低碳建筑的设计理念与应用分析

低碳建筑的设计理念与应用分析

【摘 要】本文以某低碳社区工程为例，根据建筑低碳设计理念，从环境、资源等方面论述了建筑设计中的低碳环保技术，并阐述了环境低碳化、能源低碳化、建筑低碳化、服务低碳化的具体措施。

标签 低碳理念；建筑设计；环境资源 引言

2010年1月19日，中国房地产研究会、住宅产业发展和技术委员会发布了“低碳住宅技术体系”，将整个体系分为低碳设计、低碳用能、低碳构造、低碳运营、低碳排放、低碳营造、低碳用材、增加碳汇8个部分，将低碳建筑从一个简单的概念变成实实在在的技术体系的结合，在产业和标准方面形成了规范。

政府、房地产商和公众都开始了行动。政府方面从关注建设施工阶段节能向两端延伸，即涵盖土地获取、规划布局阶段的节能到建筑报废阶段的节能。目前，住房城乡建设部正在从新建筑节能监管、北方采暖地区改造、国家机关建筑和大中型建筑改造、可再生能源应用、推动新型材料应用五个方面展开建筑减排工作。房地产商方面，很多房地产企业和企业家在绿色建筑、节能环保等方面取得了相当的成就，他们赢得了市场和尊敬。这些企业和企业家们设立企业气候变化战略，在减少生产和商务活动中的碳足迹方面努力进行和尝试，尽力支持并参与气候变化减缓和适应活动，积极履行企业的社会责任。

1 项目概况

某住宅项目总占地面积116228m2，东西长约443.87m，南北长约253.7m，规划用地范围内地势平坦，场地条件较好。住宅地块由东西两部分构成，为19栋14～34层高层住宅和一个幼儿园组成，总建筑面积约38万平方米。

依据城市规划定位、低碳产业政策导向、以及项目地块优越的资源特色，通过低碳节能技术的应用，按照可持续发展的理念，建设成环境友好、低能源消耗和低碳排放的住宅区，其良好的绿色低碳理念正符合国家二氧化碳减排的承诺计划，具有重大的战略意义。

2 项目规划设计

项目以现代化的表达方式，通过“起、承、转、合”的规划布局，营造蕴藏传统东方美学的居住意境。同时，在总体布局中结合最新的环境模拟技术，对微环境进行研究，从规划层面上实践低碳设计理念。规划以步行系统为主，充分考虑步行的景观感受，最大限度实现人车分离。运用现代的建筑设计语言诠释传统中式建筑的意境，具体表现在比例、材料和符号等方面。户型设计强调自然通风，套型种类丰富，满足多样人群的需求。项目秉承“中式情怀、健康低碳”的设计理念，将开发建设成一个独具特色的高端低碳人才社区。

3 低碳设计理念

本项目尽可能采用被动的节能技术，关注建筑生命周期的能耗，兼顾住宅节能性能和健康舒适性要求。强调人与自然的和谐对话，反对通过过度的技术扭曲自然的生活方式，有效利用自然环境，选择适度的低碳技术措施，以期打造健康、舒适的低碳住宅。项目低碳建筑设计定位为国家绿色三星级建筑，在节地、节能、节水、节材、室内环境、运营管理等方面均满足标准条文要求，并达到3项优选项。

4 低碳技术措施分析

4.1 环境友好型技术

①场址安全。通过研究周边建筑群的形体和布局、研究周边水文、水质、地质情况、氡含量等的影响因素，找出对策确保场址的安全。

②污染物控制。使用不含有害物质的建筑材料。优先考虑使用天然冷媒和新冷媒。

③室外透水地面。透水地面拥有15%-25%的孔隙，能够使透水速度达到31-52升/米/小时，远远高于最有效的降雨在最优秀的排水配置下的排出速率。采用雨水收集系统，可以回补地下水，改善水环境，修复生态环境，节约水资源。

④垃圾处理技术。垃圾分类收集应在源头将垃圾分类投放，并通过分类的清运和回收使之分类处理，重新变成资源。引进垃圾减容、减量设施。

4.2 资源节约型技术 ①围护结构。围护结构采用高效保温隔热外墙体系、高效保温隔热屋面技术与构造设施、高效门窗系统与构造技术。良好的围护体系，对建筑能耗的下降起到举足轻重的作用。

②雨水收集利用。采用雨水入渗等技术措施，形成雨水调蓄排放系统，通过景观贮留渗透水池、屋顶绿化等方法调蓄雨水，增加雨水渗透量，消减洪峰，进而减轻市政雨水管网排水压力。

