低碳建筑技术措施分析

李理智

（贵阳市建筑设计院有限公司，贵州 贵阳 550000）

0 引言

我国建筑业已成为耗能最多的行业之一，并且其耗能呈现增长的趋势。全国建筑全过程碳排放量由2005年的22.34亿t，上升到2019年的49.97亿t，增长了2.24倍，年均增长5.92%。2019年我国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放总量的50.6%，其中，建筑生产阶段碳的排放量为27.7亿t，占比28.0%；建筑施工阶段的碳排放量为1.0亿t，占比1.0%；建筑运行阶段碳排放量为21.3亿t，占比21.6%。由此看来，建筑业的节能减排任务十分艰巨[1]。表1为2019年中国建筑碳排放量情况。

表1 2019年中国建筑碳排放量情况

“低碳建筑”并不是完全没有碳排放，而是最大限度减少对传统化石能源（如煤炭、天然气、石油等）的消耗，其主要特点是外围护结构拥有更强大的保温性能，且建筑物主要消耗的能源种类为可再生能源，如地热能、生物质能、太阳能、风能等，在营造舒适人居环境的同时，将对地球能源的消耗降到最低，实现人与环境和谐相处[2]。

1 建筑整体保温体系节能措施

1.1 控制建筑物体形系数

建筑的体形系数是指建筑外表面与空气接触的面积除以建筑物的体积。按照传统的节能设计理念，办公建筑的体形系数应不超过0.4，住宅的体形系数应不超过0.3，寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.4，且最好控制在0.3以下[3]。

1.2 控制建筑物的窗墙面积比

建筑物的窗墙面积比是指不同朝向外墙上的窗、阳台门及幕墙的透明部分总面积与所在朝向建筑的外墙面的总面积之比。窗作为外围护结构中一种透明的薄型轻质构建，其保温隔热性能较弱，所以控制窗墙面积比是非常重要的。

1.3 采用外遮阳及内遮阳技术

建筑物的外遮阳板可以调节阳光辐射量，在炎热的夏季，可以通过调整遮阳板的角度阻挡阳光进入建筑；在寒冷的冬季，可以通过调整遮阳板角度使阳光照进室内。在外窗或建筑内设置可调式百叶片，夏季阳光直射时，降下百叶遮挡阳光，减少空调系统冷负荷；冬季收起百叶增加室内日照，提高室内温度，减少采暖负荷，降低建筑的整体能耗。

1.4 构建建筑外围护结构

建筑物的外墙、屋面及挑空的围护结构采用保温性能较好、重量较轻的保温材料，如岩棉、离心玻璃棉和其他新型、高效的保温材料，从而增强墙体的隔热能力，有效抵御室外气温对室内环境的影响，从而降低建筑能耗。

1.5 采用多层中空LowˉE玻璃

现代建筑的窗墙比越来越大，全玻璃幕墙建筑也越来越常见，外窗、天窗等玻璃构件的能耗占建筑外围护结构能耗的40%以上，同时又影响建筑的造型、通风、密闭、隔声及采光，因此必须增强建筑物门窗等玻璃构件的保温及密封性能。同时，这些玻璃构件应采用多层中空LowˉE玻璃，紧固件及结构支架采用断热桥铝合金，构件整体传热系数应控制在1.5 W/（m2·K）以内。

1.6 采用被动式通风技术

在厨房、浴室等区域设置管井或高窗，利用热压效应排出这些区域中潮湿、浑浊的空气，再利用负压效应把新鲜空气送入室内。卧室、办公室、走廊等区域可以对向设置外窗，利用建筑物对向压差，实现自动通风。这些措施在祛除潮湿和异味的同时，还能够排出室内空气中的一些污染物。

1.7 采用自然光

在建筑物内安装光导管或设置天窗，使自然光从各导管口或天窗传输到人员活动区，同时实现对自然光的亮度调节，满足不同的使用需求。目前，该技术已得到了广泛应用，可以极大地减少建筑物的照明能耗。

