低碳理念融入建筑设计工作的路径分析

文／郭兰乾 通标标准技术服务有限公司 广东深圳 518129

引言：

随着人们环保意识的逐渐提高，低碳环保理念已经成为大众广泛关注的重点话题，并且向各行各业延伸，尤其是建筑行业。怎样将“低碳”理念与建筑设计融为一体，实现节约能耗，控制污染物排放，降低工程建设对周边环境造成的不良影响，是建筑设计亟需解决的主要问题。为了符合低碳、绿色、环保的发展需求，设计人员应该加大环保材料的应用力度，将低碳理念作为核心，优化结构设计，控制能源消耗，保护生态环境，确保建筑设计目标与低碳理念保持一致。

1.建筑设计纳入低碳理念的重要性

能源消耗过度，加之大气污染越来越严重，导致全球气候变暖，极端天气频发，南北极冰川也出现融化迹象，引发全球关注，各个国家开始通过规划碳排放以促进“碳达峰、碳中和”理念的落实。“十四五计划”中，我国提出“国家生态文明建设新进步”的主要目标，并做出2030 年以前实现碳达峰、2060 年以前实现碳中和的承诺。气候越来越恶劣，使得社会发展面临巨大挑战，成为全人类需要解决的环境问题，建筑行业则成为其中的关键环节。所以，建筑规划及后期设计过程中，应该充分融合低碳理念，强化本行业内的低碳环保观念，由思想意识层面做出转变，将低碳理念作为行业发展的核心，在所有环节贯彻落实，关注长远利益，以发展的眼光看待问题。中国建筑节能协会于《2022 年中国建筑能耗与碳排放研究报告》中提交的数据信息显示，仅2020 年全国建筑全过程的碳排放已经达到50.8 亿吨以上，并且已经超过全国碳排放量的一半以上[1]。所以，由低碳环保视角出发，建筑行业若想实现节能发展目标，优化规划方案及完善设计图纸是其中的关键所在。作为建筑设计人员，应该深入了解国家现行环保政策，加大环保技术的推广力度，在建筑规划设计理念中结合低碳设计及节能环保思想，为建筑行业健康可持续发展夯实基础。

2.基于低碳节能理念下的建筑设计技术

2.1 地源热泵技术

随着季节更迭，个别地区的室外温度也随之变化，与室内形成明显的温差，但地表浅层温度始终保持在同一水平。地源热泵技术则利用浅层地热，借助热泵设备产生低品位热源，满足建筑制热及制冷需求。此项技术不仅可以降低电能消耗，同时可以将低品位浅层地热转化为高品位的空调循环水，冬季寒冷季节提取低下浅层地热实现建筑供暖，而炎热的夏季则可以将热量从建筑中提取出来并向地下释放，实现制冷。

2.2 屋顶节能利用技术

于建筑物本身而言，屋顶直接接触自然环境，受到风霜雨雪洗礼，因此设计过程中，可以考虑利用自然优势，提高建筑物本身节能降碳效果。如在屋顶增加通风空气间层，利用空气流动作用将多余的热量排放出去，满足降低屋顶温度的要求；夏天气候炎热地区，可在屋顶涂刷具有反射作用的涂料，或者利用具有隔热作用的建筑材料，用以降低屋顶温度[2]。另外，屋面种植技术同样可以起到降低屋顶温度的作用，最大程度上控制城市热岛效应。

2.3 门窗节能

设计建筑物门窗部分时，应该坚持节能理念，从降低太阳辐射出发，控制热量传递范围，实现节能降耗的目的，为节能环保理念打下基础。阳光照射进建筑内部通常需要由窗户进入，设计过程中，可通过遮阳处理的方式减少阳光照射，减低辐射传热。窗户主要包含镶嵌材料、窗户框架以及扇形材料等部分，选择材料时可将窗户基本结构作为根据，将节能材质作为主要目标。最常见的节能材料有塑钢及隔热铝合金者两种，结合中空玻璃以及具有热反射作用的玻璃材质，有效隔绝太阳光带来的热辐射。另外，玻璃窗密封过程中，可以利用具有良好密封作用的材料来控制渗透量，从而实现保暖、隔热的目的，在保证采暖需求的同时减低能源消耗。

3.低碳理念下的建筑设计存在的问题

建筑设计中融入低碳环保理念已经获得一定效果，但由整体目标而言，仍需要强化环保理念的落实，推动环保建筑材料大范围普及应用，持续针对节能技术进行创新。建筑设计与低碳理念相结合，是将减少碳排放作为主要目标，用以满足环保需求，达到低碳建筑设计要求。以上发展目标均需要通过优化低碳建筑设计体系完成。但现阶段国内仍不具备完善的低碳建筑设计体系，需要加强新型施工技术、清洁能源及环保建材的研究及应用。与此同时，建筑环境及空间设计层面，存在诸多不足之处，因为成本居高不下，使得当前的设计理念无法满足建筑发展需求，从而对低碳技术应用造成一定限制[3]。大部分建筑单位对于建筑设计结合低碳环保理念的重要价值缺乏了解，因此设计过程中，通常会将建筑物的使用性能及外观审美作为核心，而没有在设计方案中体现低碳、环保、节能理念，不但导致建筑物使用性能背离设计初衷，并且降低了应有的节能作用。此外，很多施工单位在工程建设过程中过度重视经济效益，大幅度压缩成本支出，而忽略了低碳设计需求，导致低碳环保理念无法通过建筑施工得到充分体现。实际施工过程中，为了保证建筑设计能够与低碳理念保持一致，设计人员应该在整个施工环节中起到监督作用，及时针对设计流程中的不足之处进行优化与完善，为低碳理念与建筑设计的结合提供保障。

