高层住宅建筑设计中融入低碳设计理念的策略探讨

2024-04-25王子阳

城市建设理论研究（电子版） 2024年10期

王子阳

中联西北工程设计研究院有限公司陕西西安 710000

随着全球城市化进程的加速，高层住宅建筑在城市景观中崭露头角。高楼大厦不仅提供了有效的城市土地利用方式，还为城市居民提供了高品质的生活方式。然而，高楼大厦的建设和运营常常伴随着高碳排放，对环境和资源造成不可忽视的压力。为了减少对地球的不利影响，低碳设计理念已成为建筑业不可或缺的一部分。

1 高层住宅建筑设计中融入低碳设计理念的意义

1.1 环保和可持续性

融入低碳设计理念对高层住宅建筑的环保和可持续性意义深远。通过采用可持续建筑材料、节能技术和可再生能源，高层住宅可以大幅减少对环境的不利影响。这意味着减少温室气体排放、资源消耗，有助于保护生态平衡。高层住宅的低碳设计有助于减轻全球气候变化的压力，减少自然资源的过度开采，为未来的世代创造了更为可持续的生活环境。

1.2 节省能源和成本

低碳设计理念在高层住宅建筑中的应用不仅有益于环境，还为住户和业主节省了能源和成本。采用节能技术和可再生能源不仅减少了建筑的能源消耗，降低了运营成本，还在减少能源账单方面产生实质性效益。低碳建筑在节省资源的同时，也为社区的居民提供了更经济实惠的住房选择。这意味着更低的能源开支，对家庭预算的积极影响，为可持续生活方式提供了经济激励。

1.3 提高室内舒适度

低碳设计策略的一部分是改善高层住宅建筑的隔热性能和室内空气质量。这不仅有助于降低能源浪费，还提高了居民的生活质量。更高效的隔热和高性能窗户可以减少室内外温度差异，提供更为舒适的居住环境。通过提高室内空气质量，例如过滤污染物和保持适宜的湿度，低碳建筑还有助于创造一个更健康、更宜居的生活空间。这对于居住在高层住宅的居民来说，意味着更舒适和更健康的生活方式[1]。

1.4 增强市场竞争力

随着可持续发展和环保理念的兴起，越来越多的消费者对环保住房产生兴趣。融入低碳设计理念可以提高高层住宅建筑的市场吸引力，有助于销售和租赁成功。具备低碳认证的建筑不仅能够满足市场需求，还能够为开发商带来更高的租金和销售价格，为业主提供更高的投资回报。

1.5 展示社会责任

高层住宅建筑通常是城市地标，其设计和运营对社会产生深远的影响。融入低碳设计理念不仅表明开发商和设计团队对可持续发展和环保的承诺，还展示了社会责任感。这种积极示范可以激励其他项目采用类似的低碳策略，共同推动城市发展朝着更绿色的方向发展。高层住宅建筑的低碳设计不仅是一种商业决策，还是一种对社会和环境负责任的表现，为城市的可持续未来树立了榜样。

2 高层住宅建筑设计中融入低碳设计理念的策略

2.1 能源效率照明系统

在高层住宅建筑中融入能源效率照明系统是一项关键的低碳设计策略。这种系统以LED（发光二极管）照明技术为基础，被广泛认可为目前最能有效节省能源的照明选择之一。LED照明具有多个突出的优势，包括更低的能耗、更长的寿命、更高的光效以及较低的维护成本。高层住宅建筑通过采用LED照明系统，可显著减少电力消耗，从而降低碳排放和能源成本。并且，智能照明控制技术的整合进一步提高了能源效率。运动传感器和光线传感器是两种常见的智能控制设备，它们可以感知人员的存在和光照水平。当房间没有人时，运动传感器可以自动关闭灯光，从而避免了不必要的能源浪费。而光线传感器则可根据自然光的强度自动调整照明亮度，确保室内的光线始终保持在舒适的水平，同时最大程度地减少电力消耗。此外，智能照明系统还可以具备更高级的功能，如定时调光、遥控操作和集中控制。这些功能允许居民根据不同的需求和场景调整照明设置，以提供最佳的视觉舒适度和节能效果。例如，在晚上，居民可以选择较暗的照明水平以节省能源，而在需要更多光线的活动时，可以调高亮度。在实际应用中，智能照明控制系统也可以与建筑的整体自动化系统集成，以实现更大程度的协同效应。例如，当住户使用电梯或进出房间时，系统可以通过传感器感知到他们的位置并自动打开或关闭照明，以确保能源的最佳利用[2]。

