾所周知，高層建筑體形比較龐大，還有著較高的容積率，相鄰建筑之間的通透性不足，出現(xiàn)了諸多大面積陰影區(qū)，一定程度上影響著城市人居環(huán)境質(zhì)量的提升，在市中心出現(xiàn)了交通擁堵現(xiàn)象。同時(shí)，一些設(shè)計(jì)人員過(guò)于強(qiáng)調(diào)立面形式和使用功能，沒(méi)有對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)給予高度重視。建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識(shí)有待提升，很難提高建筑使用效率。所以說(shuō)，在高層建筑設(shè)計(jì)中，融入低碳設(shè)計(jì)理念是至關(guān)重要的[2]。

4 低碳設(shè)計(jì)理念在高層建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 加強(qiáng)低碳技術(shù)的應(yīng)用

在高層建筑設(shè)計(jì)中，基于低碳設(shè)計(jì)理念，必須要加強(qiáng)清潔能源的高效利用，其中，代表的產(chǎn)品有太陽(yáng)能熱水器和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。其中，對(duì)于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是指對(duì)太陽(yáng)光產(chǎn)生的熱量加以利用，將水加熱，滿足電能使用的節(jié)約目標(biāo)，并為人們生活帶來(lái)一定的便利。而對(duì)于光伏發(fā)電，作為新型技術(shù)之一，主要是指實(shí)現(xiàn)了光能向電能的迅速轉(zhuǎn)變，在高層建筑施工中，對(duì)于樓板、墻面等位置，要加強(qiáng)光伏電池板的設(shè)置，將其納入到建筑結(jié)構(gòu)之中，保證建筑的整體美觀性。

同時(shí)，基于低碳設(shè)計(jì)理念，風(fēng)能使用也得到了充分體現(xiàn)，要加強(qiáng)建筑通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，通過(guò)自然風(fēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑室內(nèi)空氣的有效流通。而且在建筑屋頂中，還可以加強(qiáng)無(wú)動(dòng)力通風(fēng)設(shè)備的應(yīng)用，有效調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)流，在風(fēng)能使用的帶動(dòng)下，將空調(diào)的使用程度降至最低，滿足節(jié)約電能這一目的。

4.2 優(yōu)化建筑布局和朝向設(shè)計(jì)

①不管是高層建筑還是普通建筑，就必須要對(duì)位置和朝向等問(wèn)題進(jìn)行深入分析。在高層建筑設(shè)計(jì)中，明確提出了對(duì)高度的要求，所以必須要準(zhǔn)確把握建筑的位置和朝向，給予高層建筑充足的采光[3]。當(dāng)然，不同地區(qū)的溫濕度和光照條件是不相同的，在建筑位置和朝向的具體設(shè)計(jì)中，還要對(duì)這些因素進(jìn)行深入分析。

此外，在建筑布局中，還要對(duì)歷史地域文化的傳承進(jìn)行深入分析。比如在山東省一些建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)鄉(xiāng)土味道進(jìn)行了保留。所以在具體建筑設(shè)計(jì)中，還要深入分析不同地域文化、居住習(xí)慣和風(fēng)土人情，構(gòu)建最為適宜的建筑設(shè)計(jì)方案，滿足當(dāng)?shù)氐赜蛐孕枨?。具體詳見圖1。

圖1 某一高層建筑中部分景觀庭院示意圖

于在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要對(duì)建筑朝向問(wèn)題進(jìn)行充分考慮。一般來(lái)說(shuō)，朝向的不同，建筑所受到的陽(yáng)光輻射和熱損失也存在著較大的不同性，在實(shí)際建筑方位確定中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)環(huán)境實(shí)際情況進(jìn)行考慮。通常來(lái)說(shuō)，建筑朝南窗戶面積可以適當(dāng)增大，而要控制在朝東、朝北的窗戶面積，避免熱損失現(xiàn)象的出現(xiàn)，并創(chuàng)建舒適的室內(nèi)環(huán)境。

例如：以山東省某一建筑項(xiàng)目為例，在該建筑設(shè)計(jì)總平面圖中，如圖2所示。眾所周知，山東省屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，夏天主要以東南風(fēng)為主，在建筑物周邊的陽(yáng)光照射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況下，通過(guò)熱傳遞會(huì)大大增強(qiáng)室內(nèi)溫度，空調(diào)的使用程度普遍高漲，這與低碳設(shè)計(jì)理念是嚴(yán)重不符合的。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，建筑朝向的最佳位置為東偏南15°方向，進(jìn)而對(duì)于降低建筑物室內(nèi)溫度是極為有效的，實(shí)現(xiàn)建筑低碳環(huán)保目標(biāo)。

4.3 優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外墻發(fā)揮的作用不可小覷，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與磚石結(jié)構(gòu)房屋之間的區(qū)別比較大，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重。所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于一種填充材料[4]，要想將荷載降至最低，并與保溫和隔熱要求相符合，要加強(qiáng)保溫材料的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料大都在內(nèi)側(cè)和外側(cè)等位置進(jìn)行布置，在寒冷地區(qū)中，由于材料層次布置不相同，保溫效果也存在著一定的差別。在寒冷地區(qū)，要想避免出現(xiàn)墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)置在外側(cè)更為適宜。

同時(shí)，復(fù)合墻體由于框架梁拉、建立起的嵌入，墻體內(nèi)極容易出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象，保溫、隔熱性能并不顯著。根據(jù)測(cè)定可以看出，對(duì)于高層建筑出現(xiàn)的冷橋，最高可占據(jù)整個(gè)熱損失的13%左右，所以相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須要予以高度重視，將出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象的概率降至最低。而且高層建筑外圍護(hù)墻體的耗能比較顯著，占據(jù)總建筑耗能的25%，對(duì)于建筑出現(xiàn)形體變化進(jìn)行分析，是建筑外露面積的重要影響因素，在體形系數(shù)較高的情況下，耗能程度也越來(lái)越高。

4.4 加強(qiáng)傳統(tǒng)技術(shù)和新型技術(shù)的整合

在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)的綠色技術(shù)的使用程度仍然比較高，比如木結(jié)構(gòu)填充巖棉，可以給予高層建筑質(zhì)量一定的保證，并實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳排放量的有效控制。所以，在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍然要對(duì)這些傳統(tǒng)綠色技術(shù)進(jìn)行廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，還要加強(qiáng)新型技術(shù)的引進(jìn)和開發(fā)，比如在室外鋪裝過(guò)程中，要發(fā)揮出水循環(huán)的優(yōu)勢(shì)。出于節(jié)約用水視角，加強(qiáng)新型技術(shù)的應(yīng)用，要不斷提高雨水利用效率，在雨水收集完成以后，要將其應(yīng)用在澆灌植物、循環(huán)使用之中。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高層建筑設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)低碳設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用勢(shì)在必行，可以將低碳、環(huán)保理念在高層建筑設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)出來(lái)，滿足可持續(xù)發(fā)展需求，贏得人們高度的滿意度，為人們創(chuàng)建健康、舒適、安全的生活環(huán)境，進(jìn)而將建筑行業(yè)推向更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的道路。