浅谈高层建筑低碳设计理念及发展趋势

汪 玲 邵军义 朱 珊 申梦晗 薛 婷

（青岛恒星科技学院，山东 青岛 266000）

在城镇化的建设中，高层建筑引起环境污染问题也在不断凸显，严重影响人们的居住环境和生活质量。高层建筑低碳设计是从建筑设计阶段就贯彻低碳理念，以国家的低碳战略为依据，以最少的能源消耗满足人们需求，从而实现建筑行业的绿色发展。通过分析发现，在高层建筑中运用低碳设计理念，不仅能提高资源利用率，实现绿色建筑的目标，还能提升建筑布局设计的合理性，促进建筑行业良性发展。现结合自身经验，就低碳设计理念在高层建筑中的应用展开探讨。

1 低碳设计理念概述

1.1 低碳设计理念的基本概念

随着社会经济高速发展，城镇化的不断推进，环境污染、能源枯竭等问题受到越来越广泛的关注，低碳设计理念应运而生。所谓低碳设计理念，是指在建筑工程设计过程中，在保证建筑设计质量的前提下，提高能源利用效率和节能环保效果，将新技术、新工艺和环保材料等应用于设计各环节，从而减少资源的浪费，促进自然环境与建筑的和谐发展[1]。

1.2 低碳设计理念的内容

低碳设计的核心在于控制二氧化碳排放量，减少污染物的排放，提高建筑工程本身的效益。具体分析低碳设计理念的内容，主要包括以下几个方面：

（1）合理利用天然材料。材料是建筑工程的基础，在能源不断减少的现阶段，建筑设计人员一方面要加大新天然材料的开发，另一方面尽力避免建筑设计中应用对人体有害的材料。在建筑材料使用之前，还要加强材料质量的检验，防止有害物质掺杂其中。例如在设计人员使用木材、石灰等材料时，要加大检测力度。

（2）节能环保。节能是低碳设计理念的重要内容，在高层建筑设计过程中，要以节能环保的结构体系为基础，尽可能地利用自然环境条件，保证最终建成的工程符合节能环保的要求。比如，借助自然通风原理设置空调系统，或利用自然采光调节室内湿度。

（3）优化能源配置。低碳建筑设计的另一个内容是优化能源组合，这样有助于提高能源利用率，达到保护环境的效果。对此，要科学使用先进的技术手段，对各类资源进行组合、配置，提高资源利用率；加大对风能、光能和地热能的利用，以此来替代不可再生能源，实现保护能源的目的。

2 高层建筑中低碳设计理念的意义

2.1 提高资源利用率

高层建筑数量持续增加，建筑施工所用材料的种类、数量也不断增多，而且在资源能源消耗量增加的情况下，如何采用有效举措提高资源利用率，成为建筑设计阶段需要关注的重点内容。低碳设计理念的运用，可以在建筑设计中合理分配各类资源，同时也能将可回收材料用于其中。比如，很多高层建筑会使用装配式结构，材料回收率达70%，具有较高的经济效益。

2.2 减少环境污染

在低碳发展的背景下，环境污染问题受到社会各领域的广泛关注，建筑行业需要在此背景下起到良好的表率作用。在低碳设计理念下，建筑行业要将侧重点放在节能环保技术及材料等方面，这样有助于减少工程施工对环境的不良影响，提高工程的经济效益[2]。另外，在施工材料的选择上，要加大循环材料的使用，如钢结构材料，回收率高达70%，降低其对环境的二次污染。

2.3 提高企业经济效益

受招标模式影响，建筑企业的经济效益一直在不断减少，而且在工程施工周期延长的背景下，工程管理的难度也随之增加。在高层建筑施工中，为了保证企业的经济效益，需要加强对各环节的成本管控，减少不必要的成本支出。低碳设计理念的运用，可以在资源利用上提出一些可行性的建议，帮助企业科学的制定管理方案，从而减少施工成本，提高企业的经济效益。

