基于低碳節(jié)能理念的建筑設(shè)計策略

張明華 樊 威 侯 強 段 剛

近年來，我國建筑業(yè)飛速發(fā)展，能源消耗已成為限制我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的重要因素[1]。既往建筑設(shè)計會有這樣一個誤區(qū)，認為使用可再生能源設(shè)備就是節(jié)能，而不去考慮降低建筑能耗[2]。但從源頭入手才是低碳節(jié)能的關(guān)鍵，更是提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。例如，通過傳統(tǒng)方式能夠?qū)⒎孔拥挠秒娏繌?00 kW·h降到50 kW·h。利用太陽能系統(tǒng)也可以達到這一目的，雖然結(jié)果一樣，但成本卻大相徑庭?？梢?，在建筑設(shè)計中采用低碳節(jié)能理念，有利于實現(xiàn)建筑設(shè)計節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

1 低碳節(jié)能理念對建筑設(shè)計的重要意義

1.1 改善人們的生活環(huán)境

低碳節(jié)能建筑基本上都具有良好的氣密性和保溫效果，室內(nèi)不同區(qū)域不易出現(xiàn)溫差過大的情況，保持室內(nèi)環(huán)境健康。隨著時代的發(fā)展，人們對于生活環(huán)境的要求越來越高。低碳節(jié)能建筑設(shè)計有利于改善室內(nèi)生活環(huán)境，使之可以與外部環(huán)境相匹配。另外，采用低碳節(jié)能理念還能夠較好地減少建筑施工廢物的堆積，為人們提供更加舒適的居住環(huán)境。

1.2 實現(xiàn)建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展

在低碳建筑方面，我國已經(jīng)制定了相應(yīng)的法律法規(guī)，力圖促進低碳建筑設(shè)計的順利進行，加快新能源、新材料的研究進度，爭取早日實現(xiàn)我國建筑行業(yè)健康發(fā)展的目標(biāo)?；诘吞脊?jié)能理念進行建筑設(shè)計，可以有效減少建筑施工成本，促進現(xiàn)代建筑設(shè)計的持續(xù)發(fā)展。

1.3 保護環(huán)境

在低碳節(jié)能的背景下，建筑設(shè)計更加注重對周邊環(huán)境的保護。目前，我國供熱系統(tǒng)使用的產(chǎn)熱原料主要是煤炭，但燃燒煤炭會排放大量溫室氣體，導(dǎo)致全球氣溫升高。鑒于此，加強低碳節(jié)能建筑設(shè)計，可以減少化石能源的使用，降低碳排放量,達到保護環(huán)境的目的。

2 基于低碳節(jié)能理念的建筑設(shè)計策略

2.1 合理選用低碳節(jié)能建筑材料

低碳節(jié)能是當(dāng)前建筑業(yè)的主要發(fā)展目標(biāo)，采取低碳節(jié)能材料可以降低對自然環(huán)境的污染，延長建筑的使用年限，同時也可以有效避免對人體健康產(chǎn)生不良影響。由于建筑業(yè)在二氧化碳排放總量中幾乎占到50%，遠遠高于運輸領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，因此在建筑設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能使用一些能夠循環(huán)利用的綠色材料，避免使用污染指數(shù)高的材料。另外，建筑設(shè)計可以基于不同的形式進行，不但有助于建筑多樣性，還能夠達到節(jié)能減排的目的。需要注意的是，在實現(xiàn)建筑形式多樣性的過程中，必須充分考慮所采用的建筑材料是否為低碳環(huán)保材料。這是由于在建筑施工過程中，會耗費很多資源，或多或少都會損害周邊環(huán)境。因此，需要選用可再生廢料，并通過清潔的生產(chǎn)技術(shù)完成各項生產(chǎn)流程，盡可能避免排放過多有害氣體。

2.2 合理應(yīng)用太陽能

太陽能、風(fēng)能以及生物質(zhì)能等均屬于清潔能源，都能實現(xiàn)100%綠色電能供應(yīng)，符合節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。

（1）太陽能光伏。太陽能光伏（圖1）是利用光伏半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在建筑設(shè)計過程中加強對太陽能光伏的應(yīng)用可以發(fā)揮建筑的環(huán)保作用。例如，在建筑物屋頂設(shè)置光伏系統(tǒng)，光伏組件為230 W的晶體硅，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r設(shè)置電池組件傾角為20°，采取串聯(lián)3 塊電池的方法獲取電池方陣，其具體連接方式是電池方陣-匯流箱-接線柜-配電系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽輻射能的有效轉(zhuǎn)化[3]。

圖1 太陽能光伏（來源：網(wǎng)絡(luò)）

（2）太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能來加熱水的裝置，通常包括太陽能集熱器、貯水箱、泵、連接管道、支架及控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運行原理如下：第一，太陽能照射真空管、真空管集熱器完成水的加熱工作，通過循環(huán)系統(tǒng)將熱水儲存在保溫水箱中；第二，水溫達到系統(tǒng)要求后，通過換熱器將熱量傳到地暖盤管中，再由地面均勻地向室內(nèi)輻射熱量；第三，當(dāng)太陽能集熱達不到地暖系統(tǒng)所需溫度，開啟電加熱。

（3）外部遮陽。近年來，越來越多的建筑開始選擇使用卷簾外遮陽系統(tǒng)，該系統(tǒng)的顏色和面料比較豐富，結(jié)構(gòu)簡單。根據(jù)相關(guān)要求使用遮陽卷簾，不僅可以遮擋外面的光照，而且觀賞價值極高。但要想提高太陽能應(yīng)用的合理性，還需要關(guān)注以下幾個方面。

