绿色建筑设计对节能减排的重要性

2022-07-21成利伟

工程建设与设计 2022年12期

成利伟

（河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司，郑州 450000）

1 引言

建筑工程以大量的水资源、木材资源以及其他能源为基础，实现对建筑的科学打造。建筑施工过程中会产生大量的建筑垃圾和二氧化碳，导致能源浪费严重，污染问题频发。绿色建筑设计理念应用可以起到良好的节能减排效果，通过绿色技术应用，预计能源消耗量可以降低5%以上，二氧化碳排放量可以降低大约12%，垃圾污染问题减少约8.6%，建筑使用能源消耗量降低20%~30%。

2 绿色建筑技术在建筑设计中的应用

绿色建筑设计是指通过空间设计、功能设计、室内外物理环境设计、节能设计等实现节能减排的目标，落实绿色发展理念。建筑设计应合理利用现有的资源，开发可再生资源，降低建筑的能源消耗，实现建筑与环境协调统一，使建筑在使用过程中可以起到良好的节能效果。以下对绿色建筑技术在建筑设计中的应用进行分析。

2.1 建筑布局设计

合理的建筑布局设计可以实现优化配置资源的目标，减少可能出现的能源消耗问题。设计时，应结合实际情况，考虑该地区的自然环境和地质环境，结合气候因素等进行布局设计，并考虑风向、阳光等对建筑舒适程度造成的影响。例如，我国西北地区日照时间比较长，降雨量较少，基于节能减排理念，在建筑设计中为了确保建筑采光良好，在规划布局上采用整体朝南的形式，适当朝着风向进行偏移，使建筑在夏季有良好的通风散热功能，冬季有着良好的保温效果[1]。

2.2 电气系统设计

建筑电气设备在使用过程中会消耗大量的能源，考虑到绿色理念在建筑电气节能设计中的实际应用，应按照国家对建筑照明设计提出的要求，合理确定照明的亮度、标准值以及功率等，依照标准文件提出的要求对照明系统进行优化设计。另外，电气系统设计中，应采用合适的无功补偿方式。例如，某建筑在建筑电气设计中应用静态补偿的方式进行无功补偿，经过试验之后，其电力传输的消耗量降低了约20%，并且在电力输送过程中，电压可以时刻保持稳定的状态[2]。设计人员为了减少环境因素对无功补偿运行造成的不良影响，采用动态跟踪监测技术对其进行优化，时刻关注输电线路的运行状态，实现了电气系统的节能设计。

2.3 节能材料应用

节能材料的应用可以减少建筑投入使用之后不必要的能源消耗。外墙可以应用复合保温材料降低墙体的平均传热系数，根据各地气候特征，采取外保温、内保温和内外保温相结合的方式减少建筑能耗和热桥问题。对于窗户区域的设计，考虑到其密封效果，可以使用新型的节能窗，减少外窗热损增加的情况。玻璃的设计也可以应用节能理念，采用LOW-E 玻璃、三玻双中空或充氩气的中空玻璃，都能有效减少窗户的传热系数，通过增加空气层厚度的方式，也可以起到一定的保温效果，从而减少通过外窗产生的能耗[3]。屋顶区域可以采用质量较轻、导热系数比较小的材料，将挤塑聚苯板、泡沫混凝土等有效融合，采用倒置式屋面，可以起到节能效果的同时，延长防水层材料的使用寿命，从而提高房屋质量。节能材料的应用可以起到良好的节能效果，二氧化碳的排放量也有所降低。建筑节能设计中常用材料见表1。

表1 建筑节能设计常用材料

2.4 可再生能源应用

风能、水能、太阳能等可再生能源在建筑设计中的应用可以起到良好的效果。在建筑屋顶区域加装太阳能集热板，可以用于水源加热、屋内保暖等。太阳能在建筑设计中的应用可以减少建筑采暖50%的能源消耗量。地热能资源的应用可以有效减少建筑投入使用过程中的二氧化碳消耗量，设计地下水热泵系统，将其与地表水热泵系统有效结合，通过在地源内部埋设管道的方式，为建筑供暖、制冷提供便利条件。该能源在我国北方建筑节能设计中应用比较广泛，由于其冬季和夏季之间的温度差异较大，地热能的开发利用效率更高。