3 低碳设计理念在高层建筑中的具体应用及典型案例

3.1 低碳设计理念在高层建筑中的具体应用

3.1.1 建筑结构布局设计

随着人们要求的提高，高层建筑布局也开始朝着自由式方向发展。和行列式布局相比，自由式布局更加灵活，可根据当地的日照情况、季风风向等，随时调整结构布局，从而提高资源利用率，切实发挥低碳设计理念的作用。比如，在建筑位置、间距设计时，以当地夏季风方向、日照条件为基准，对建筑进行错落布置，这样不仅能提高每栋建筑的资源利用率，还能提高居民生活的舒适性。同时，还可利用信息技术、数字技术等先进技术，对建筑结构布局进行建模，基于数字模型分析建筑物的受力情况，在确保受力均衡的基础上，优化设计建筑空间。需要注意的是，在高层建筑设计过程中，要重点关注建筑结构的应力分布，发现问题后及时处理，提高高层建筑结构的稳固性。

3.1.2 建筑朝向设计

在高层建筑中，采光、通风设计都是最基础的内容。因此，要做好高层建筑朝向设计的相关工作。基于低碳设计理念，充分考虑当地的日照时间和强度，在此基础上科学设计建筑朝向，确保每个建筑都能接收到光照[3]。由于阳光照射会随着朝向的差异性而变化，要求在设计中全面考虑当地的实际情况，并进行精准的定位，以便延长日照时间，营造舒适的居住环境。对于光照条件差的地区，可以在建筑朝向设计时通过优化室内设计的方式，增强建筑物的稳定性。比如，在高层建筑室内设计期间，可以在室内墙面安装反光镜，或在粉刷墙壁时使用反光性的材料，这样可以在阳光照射时利用光的折射原理，将光照覆盖到其他区域，从而增加室内亮度，减少室内用电，实现节约电能的效果。

3.1.3 围护结构墙体设计在围护结构墙体设计过程中，要注意以下几点：

（1）外墙是高层建筑围护结构的重要部分，一般采用剪力墙结构、钢筋混凝土框架承重。因此，围护结构多使用填充材料，为了减轻墙体荷载，满足隔热、保温的需求，可使用轻质材料，如复合型铝板、中空玻璃等。在围护结构材料布置中，主要分为内侧和外侧，在寒冷地区相同的气候条件下，由于材料层次不同，保温效果也不相同。为防止墙体出现冷凝水，最好在外侧设置保温层。

（2）注重建筑材料的安全性、环保性。目前，市场上常用的节能材料为复合型材料，如JC复合板、聚塑复合板等。在进行选择时，要全面考量材料性能，可搭建完整的评估体系，以施工难度、材料保温性、市场价格等为指标，在此基础上对节能材料进行筛选，提高建筑材料的可靠性。

（3）选择合适的施工技术。对于施工技术的选择，可从结构设计、材料种类等方面着手，当前常用的外墙施工技术有粘贴、外挂等技术，但这并不代表其适合所有的高层建筑，需要通过对施工技术的综合评估，选择恰当的施工技术，同时客观分析施工要点、应用步骤，为后续工作的顺利推进奠定基础。

3.1.4 传统技术与新型技术相结合

陶土夹心墙、木结构填充岩棉等传统技术，也是保护环境、能源消耗低的建造技术，这些技术所用材料不仅能减少硫、二氧化碳的排放量，还能节约能源、保护环境。在低碳设计理念下，建筑工程的施工已不再满足于传统技术，需要加强对新型能源控制技术的研究和应用，从而有效减少能源浪费。比如，在高层建筑配套系统设计中，污水、雨水分流系统比较适用于干旱缺水的地区，可以回收再利用雨水，用于灌溉树木和花草，同时也能分开处理污水、雨水，实现节约水资源的目的[4]。

3.2 低碳建筑案例

以深圳万科总部大楼为例，该项目于2009年11月建成，美国建筑师斯蒂文·霍尔将该项目的最初设计概念解释为“漂浮的地平线”，将国际会议中心、酒店、总部办公等多个功能结合在一起，并将整个建筑抬起，将基地最大限度地还原给自然（见图1）。万科中心的设计，可以理解为一种特殊的场地实践：将建筑物架在开阔的场地上，底部形成对流通风良好的气候，吸引人们在夏季休憩；混凝土核心筒外附着磨砂玻璃，和上方结构在材质上的对比，形成了一种“漂浮”效应。

