关于在建筑工程设计中应用低碳理念的思考与研究

2023-01-23丁福峰

城市建设理论研究（电子版） 2022年35期

关键词：理念建筑工程建筑

丁福峰

雄安城市规划设计研究院有限公司河北容城 071700

在社会经济快速发展的背景下，低碳建筑、绿色建筑逐渐成为建筑领域中的主旋律，国家多次强调将低碳理念贯彻于建筑工程设计中，实现绿色环保、节能减排等目的，保护自然环境、确保人们的身体健康。

1 低碳建筑简述及建筑低碳设计的必要性

1.1 低碳建筑简述

1.1.1 低碳

低碳意指较低的温室气体排放。在全球经济化背景下，工业迅速发展、人口提升，人们对资源的索求越来越大，同时由于社会发展及人们生活对资源消耗的不节制，使得生态环境面临的问题愈加严重，二氧化碳的排放量剧增，臭氧层持续遭受着破坏，已对人们的正常生活产生了威胁，全球经济发展也因受到来自生态环境恶化的约束，而大打折扣[1]。

1.1.2 低碳建筑

低碳建筑指在建筑材料、设备制造、建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，达到控制二氧化碳的目的，低碳建筑在当今时代中，已成为世界范围内的主流。

1.1.3 低碳建筑的价值

建筑是一个能源消耗主体，在消耗资源的同时会对环境造成影响。据相关数据统计，世界范围内有50%的能源消耗于建筑，并且我们从自然界获取的所有资源有50%以上也是应用于建筑及附属设施。虽然道路、隧道等无法用绿色建筑来评价，但居住建筑、办公建筑等对资源的利用是周而复始的。

建筑所产生的光污染、水污染等在环境污染中的总占比为1/3，而由人类制造的垃圾中，建筑垃圾占比为40%。对发展中国家来讲，人口大量集中于城市，除对城市施加压力外，也使城市的各项基础设施面临较大压力，消耗的能源持续增加，而当前又面临资源匮乏的困境，两者间逐渐形成矛盾[2]。

1.2 建筑低碳设计的必要性

1.2.1 降低建筑能耗

大量的能源消耗已经使建筑与时代发展出现不协调之处，而任何事物都需紧跟时代的发展脚步，否则便会被淘汰。因此，在能源匮乏背景下，低碳建筑诞生并快速出现于人们的视野中，低碳建筑可显著降低建筑的能源消耗，有学者针对此进行过研究，将普通建筑与低碳建筑的能耗进行数据对比，研究结果显示，普通建筑不论是在施工亦或者使用中，造成的能耗都比低碳建筑要高出30%，而造成的污染也比低碳建筑高出25%。这一数据的直观比对，为低碳建筑的发展提供了助推力，将低碳理念贯穿于建筑设计中，科学管控能源与碳排放[3]。

1.2.2 建筑艺术设计的需求

在经济水平持续提高的时代背景下，人们对建筑的要求不再局限于质量上，转而在审美上提出了一系列的要求，而以往的建筑室内外等各部设计都以商品化为原则，忽略了建筑本身的艺术性。而低碳设计却强调要与环境融为一体，提高建筑与环境的协调性，建筑中往往有当地文化、风俗等内容相关的设计，不仅提高了建筑本身的艺术性，同时也助推了地方建筑的发展。

1.2.3 响应绿色建设的号召

在物质、精神都得到满足的情况下，人们开始重点关注自己的身体健康，人们希望自己的家不会对自己身体产生负面影响，而低碳建设、绿色建设便是自身健康的一道保障。低碳理念风潮已在世界范围内流行了多年，在我国国内也受到了较高的重视，并且在国家部分政策中可见低碳环保的影子，特别是国家在建筑方面的规划，号召绿色建筑、低碳建筑，各建筑企业应当积极响应。建设设计人员要明白低碳设计的价值与必要性，将低碳环保、绿色建设落实于工程设计中[4]。

2 低碳理念在建筑工程设计中应用须遵守的原则

在社会持续发展背景下，各方对低碳的研究越发深入，低碳环保技术、机制等愈加成熟，但低碳理念应用于建筑中，需要遵守相应的原则，才能够确保建筑低碳设计的合理性、科学性，形成高效能的低碳建筑。