③节水器具。选择用感应水龙头、节水马桶等节水器具，节约水源。 ④节能光源及智能照明控制系统。住宅的公共区域的照明采用高效光源、高效灯具和低损耗镇流器等附件，合理采用自动控制照明方式，如采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯，门厅、电梯大堂和走廊等场所，采用夜间定时降低照度的自动调光装置。

⑤日光照明系统（太阳能光导管）。采用光导管系统，改善自然采光。 4.3 舒适品质型技术

①可调节外遮阳系统。建筑遮阳采用电脑自动控制，可根据季节、时间和建筑能量需求随时进行开启和闭合。

②卫生间同层排水。同层排水是指卫生间内卫生器具排水管（排污横管和水支管）均不穿越楼板进入他户。在同楼层内平面施工敷设使得污水及废弃物的排放达到或超过同类和其他排水方式，顺利进入排水总管（主排污立管），一旦发生需要疏通清理的情况，在本层套内就能解决问题的排水方式。

③楼板隔声降噪技术。建筑楼板隔音是影响项目声环境和居住舒适度的关键指标，理想的楼板隔声降噪系统，其隔音效果达到国家绿色建筑标准，成为项目的核心卖点之一。

④户式新风系统。置换新风使室内得到较高的空气品质、较高的热舒适性并具有较高的通风效率，置换送风速度极小且送风紊流度低，即不产生吹风感；其次，新鲜清洁空气直接送入工作区，先经过人体，这样就可以保证人体处于一个相对清洁的空气环境中，从而有效地提高了工作区的空气品质。

⑤地板辐射采暖等。地板辐射散热是最舒适的采暖方式，室内地表温度均匀，室温由下而上随着高度的增加温度逐步下降，这种温度曲线正好符合人的生理需求，给人以脚暖头凉的舒适感受（图1）。

5 低碳社区特征构建

5.1 环境低碳化本项目对室外风环境状况进行模拟，分夏季、过渡季、冬季10%大风及平均风速六个工况对建筑周边人行区域风环境的舒适性、室内自然通

风的可行性、冬季防风进行分析。通过提高迎风面建筑外立面开启扇的气密性能，提高冬季的防风节能；通过在北侧位置多种乔木，以满足冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风，从而改善整体的环境质量，使环境更加低碳化。

为确保土壤中不存在有害物质，选择具有CMA国家计量认证资格的检测单位进行氡浓度检测，在区域温度14℃、湿度40%的情况下，布置32个点位，使检测结果更加全面、真实。检测结果表明，南北地块土壤氡浓度平均值分别为391.3Bq/m3、351.8Bq/m3，符合民用建筑工程室内环境污染控制规范的要求，无需采取防氡工程措施。

5.2 能源低碳化

能源低碳化是寻找发展对环境及气候影响较小的低碳替代能源。低碳社区能源使用目标初定为以天然气为主的清洁能源及以太阳能为主的可再生能源。

天然气燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁净等特点，是低碳清洁能源。太阳能完全没有碳排放，对环境的污染和温室气体的排放远低于化石能源，可永续利用。

以能源低碳化为目标，建成后的低碳社区将呈现出这样一幅场景：社区供气全部采用清洁能源——天然气；热水及采暖以太阳能为主；社区道路主干照明采用风光互补的路灯；地下室部分区域直接利用日光照明。

5.3 建筑低碳化 从设计角度，主要由两方面实现建筑低碳化。一是将太阳能系统考虑为建筑不可分割的一个组成部分，将太阳能外露构件与建筑立面有机结合，将日光照明系统与结构部分严密嵌合。二是建筑节能，通过新型建筑环保材料的使用、自然通风采光的设计、可再生能源的利用等多方面降低建筑能源消耗。

5.4 服务低碳化

低碳社区的服务必须走低碳化之路，着力发展中节能低碳服务、低碳物流和信息智能化。低碳服务要求在管理过程中充分考虑环境保护和人类的身心健康，从服务流程的设计、服务耗材、服务营销、服务氛围营造、服务消费引导等方面着手节约资源和能源、降排和减污。

低碳物流的目标是要实现物流与低碳经济的相互支持，通过资源整合、流程优化、标准实施等实现低碳物流。信息智能化是发展低碳服务的必然要求，减少信息噪音，实现服务智能，这样可降低服务过程中对资源的依赖。