图1 万科中心

在万科中心设计中，使用了比较成熟的冰蓄冷系统。在电力负荷比较低的夜间，利用电制冷机制冰，以冰的方式存储冷量，然后在电价高的白天释放冷量，以此来满足建筑物空调的负荷需要。同时，还在屋顶配备了约400m2的太阳能光伏发电板，由于当地太阳辐射丰富，每年有80%左右的天数具有采集太阳能的条件。根据建筑运转能耗分析，万科中心12.5%的电能消耗由太阳能光伏板产生，酒店所需热水的50%由太阳能热水器提供。

4 低碳建筑的发展趋势

4.1 制定发展目标

低碳建筑要想获得稳定、健康的发展，不断扩大自身在城市建筑中的占比，最为首要的任务是明确发展目标，制定科学的发展规划。结合城市的发展现状和需求来看，我国目前已发布了相关的指导意见，对低碳建筑在未来城市中的占比也提出了要求。但具体到各大城市来看，要制定相应的发展规划，这样才能有目的、有针对性的控制低碳建筑的发展速度，确保其能满足预期需求，为城市的可持续发展贡献力量[5]。

4.2 创新技术手段

基于低碳建筑的发展目标，创建相应的施工技术手段，也是低碳建筑未来的发展方式，需要引起相关人员的广泛关注。对于施工技术手段的创新而言，要从多个方面进行研究，将具有环保、低碳等功效的技术用于低碳建筑中，从而提高建筑工程的低碳水平。另外，对以往的施工技术手段进行优化，也是一种比较常用的方式，特别是能源消耗多的建筑区域，更是要加强技术探索，采取合理有效的手段进行创新，减少建筑物应用中的碳排量。

4.3 提高政府重视度

各级政府要将低碳建筑发展、建筑节能提高到国家可持续发展战略高度，完善相关的规章制度、法律法规，严格执行国家的要求和规范，使建筑能耗满足需要。对于新建工程，坚持“能源消耗少、环境污染小”的原则；对于老旧的建筑工程，基于低碳环保的理念进行改造和完善。此外，政府还要加大经济投入，加强科研机构的科学研究，促进低碳技术的推广应用；建筑企业还要加强专业人才的培训，着重讲解低碳、环保等方面的知识，提高工作人员的环保意识，为日后的低碳建筑设计提供保障。

4.4 注重体现地域特色

基于低碳建筑发展速度和水平的提升来讲，还要从地域的多元化、特色化角度进行探索，鼓励各地区在建设低碳建筑时，围绕自身特色、气候特征进行优化创新，这样有助于在低碳建筑设计中体现出地区风格，增强建筑物的美观性，促进城市发展。比如，在低碳建筑中应用绿色植被时，可结合当地特色科学布置，在提升建筑物低碳效果的情况下，充分彰显地域特色。

4.5 提高建筑节能与低碳建筑的民众认识度

为了更好地适应“低碳生活”的时代潮流，提高民众对低碳建筑的认知程度，加大低碳建筑的宣传推广显得尤为重要[6]。一方面，鼓励民众积极参与低碳、节能建筑的宣传，帮助民众深入了解低碳建筑的意义，清楚节约能源对自己和后代的好处，从而自觉抵制高能耗的建筑，这对于低碳建筑的发展是十分重要的。另一方面，加大新工艺、新技术、新能源的宣传力度，使民众意识到低碳建筑的可行性，并宣传低碳建筑的实例，提高民众对低碳建筑的认可度。

5 结语

综上所述，在高层建筑中融入低碳设计理念，对于提高资源利用率，提高企业经济效益，促进社会经济发展都具有重要的作用。但在实际应用中，由于地区湿度、温度等方面的差别，给高层建筑的低碳设计带来了极大的困难。因此，高层建筑想要满足低碳环保的需求，除了要加大对低碳设计理念的研究外，还要保证设计人员具备专业的理论知识、丰富的工作经验，能够根据工程情况科学设计。同时，注重优化管理，使高层建筑设计中的低碳环保价值得以充分体现，实现减少能源消耗，提高社会效益的目的。