4.低碳理念下建筑设计有效策略

4.1 优化设计

4.1.1 建筑空间布局

低碳建筑最初规划阶段，保持空间最大利用率，能够缩小建筑面积需求。设计人员对建筑空间进行规划设计过程中，应对空间利用情况加以重视，通过扩大利用空间控制总建筑面积，从而降低施工阶段的能源消耗。保持建筑选址合理性的同时，对周围区域气候环境进行实地勘验，合理布局建筑空间，有利于构建微型气候。充分考虑低碳建筑技术要求及环保特征的情况下，合理规划设计外部空间，诸如栽种适宜的花草及树木，提高绿植覆盖率，不仅能够起到遮光的作用，同时具有一定降噪和防尘的价值，可以使内部环境得到改善。绿色植被与建筑本身相辅相成，建筑群体形成天然的空气滤过系统，变成了“会呼吸的房子”，使得自然环境与周围建筑融合一体。借助建筑区域相关的环境数据，明确建筑物体型、外观及朝向，合理设计建筑物形体结构，可以使自然光及自然风得到有效利用，最大程度上降低使用过程中的能源消耗。布局建筑物的外部空间时，可以在设计公共空间过程中融入低碳建筑设计理念，从而使其合理过渡至建筑内部空间，在建筑周围环境中构建可调节的气候缓冲带，确保建筑物内外环境保持平衡状态。

4.1.2 建筑场地设计

设计建筑场地过程中，需要考虑建筑区域地质环境及地貌特征，保证规划设计的合理性。在此期间，将低碳建筑设计理念作为基础，科学控制场地现有资源。设计施工场地时，结合原始地貌特征，考虑建筑场地的自然环境，有效控制施工阶段的土石方量，保证资源利用与建筑设计要求相符，使建筑场地与外部空间布局保持一致。例如，结合场地原有的高低落差，合理控制建筑群之间日照间距，充分发挥自然资源及地形优势，满足建筑低碳设计需求。

4.1.3 建筑内部设计

建筑设计过程中充分融合低碳设计理念，优化建筑内部设计。如建筑照明及内部通风，为了降低建筑物使用期间的能源消耗及浪费，可以充分利用自然光，重视自然风的有效利用，保证室内空间通风良好[4]。由设计层面而言，可通过调整内部朝向或者更改窗户外形等方式，使自然风及自然光得到有效利用。建筑设计过程中，结合现代设计理念及方法，能够帮助用户控制用于照明及通风的支出，最大程度上提升低碳建筑设计应有的价值。

4.1.4 体型设计

合理设计建筑物体型，能够控制碳排放，同时也是落实低碳设计理念的主要途径。在建筑形态设计中结合低碳设计理念，能够使建筑形态结构得到优化，降低对周边自然条件的影响程度，如自然风及自然光等，有利于温度控制，从而避免建筑使用过程中的能源浪费，促进长远发展目标的实现[5]。我国各个地区气候特征存在明显差异，因此设计建筑风格时应考虑气候环境，优化设计方案，基于低碳设计理念，为建设绿色、低碳、环保建筑提供重要基础。

4.1.5 围护结构设计

建筑设计过程中，无论外墙保温、室内外洞口密封，或是门窗材料及屋面处理，均应考虑气密性，防止室内失温。如设计建筑外墙时，在确保隔热保温性能良好的同时，需要注意室内相对湿度，有效隔绝内外热量，减少能源消耗。其中以石墨聚苯板、真空绝缘板、挤塑聚苯板、气凝胶绝热板以及发泡聚氨酯和硬泡聚氨酯最为常见，或者可以应用热固性改性EPS 和岩棉板，能够起到良好的平衡热能的作用；窗户部分，可采用双中空设计，窗框材料选择铝木组合的方式，以下框为基础，通铺隔热垫块，与窗台板和内墙衔接抹灰的位置，增加防水隔汽膜和热镀锌角钢，用以延缓热量扩散；屋面施工环节中，可以直接在底层防水卷材上粘贴保温材料[6]。采用由下向上的操作流程，选择规格为LC6.0 轻、最薄30 厚的集料混凝土找坡，在冷底子油上铺设1.2 厚耐碱铝箔面层玻纤胎自粘性改性沥青隔汽卷材，然后铺保温板，增加3 厚PE 面玻纤胎改性沥青自粘防水卷材，铺4 厚PE 面玻纤加强聚酯胎改性沥青防水卷材，之后用26 厚粗砂做垫层，最后处理面层。或者采用植物屋面以及太阳能屋面，提高面层保温防水性能，避免冷热空气过度渗透，为使用者创造舒适的室内空间；封堵建筑孔洞时，可以分别在套管外包裹防水隔汽膜、耐碱玻纤网以及专业管道保温棉，在室外交界的墙体位置可以填充岩棉，外墙保温一体板衔接位置可以利用预压膨胀密封带或者硅酮密封胶进行处理，保证建筑密封性良好。