2.1 确定建筑间距

对建筑而言，朝向与间距都能够产生较大影响，比如建筑通风、采光等方面，与室内体验有直接关联。合理实际的建筑间距，能够保证室内空间足够的光照，而良好的通风设计，可在与一定程度上取代空调，合理确定间距的建筑便具备了节能的优势。

2.2 赋予建筑保温能力

在我国建筑工程设计中，首先考虑的因素便是建筑的保温能力。低碳理念在建筑设计中的进一步体现，即是令建筑具有保温能力，这可大量减少建筑所消耗的资源。低碳理念应用于建筑保温层设计中，第一步应当是选择高质量的材料，高质量材料不仅保温性比较高，并且有较强的稳定性，可改善墙壁冷凝问题。另外，应当缩小窗户的面积，在保证正常通风的前提下，避免冷空气过多的涌入，对建筑保温性提升有较大帮助[5]。

2.3 建筑形式设计

建筑本身便是一道亮丽的风景线，对建筑来讲，进行降温或提温，都需要消耗大量的能源，以及排放二氧化碳，这加剧了全球气候变暖。为此，应从建筑形式设计入手，提高建筑的降温与提温能力，控制碳排放。须根据工程项目实况及真实的形体数据，来确定建设方案，规范设计才可达到上述形式设计的效果。

3 低碳理念在建筑工程设计中的应用

3.1 优化建筑结构

建筑结构是建筑稳定的决定性因素，利用低碳理念更新建筑结构设计方式，在保证建筑节能的基础上，控制建筑对环境的破坏、污染，因此推动建筑结构优化，对建筑而言十分关键。根据我国目前建筑工程施工现状来看，工程结构大多都是钢筋混凝土，在施工中需要消耗大量的水泥、石料等不可再生资源，造成大量的资源浪费，与可持续发展理念相悖。因此，在贯彻落实低碳理念时，应当综合考虑资源的应用，以及环境保护，探究通过钢结构体系代替钢筋混凝土结构的可能性。此外，建筑设计人员在设计中，应当对自然资源进行充分利用，比如利用太阳光满足建筑采光要求，利用自然风满足建筑通风要求等[6]。

3.2 建筑朝向设计

在建筑工程设计中，朝向设计也是重点内容，这是为建筑提供充足通风与采光的前提，合理设计建筑朝向，保证建筑的通风与采光。建筑设计人员在设计中，须综合考虑在不同季节中受到日照的时间与强度大小，之后根据太阳实际照射角度进行图纸设计，并以该日影像图作为基本方向来进行建筑位置与方位的设计。在建筑位置确定后，设计人员还需以获取最大程度的太阳热能来进行建筑朝向的设计，大多建筑都会选择朝南坐北的建设方案，而开窗设计中，宜南面大开窗、北面小开窗，这种建设方式，能够得到最大程度光照及最佳的通风效果。

3.3 持续优化外墙技术

建筑外墙主要是指建筑围护结构部分，这同样也是建筑中整体能源消耗最大的部分，对部分工程进行调查，得知这部分能源消耗占比平均能达到30%以上，因此，这部分施工是造成能源浪费的主要内容。从目前建筑领域实况来看，钢筋混凝土结构依然是外墙建设的主流形式，虽然这一结构有着较强的保温性，但在实际应用中却表现出短寿命的缺陷，对建筑质量有较大的负面影响，特别是高层建筑，对其经济、安全等方面都存在严重影响。在这一结构外，玻璃棉聚苯乙烯泡沫也是应用比较广泛的保温材料，它的缺陷在于抗震性比较差，这是局限了它进一步覆盖的主要因素。此外，能够对外墙结构质量形成影响的还有冷桥现象，在外墙设计中，设计人员应当在确保外墙结构质量、保温性外，给予冷桥现象足够的重视，制定相应的策略进行预防[7]。