第一，在選擇卷簾面料時，需要基于所在區(qū)域的光照時長、紫外線強度來確定，且需要考慮面料是否方便清洗及后期維護。第二，遮陽卷簾的抗風(fēng)能力也非常重要，因此可以在卷簾中暗藏拉桿，以延長其使用時間。第三，其他節(jié)能技術(shù)。在走廊、電梯內(nèi)部安裝節(jié)能燈具也是實現(xiàn)低碳目標(biāo)的重要方法，如在樓梯間安裝聲控?zé)艟叩?。另外，由于傳統(tǒng)路燈耗電較多，可采取風(fēng)光互補路燈加以替換。

2.3 采用屋面節(jié)能技術(shù)

目前，屋面保溫隔熱設(shè)計采用的主要方式有蓄水、架空等。通過屋面綠化與墻體垂直綠化相結(jié)合的方式，不但可以美化建筑，還能調(diào)節(jié)屋面溫度。屋面節(jié)能主要通過優(yōu)化屋面層防止熱量傳向室內(nèi)，常用的有保溫屋面、綠化屋面等（見圖2）。傳統(tǒng)保溫材料的支出成本高，施工難度大，有毒且易燃，使用年限較短，而且不能滿足綠色節(jié)能要求，甚至?xí)斐苫馂?zāi)等嚴(yán)重后果，威脅人們的生命安全[4，5]。為了達到節(jié)約目的，我國研發(fā)了XQ 保溫材料，其推廣和應(yīng)用符合我國的節(jié)能減耗方針，主要有以下幾個優(yōu)勢：第一，具有較強的防火效果，能夠保證使用安全；第二，無毒且不會污染環(huán)境；第三，整體強度高，未見生霉、脫落等現(xiàn)象；第四，施工簡單，成本低，使用年限長。

圖2 屋面節(jié)能—屋面綠化（來源：作者自攝）

2.4 采用地源供熱

近年來，我國城市集中供熱面積持續(xù)增加，其中能源消耗量最多的就是暖通項目。在以往設(shè)計過程中，建筑制冷、供暖更多是依賴天然氣、礦煤等能耗極大的方式，導(dǎo)致環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。地球淺層所蘊含的地能往往為可再生能源，地源熱泵在現(xiàn)有技術(shù)中優(yōu)勢突出且應(yīng)用前景廣闊，其可轉(zhuǎn)化淺層地能，使排放的二氧化碳總量減少約6%。

另外，我國研發(fā)的超導(dǎo)熱泵，相較于常規(guī)熱泵技術(shù)而言，具有更顯著的節(jié)能效果。該技術(shù)取代了水源傳導(dǎo)材料，通過利用超導(dǎo)材料可以升級真空金屬管及其傳導(dǎo)材料，提高導(dǎo)熱性能，不但可以加快能量傳遞速度，而且還可以延長傳輸距離，進而達到低碳節(jié)能的目的，實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。

2.5 采用雨水收集技術(shù)

雨水循環(huán)利用除了需要耗費大量的人力、物力以及資源，還要考慮一些外部因素，因此為了有效節(jié)約水資源，必須采用雨水收集技術(shù)（見圖3）。

圖3 雨水收集（來源：作者自攝）

目前，建筑項目的儲水系統(tǒng)中存在很多無效水，這類水因處置不得當(dāng)，經(jīng)常被人們當(dāng)作廢水處理掉，浪費了水資源。如果可以調(diào)整儲水系統(tǒng)，將廢水轉(zhuǎn)變?yōu)橛行敲淳湍軌蜻_到節(jié)約水資源的目的。

其具體措施如下：收集建筑空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水和自然降水，然后通過相應(yīng)的生化處理后，將其用于澆灌[7，8]。

2.6 采用門窗改造技術(shù)

在選擇門窗材料以及設(shè)計門窗結(jié)構(gòu)時，需要綜合考慮所在地區(qū)的環(huán)境、結(jié)構(gòu)部件組合情況等因素。

（1）改善門窗的隔熱和保溫性能。首先，在選擇門框、窗框的過程中，需觀察其是否滿足熱工性能、物理性能的要求，如可以選用經(jīng)過斷熱處理的金屬材料等。其次，建筑工程中通常會選擇使用薄膜材料的窗戶，但使用效果最佳的還是具有顯著紅外線反射能力的窗戶，能夠達到事半功倍的效果，但由于造價稍高，因此很少用于建筑設(shè)計中。最后，保溫性能好的窗戶大部分選擇雙層或多層玻璃，玻璃內(nèi)部為中空，利用空氣熱阻大的特點改善窗戶的保溫性能。

（2）提高門窗的氣密性。建筑門窗的氣密性也極其重要，在優(yōu)化門窗氣密性的過程中需要從構(gòu)造方面入手，最常用的方法就是通過加設(shè)門窗密封材料進行改善。

（3）提高窗戶的遮陽能力。采用物理方法優(yōu)化遮陽效果，如在窗戶內(nèi)側(cè)設(shè)置熱反射織物窗簾（圖4）。

圖4 中空玻璃幕墻內(nèi)側(cè)設(shè)置（來源：作者自攝）

3 結(jié)語

在實際建筑設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)將低碳節(jié)能理念滲透至施工的各個環(huán)節(jié)中，并使用環(huán)保型的建筑材料和節(jié)能型的施工技術(shù)。只有這樣才可以構(gòu)建起建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能系統(tǒng)，最大程度發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的環(huán)保效益。

總之，低碳節(jié)能建筑就是能源利用最大化、二氧化碳排放最小化、使用舒適度最高化、維護成本最低化，實現(xiàn)低碳節(jié)能理念和方式在建筑行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。