4.2 使用具有环保效果的绿色建筑材料

使用绿色建材能够在最大程度上降低能源消耗，控制污染程度。当前，国内绿色建材种类不断丰富，设计人员应该充分发挥绿色建材价值，扩大绿色建材使用范围，重视材料类型及用途，由材料本身节能性、毒害性以及环保性等多个层面出发，科学选择建材种类[7]。坚持绿色环保理念，同时需要考虑对人体健康的损害程度，尽可能应用天然材料，如情况允许，可以选择通过技术加工处理以及毒性低的建筑材料，将国家相关检验标准作为根据，合理选择建筑材料。现阶段，我国建筑行业广泛应用的绿色建材主要包含以下几种：

4.2.1 防水涂料

其中以聚合物水泥最为常见，尤其用于潮湿基面，能够充分发挥其应有的作用，提高拉伸强度。其次，可以选择质检合格的乳胶漆，能够提升墙体保护性能，体现材料本身的环保价值。

4.2.2 密封材料

以硅酮类密封膏最为常见，由于种类丰富，并且具有良好的粘结性，可应用于不同的施工场合，如陶瓷面密封、玻璃密封以及墙壁密封等。另外，烯酸酯类密封材料，无论密封性能或是粘结性能，均可满足现代建筑施工的工艺需求，因此广泛应用于外墙板缝或者含水周期长的建筑修复工艺中。

4.2.3 岩棉材料

岩棉材料具有稳定的化学结构及优良的隔热性能，所以在外墙施工中的应用最为广泛。另外，水泥聚苯板或者玻璃棉同样属于环保性岩棉材料。

4.2.4 顶棚环保施工材料

顶棚环保材料主要包含软膜天花板或者吸音棉等。前者具备良好的保温隔热及阻燃耐火作用，不仅使用周期长，并且方便安装，能够最大程度上控制能源消耗。后者可以隔绝噪音污染，可以有效提升室内声场质量。

此外，建设高层建筑物时，应该加大绿色环保建材的使用力度。选择建筑材料过程中，可将具有回收再利用价值的材料作为主要目标，以达到降低能耗，保护生态环境的目的。例如，可以将粉煤灰、煤矸石或者页岩与混凝土相结合，或者在混凝土中加入工业废料及建筑垃圾，以蒸压及烧结技术制造混凝土砌块；对于非承载作用的墙体，可以选择纤维强化石膏板或者复合板材料。材料选择应遵循就近的原则，避免材料运输过程中人力及物力损耗。要求建筑设计环节充分考虑周边材料供应情况，提高建筑材料性价比[8]。为了避免粉质材料在遇风后出现无节制的散逸，增加空气中的粉尘含量，应该遵守就地取材的原则，避免运输过程中造成扬尘或者损害公路设施。施工期间，环境污染最为严重的是砂石及钢筋混凝土，使用及制作过程中释放大量粉尘、甲醛以及氢气，可能影响施工人员身体健康，所以应用绿色无污染的环保材料势在必行。

4.3 合理选用低碳技术

优化能源利用模式的过程中，需要重视可再生能源的使用，构建科学的节能系统。因为不同建筑地区对于能源消耗需求有所差异，因此建筑规划设计期间，需要充分考虑“因地制宜”的原则[9]。假如工程建设区域处于日照充足地区，并且全年平均日照时间较长，则可以利用太阳能设备，如光伏发电或者太阳能热水器等，但需要在设计初期便考虑在建筑屋顶、窗台及墙壁位置安装光伏板，使其与建筑物本身融为一体；若地势平坦，风力充足，不仅可以安装风力发电设备，同时可以发挥自然风作用，提高室内空气流通率，从而调节室内温湿度；若建筑区域靠近海洋或者湖泊，则可以充分开发潮汐能源和水资源；若地热能充足，则可以利用地源热泵设备建立新型中央空调系统，利用地下水、土壤以及地表水中的热能转化为冬季供暖和夏季降温的能源。与此同时，建筑设计过程中，可以增加再生水系统，设置水循环设备，收集雨水及生活废水，经过后期处理后回收利用，使生活区域微生态环境得到净化。

结语：

为了可以有效控制建筑物碳排放，建设更加优质的生活环境，建筑设计过程中，可以在原设计方案基础上加入绿色低碳、节能环保理念，实现全面智能化的创新设计[10]。特别是设计过程中，应该重视先进技术的引进，加大新型环保材料的应用力度，实现可持续发展目标。国家有关管理部门应该针对相应法律法规进行优化，为全面落实绿色低碳设计理念提供法律支持，促进低碳建筑设计全面发展。新的时代背景下，建筑设计应该迎合时代发展观念，通过理念创新、技术创新以及材料创新，迎来新的发展趋势，推动建筑行业的绿色低碳发展。