3 绿色建筑设计节能减排重要性评价

3.1 案例分析

某建筑位于北京市，建筑占地面积3 025 m2，建筑结构为剪力墙结构，高40.5 m。地上部分应用厚度为30 cm 的C35 钢筋混凝土墙。内墙设计应用厚度为20 cm 的混凝土实心砖墙。外墙使用聚苯板作为节能保温材料，屋面应用泡沫聚氨酯作为保温防水材料。对其节能减排效果进行权重比值评价分析，计算材料在生产和运输环节中的碳排放总量周期，编制建筑建材碳排放量计算表。

3.2 评价模型构建

本文基于权重平均价模型对建筑设计进行评价，对相关指标进行选取。应用全生命周期概念对建筑节能设计的节能效果进行评价，应用公式如下：

式中，Qi为活动强度；Cj为建筑材料的碳排放因子；E为材料的生命周期碳排放量；f为单因素方差。基于设计角度对建筑的节能效果进行综合评价，涉及因素比较多，考虑到建筑建设周期较长，评价角度存在多样性。应用五级评所指标对建筑节能效果进行综合评价。

五级评价指标的设定按照节能减排效果分为优秀（A）、较好（B）、中等（C）、合格（D）、不合格（E）5 类。列定为“优秀”的建筑设计内容说明其符合节能指标和判断标准；“较好”的说明其有部分区域的设计节能指标较好，但存在一部分不合格的情况；列定为“中等”的节能评价说明其个别内容符合标准，不达标的数量也比较少；列定为“合格”的区域说明大多数不符合标准，且不达标的数量较多；列定为“不合格”的说明其仅有部分达标，其余均不符合标准。

按照建筑设计内容对其指标进行分析，采用定性、定量相结合的分析方法，所得最终评价结果见表2。

表2 建筑设计节能定量、定性分析结果

应用定量指标对能源的消耗量和能源的利用效率进行分析，对计算结果、节能标准和节能指标进行评价。由于上述节能评价分析内容较为复杂，涉及因素比较多，考虑到可能存在指标缺失的情况，建筑的用能情况分析存在差异，需要进一步对指标内容进行优化设计。碳排放量受建筑的类型、结构等影响较大，仅可应用纵向对比的方式对其进行分级计算，对单位面积的二氧化碳排放量进行明确，并将其作为标准进行最终的排放比率计算。

3.3 评价结果

基于上述指标分析绿色建筑设计对节能减排的重要性。从结果上看可能存在一定的问题，受数据条件和实际环境所影响，导致设计内容节能效果可能与实际情况存在差异。因此，对量化指标进行进一步的幅值调整，按照分值对其进行分类评价，综合得分在60 分以下的为不合格；在60~70 分的为合格；在70~80 分的为中等；在80~90 分的为较好；90 分以上的为优秀。对案例的节能效果进行最终评价，应用权重比对其进行结果分析，其最终的评价值在80~90 分，说明绿色建筑设计对节能减排影响较大，最终节能效果比较好。应用全生命周期碳足迹理论对建筑的碳排放量和能源消耗量进行分析，最终取得的结果与预期设计结果之间存在一致性，在具体落实设计方案中可以尝试应用监测平台、监测技术对异常情况进行分析，可以减少设计方案落实过程中的能源消耗情况。

通过对绿色建筑节能减排设计的重要性进行分析可知，设计人员应尽可能选择环境影响因子较小，并且应用回收率比较高的材料，通过应用回收材料减少高能材料的因素，如木材、混凝土等。此外，降低运行过程中的能源消耗量，需要使用清洁能源和可再生能源，优化现有的能源系统，太阳能、地热能等在建筑设计中的应用，既减少了建筑设计成本，也符合节能减排的绿色设计理念。