3.4 技术创新

推动技术创新，开发建设新工艺、新材料，深度贯彻低碳理念，发展绿色建筑。比如木结构填充岩棉等技术，在低碳理念下，这些技术在建筑中得到了良好的应用，对控制建筑碳排放提供了较大帮助。并且，技术创新大多以当前存在的问题为研究对象，这有效提高了建设质量，比如建筑水资源浪费问题，在得到社会高度重视后，建筑水循环系统被开发，从实际应用效果来看，这是实现水资源最大化利用的有效途径。

3.5 控制照明系统

照明系统是建筑获取光亮的重要途径，在对照明系统进行设计时，应当尽可能选择高效工具、低耗电器械，同时根据建筑布局，设计照明路线。照明系统的控制可选择光控、声控等趋于智能化的控制手段，尽可能控制能源消耗，实现节能减排的目标。

3.6 提高空间利用率

围绕低碳理念展开建筑设计，可从建筑空间布局入手，提高空间的利用率，高效利用空间，减少建筑总体面积，尤其是大型居住建筑，若是能够提高空间的利用率，就能在一定程度上控制住房的面积标准，进而降低建筑对能源的消耗，并且，这是建筑实现良性循环的可靠途径，在增加建筑寿命的同时，减少了建筑产生的垃圾。

在建筑工程设计中，以低碳理念为基础，尽可能提高空间利用率，缩减建筑面积总需求，控制建筑总面积，达到减少能耗的目的；从再生资源利用角度进行思考，此途径可大量减少垃圾的产生，符合绿色建筑标准[8]。

3.7 加大对低碳材料的引进及应用力度

在建筑设计中，工程设计人员应当积极使用低碳材料，合理应用低碳材料能够使建筑更加环保，对低碳理念在我国建筑领域中的发展有助推作用。我国建筑领域在进入新时代后得到了快速发展的契机，建筑类型越来越多、建筑质量越来越高，而相对应的建筑材料也在不断更新，各种新式建筑材料出现在市场上，在施工时可根据需求进行选择，在低碳理念快速普及的背景下，低碳方向的材料研发工作也愈加活跃，甚至有部分建筑材料厂商设立有专门研究低碳材料的工作室、部门。目前的建筑材料市场中，已存在多类型的低碳材料，设计人员在建筑工程设计时，须提前对材料市场进行一定的调研，而后根据工程对质量、性能等方面的要求，合理选择低碳材料，保证工程设计的科学推进。

3.8 建筑和周边生态的协调性

在社会经济快速发展的背景下，建筑行业也进入新的发展阶段，在低碳理念下，现代建筑应当注重与周边生态的协调性，发挥城市的“面子”作用。在建筑工程低碳设计中，须实地考察周边生态环境，尽可能实现人和资源的和谐共处，强化建筑性能、外观和周边环境的协调性，避免在建筑施工中、在建筑后续使用中对生态环境产生影响。若要达到这一目的，应在建筑选址的实地考察后，综合生态环境、工程建设目标等条件进行考量，找到建筑和生态环境间存在的联系，提高建筑与生态环境的契合度，保证建筑在施工、使用中都可以达到良好效果。

4 将建筑一体化设计和可再生能源技术相结合

4.1 光和热建筑的一体化

能源已成为时代的焦点话题，新能源开发工作在世界各地都在紧密推进中，目前应用最广泛、效果最佳的新能源便是太阳能，收集太阳能存储为热能形式，再进行利用是能源节制使用的可靠途径。收集太阳能须使用集热器——一种把太阳能变成热能的重要设备。在光和热建筑一体化设计中，主要内容也是集热器的设置，它可实现科学协调建筑与周边环境的关系，在集热器安装时，最佳位置应当是建筑向阳面，安装操作相对比较简单。

4.2 光伏建筑的一体化

光伏建筑，也是目前绿色建筑中常见的一种形式，把光伏和建筑合二为一，不仅控制了碳排放，同时也实现了节能。其工作模式为：首先把收集的太阳能通过设备转换成直流电，而后通过转换器调整交流电、直流电，最后供给人们的生活所需。另外，在光伏建筑中，选择光伏组件双面玻璃进行幕墙的设计，可显著提高能源的吸收率[9]。