2.2 高效绝缘和隔热

选择双层或三层窗户是一项关键措施。这些高级窗户通常具有更好的气密性和隔热性能，可以显著减少室内外热量的传导，如图1所示。在夏季，它们可以有效地防止外界高温对室内的热传递，从而降低了室内温度，减少了空调设备的负荷，降低了能源消耗和电费支出。而在冬季，双层或三层窗户也能有效地减少冷空气对室内的影响，减少了取暖设备的负荷，进一步节省了能源成本。此外，这些高级窗户还提供了更好的隔音效果，改善了居住环境的舒适性，减少了噪音的干扰。因此，选择双层或三层窗户是提高建筑隔热性能的一项重要措施。并且，隔热外墙和屋顶设计也至关重要。采用高效隔热板、隔热涂料和绝缘填充物等材料，可以降低热量传导，维护室内外温度的稳定性。这有助于减少夏季的过热和冬季的散热，从而降低取暖和制冷设备的负荷。隔热外墙和屋顶设计的改进可以显著提高建筑的能效，降低能源消耗，并减少碳排放。此外，保持建筑的气密性和密封性也是关键的一环。通过密封窗户、门缝和其他潜在的热量泄漏点，可以有效防止室内外的冷暖气流混合，提高绝缘效果。合适的绝缘和密封还有助于防止湿气进入墙体，减少潮湿和霉菌问题的发生。这不仅有助于维护建筑的结构完整性，还提高了室内空气质量和居住舒适度。

图1 双层窗户

2.3 太阳能光伏板

要选择合适的位置和朝向来安装太阳能光伏板。这是确保光伏系统能够最大程度吸收阳光的关键因素。通常情况下，建筑的屋顶是最常见的安装位置，因为它们通常处于阳光直射下，而且通常具有足够的空间来安装光伏板，如图2所示。然而，有时也可以考虑在建筑的立面或阳台上安装光伏板，具体选择取决于建筑的设计和朝向。确保选择位置能够最大程度地暴露在阳光下，以提高能源捕捉效率。并且，市场上有不同类型的太阳能光伏板，包括单晶硅、多晶硅和薄膜光伏板等。每种类型都有其特点和性能，因此需要根据项目的具体需求来选择合适的类型。单晶硅光伏板通常效率较高，适合空间有限的情况，而多晶硅光伏板则相对便宜，适合大面积的安装。薄膜光伏板则更灵活，适合某些特殊的建筑设计。因此，在选择光伏板类型时需要综合考虑建筑的空间、预算和性能要求。确定光伏系统的规模是下一步的关键。根据建筑的电力需求，确定安装多少光伏板是至关重要的。这需要考虑建筑的能源消耗情况以及光伏系统的预期发电量。一般来说，光伏系统的规模应该能够覆盖建筑的大部分电力需求，甚至可以产生多余的电力，供应给电网。此外，还需要考虑是否安装逆变器和电池储能系统，以充分利用太阳能。逆变器将直流电转化为交流电，使其适用于建筑的电力需求，而电池储能系统可以存储多余的电力，供应给建筑在夜间或阴天使用。

图2 太阳能光伏板

2.4 高效供暖和制冷系统

采用地源热泵系统（GSHP）是一项明智的选择。GSHP系统利用地下温度相对稳定的特点，通过地下的热能来实现建筑的供暖和制冷。这个系统通过循环地下的液体或气体来吸收热量或释放热量，以保持建筑内部的温度适宜。GSHP系统的关键之处在于它可以在不同季节实现双向工作，既能供暖又能制冷，从而最小化了能源浪费。这种系统具有高效率，能够显著减少能源消耗和碳排放，同时为高层住宅提供了可靠的温度控制。并且，冷暖气候系统也是一种可行的选择。这种系统能够提供高度可控的供暖和制冷，具有智能化控制，可以根据室内温度和湿度自动调整。冷暖气候系统的设计应该充分考虑建筑的需求和规模，确保能够提供所需的热量和冷量，避免不必要的能源浪费。通过使用高效的供暖和制冷设备，可以降低能源消耗，减少对传统能源的依赖，从而降低运营成本。此外，高效供暖和制冷系统的规模和设计应该与建筑的需求相匹配，不宜过度或不足。考虑到建筑的特点，如朝向、隔热性能和室内空间分布，来确定系统的最佳规模。定期进行系统性能的监测和维护也是确保其高效运行的关键。定期检查和清洁设备，更换过滤器，保持系统的顺畅运行，可以延长设备的寿命，同时提高能源效率[3]。