2 采用新能源系统节能

2.1 太阳能热水系统

太阳能热水系统通过放置在建筑物外的集热器吸收阳光，光能由集热器转化为热能，水经过集热器加热后，由管道输送至储水保温水箱中，进而供生产和生活使用。

2.2 光伏发电、供电系统

光伏发电、供电系统的工作原理是阳光照射电池板进而转化为电能，电能通过逆变器整流后转变为可以直接使用的交流电，进而为其自身、邻近建筑、电动公交车、电动汽车提供能源。

光伏建筑一体化就是在建筑物外表面安装光伏发电组件（图1）。根据光伏发电组件在建筑物上安装方式的不同，发电系统主要可分为两类：①建筑构件和光伏发电组件融为一体，如光电幕墙、光伏屋瓦，因此，对光伏发电组件的要求较高，其需要满足建筑物的使用需求，同时能够高效发电。②在建筑物屋顶或外表面安装光伏发电组件，这种方式较为简单，且易于维护和更换，但对建筑立面造成一定影响，如占用建筑的屋面，影响建筑物的布局。因此，应根据建筑物实际情况来选择不同的光伏发电组件。

图1 建筑光伏发电实例

2.3 风力发电系统

高度在500 m以上区域平均风速为9~12 m/s，具有较高利用价值。风力发电机预计每1 m2的风轮发电功率为400~500 W，全年可生产100~200 kW的电力。风力发电方案涉及结构荷载、建筑美学等因素，因此需要进行综合考虑。上海中心大厦屋顶的风力发电设备如图2所示。

图2 上海中心大厦屋顶的风力发电设备

3 采用装配式建筑

装配式建筑节能传统的现场建造方式，建筑的梁板、墙体及管线系统的主要部分采用预制构件，这些预制构件在工厂批量生产后运抵施工现场，再采用搭接装配技术进行组装。与传统的现场建造方式相比，装配式建筑的优点如下。

3.1 提高生产效率

因为装配式建筑构件可以在工厂内标准化大量生产，并且生产过程中工作人员可对温度、湿度等条件进行控制，生产不受天气等不确定因素的影响，因此，可以在一定程度上保证构件的生产质量，提高生产效率，保证工期按计划进行。装配式建筑工厂批量生产构件如图3所示。

图3 装配式建筑工厂批量生产构件

3.2 节能环保

装配式建筑构件均在工厂制作，模板可以重复使用，避免了物料浪费，同时也减少建筑废料及垃圾的产生量。

3.3 减少人力成本和安全隐患

装配式建筑的大部分构件都是在工厂内批量生产的，因此，通过现代化工厂进行批量化、信息化、模块化、标准化的生产，可以减少烦琐的施工工序，进而减少现场安装工人及各类工程技术管理人员的数量。装置式建筑不仅可以大幅降低人力成本，而且相较于露天作业、高空作业等传统的施工模式，也极大地减少了安全隐患。图4为装配式建筑施工现场。

图4 装配式建筑施工现场

综上所述，装配式建筑的节能减排优势明显，是保证建筑业实现低碳建筑目标的必要手段和措施，并为实现“双碳”目标提供有效支撑[4]。

4 其他节能技术措施

（1）采用高效空调系统：建筑物采用水源热泵、地源热泵（图5）等系统作为空调系统，利用浅层水源热源或中浅层土壤提高空调系统的COP值，降低空调系统的能耗。

图5 地源热泵系统

（2）建设中水系统：中水经中水管道收集后汇入中水池，经过净化处理后集中储存于蓄水池，供绿化浇灌使用。

（3）种植屋顶绿化：在屋顶种植绿化带可以减少阳光辐射。在夏季，利用植物的蒸发作用减少屋顶传热；在冬季，可以利用土壤的蓄热保温性能减少热损失。

（4）采用能耗管理系统：系统可直接连接各类能源计量表，如水表、电表、气表等，并支持远程集中控制和管理，还能根据数据汇总提供节能建议。

5 结语

“碳达峰、碳中和”的国家战略提出后，作为能耗大户的建筑行业，采用各种低碳建筑节能技术势在必行。在建筑物的设计阶段应大幅提高整体保温性能，在建造阶段应采用装配式建筑构件，运营阶段利用多种可再生能源和节能措施，最终实现低碳建筑设计建造。