6 可再生能源技术与建筑一体化设计 可再生能源技术与建筑一体化设计，即将建筑的使用功能与可再生能源的利用有机地结合在一起，形成多功能的建筑构件，使得建筑各部分的功能协调统一，达到令人满意的节能和使用效果。如今，光热建筑一体化、光伏建筑一体化、风能建筑一体化等技术，在建筑中的应用也越来越广泛。但从目前来看，这些技术大多更适于整合于新建建筑中，而用于已建建筑的改造，还亟须技术改进。

6.1 光热建筑一体化

太阳能热水器是目前我国太阳能热利用的主要形式。除此之外，还可以将太阳能转化后的热能利用于制冷与空调，包括太阳能吸收式制冷、太阳能除湿式制冷、太阳能吸附式制冷等。但由于太阳能集热器占地较多，在推广中难免受到一些限制。太阳能集热器是太阳能转化为热能系统的重要组成部分，也是一体化设计中的重点内容。建筑设计需将太阳能集热器作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，保持建筑统一和谐的外观，并与周围环境相协调。在保证集热效果的前提下，太阳能集热器的设计安装有着多种方式，包括在建筑屋面(平、坡屋面)、阳

台拦板、建筑立面等。其中，太阳能集热器设置在平面屋顶上是最为简单易行的设计方法，其优点是安装简单，可放置的集热器面积相对较大，且可以调整集热器的朝向，对于东西朝向的建筑极为便利。而太阳能集热器设置在建筑外立面上会使建筑有一个新颖的外观，能弥补屋面(尤其是坡屋面)上集热器面积及安装角度受限的缺陷。

6.2 光伏建筑一体化

新建建筑采用光伏建筑一体化，可以达到更好的节能和碳减排效果。通过太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，再通过逆变器将直流电能转换成交流电能，就能成为绝大多数家用电器的电能来源。但在实际应用上，将太阳能转化为电能的太阳能电池片转换效率目前仅为15%左右，即使采用聚光技术的电池片，最高转换效率也只能达到35%左右。而许多办公设备，又要将交流电源转换成直流电源，能量损失最高可达50%。事实上，大多数电气设备，包括照明设备，都能依靠直流电有效工作而不需要交流电源。鉴于此，更多地使用直流分配网络，可减小不必要的能量转换，提高可再生技术的经济效益。从另一个角度看，目前使用太阳能电池板发电，相对于传统煤炭等发电手段，价格依然比较昂贵。如果每千瓦时的电能价格能够降低，那么将光伏产品用于建筑发电的低碳潜力巨大。随着太阳能电池板生产量的扩大、生产技术的不断成熟，光电转换效率不断在提高，太阳能电池板的价格也不断在下降。现今的研发重点也聚焦于传统晶硅电池片的替代品研究，采用不同基质材料(比如薄膜聚化物)尝试光电转换，使得CIGS等各类低成本电池片的效率仍在提高。与此同时，专为建筑集成而开发的光伏组件双面玻璃的封装方式在逐渐流行，为建筑商将光伏组件直接组成玻璃幕墙，扩大电池片覆盖建筑的面积，从而为提高电量输出提供着新的设计思路与方法。这些都预示着光伏技术将成为可再生能源技术与建筑一体化设计中的重要一员。

6.3 风能建筑一体化

风能建筑一体化发电效率高、成本较低。小程机器，其应用价值还有争议，而中程机器(5～50kW)，若装置适当(如成为新型建筑或高层建筑的一部分)，则贡献巨大。比较典型的例子如2007年6月竣工的巴林世贸中心(WTC)，3个巨大的风力涡轮螺旋桨按照独特的空气动力学安装到建筑中，每个直径长达29m，每次工作，这3个巨大的螺旋桨大约能给大楼提供11%～15%的电力，足够给300个家庭用户提供1年的照明用电。

本项目针对一体化设计的内容进行了深入的研究和探讨，并进行了多方面的实践，但最终由于种种原因并未成型。

7 结语 综上所述，低碳建筑的设计是一项综合工程，其中涉及到技术、经济、规划、设计、施工等很多关键环节，因此在设计管理过程中，应根据当地的资源条件，因地制宜，重视低碳设计的考虑、技术运用及理念贯彻。

参考文献

[1]夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-2010.中国建筑工业出版社，2010.

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[5]可持续建筑的低碳设计战略，顾玲玲; 袁樵，复旦大学环境科学与工程系 【期刊】建筑节能，2011-12-25

[6]新科学观下的低碳建筑设计技术与方法简析，姚刚; 张宏，【期刊】室内设计与装修，2011-02-10。