2.5 节水设施

（1）节水设备

低流量水龙头和淋浴头是非常有效的节水设备。它们通过减少水流量，同时保持合适的水压，从而降低了室内淡水的使用。这些水龙头和淋浴头通常配备节水阀，可以限制水流，特别是在需要水流较小时，如洗手或刷牙时。这些设备还有助于减少热水消耗，因为更少的热水需要加热，从而减少了能源消耗。双冲水马桶也是重要的节水设备。这种马桶通常具有两个冲洗选项，一个用于液体废物，另一个用于固体废物。这使居民可以根据需要选择不同的冲洗量，避免不必要的淡水浪费。与传统马桶相比，双冲水马桶可以减少大约一半的冲洗水量，节省大量的淡水。

（2）集水和废水处理

在高层住宅建筑中，可以设置集水设施，如屋顶排水系统、雨水沟、雨水桶等，用于捕获和收集雨水。屋顶排水系统可以将雨水从屋顶引导到特定的集水装置中，而雨水桶则用于储存和储备雨水。这些集水设施需要合理设计和定期维护，以确保雨水的充分收集和贮存。收集的雨水可以用于多种用途。一种常见的用途是灌溉。高层住宅的绿化区域和花园可以使用雨水来满足植物的灌溉需求，从而降低自来水的用量。雨水还可以用于冲洗建筑物外部、冷却系统和公共区域的清洁等。通过合理规划和设计，雨水可以成为一种可再生的水资源，用于多个水需求领域，减少自来水的消耗。并且，废水处理系统的建立也是实现可持续水资源管理的关键步骤。废水处理系统可以将废水从住宅建筑中收集，并经过处理净化，以满足再利用的要求。这些系统通常包括污水管道、沉淀池、生物处理单元和净化设备。污水被引导到沉淀池，通过自然沉淀去除悬浮颗粒，然后进入生物处理单元，通过微生物降解有机物。最终，经过净化的水可以用于灌溉、冲洗，甚至供应卫生设施，从而减少对自来水的需求。此外，废水处理系统还可以采用高级技术，如反渗透、紫外线消毒等，以提高净化效果。这种技术可以有效去除废水中的微生物、化学物质和重金属等有害物质，确保再利用水质的安全性和卫生性。

2.6 绿色屋顶

绿色屋顶的建设需要考虑合适的植被选择。一般而言，选择耐旱、抗风、适应当地气候条件的植物是至关重要的。这些植物能够在屋顶上茁壮成长，形成绿意盎然的景观。并且，绿色屋顶的层次结构应该精心设计，包括合适的防水层、生长介质和植被层。这些层次相互配合，既能保护建筑免受渗水的影响，又能提供植物所需的养分和生长条件。通常，屋顶上会有防水层来防止雨水渗透，然后是种植植物的生长介质，最上面是植被层。这一设计保证了水分的保持和排水，同时支持了植被的繁茂生长。绿色屋顶在雨水管理方面具有独特的优势。它们可以显著减少雨水径流，因为植被层吸收了部分降水，而生长介质可以暂时存储水分，逐渐释放到大气中，减轻了排水系统的负担。改善空气质量也是绿色屋顶的重要功能之一。通过植物光合作用，绿色屋顶能够吸收二氧化碳，释放氧气，从而净化空气。此外，绿色屋顶还能减少城市的热岛效应，因为植被层可以吸收和减少热量的辐射，使建筑和周边地区更加凉爽。

2.7 可持续建筑材料

选择可再生建筑材料，如再生木材，是一项重要的措施。这些木材来自经过可持续管理的森林，确保在砍伐木材后进行重新种植。再生木材不仅有助于减少森林砍伐的压力，还具有较低的碳足迹，因为树木在生长过程中吸收了大量的二氧化碳。选择再生木材可以降低建筑的碳排放，并促进森林保护。并且，回收建筑材料也是一项重要的举措。这些材料来自拆除或翻新项目，可以被重新利用。回收金属、砖块、混凝土和其他可再利用的材料可以减少新材料的需求，降低资源的浪费。这有助于降低建筑的环境影响，同时降低建设成本。另外，传统混凝土的制备过程会释放大量的二氧化碳，因此采用低碳混凝土可以显著减少建筑的碳足迹。这种混凝土可以通过使用替代材料、减少水泥含量和优化生产过程来制备。选择低碳混凝土有助于降低建筑的环境影响，同时保持建筑的结构强度和耐久性[4]。