“双碳”目标下公共建筑技术设计与实施途径分析

文／周晋锐 湖南省第六公司有限公司 湖南长沙 410000

引言：

在全球范围内，应对气候变化的紧迫性日益凸显。为了降低温室气体排放并实现可持续发展，许多国家和地区已经设定了“双碳”目标，即减少碳排放至几乎为零的水平。在建筑领域，公共建筑起着重要的作用，因为它们在能源消耗和碳排放中占据了重要的一部分。因此，探索公共建筑技术设计和实施途径以符合“双碳”目标是当今的一个关键课题。

1.全球气候变化与应对的紧迫性

全球气候变化已成为全人类面临的一项重大挑战。由于能源的过度利用和排放，温室气体的浓度增加，大气温度上升，极端天气事件频繁发生，冰川融化加速，海平面上升，生态环境遭受重创。事实上，从20 世纪80 年代至今的几十年内，全球陆地温度上升了0.18 摄氏度每10年，而海平面上升了4 毫米每年[1]。这些趋势表明，人类必须采取紧急行动应对气候变化，否则将面临严重的环境和经济影响。

2.建筑碳排放

建筑碳排放是指由建筑物在使用过程中产生的温室气体排放。温室气体包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等，这些气体能够吸收大气中的热量并向外散发，从而引起全球气候变化。据估计，建筑部门约占全球二氧化碳排放总量的约40%，公共建筑是城市和社区生活的核心场所，因此对能源消耗和碳排放产生了巨大的影响。据估计，全球建筑部门所消耗的总能源约占全球能源总消耗的30%，而其中60%以上来自公共建筑[2]。此外，据预测到2025 年，全球建筑产业将成为碳排放最多的行业之一。因此，公共建筑领域的可持续发展对于全球应对气候变化至关重要。其中公共建筑的碳排放占到了相当大的比例。建筑碳排放的主要来源包括能耗、材料制造和运输、施工以及建筑物的维护和更新，详见表1。

表1 建筑碳排放内容

3.近零能耗建筑

近零能耗建筑是指建筑物在整个生命周期内所消耗的能源非常低，几乎可以实现净零能耗的建筑[3]。这意味着这些建筑在能源需求方面非常高效，通过减少对外部能源的依赖，最大程度地利用可再生能源并采取高效的能源管理措施来满足建筑内部的能源需求。

2019 年，《近零能耗建筑技术标准》提出了建筑室内环境参数与能源效率指标，但由于实际条件和多种因素，目前大部分新建建筑仍未实现“近零能耗”标准，只有少数地区实行了“零能源”建设。为了建设近零能耗建筑，首要任务是确保建筑内部各项参数和能源消耗达到相应的规范和技术要求。在设计过程中，建筑应与其自身有机地结合，采取增强节能隔热、避免热桥、实现自然通风、使用高效节能外墙和调节外遮阳等被动节能技术。由于不同地区的气候和自然条件存在差异，可以充分利用自然条件，积极利用可再生能源，如太阳能、地热能和生物质能来解决建筑的暖通、照明等问题，从而降低建筑的综合能耗。在施工过程中，可以尽可能选择超低能耗、高效节能的设备和绿色环保的材料，以降低设备的能源消耗，在确保功能的前提下，有效减少建筑的能耗[4]。目前，我国各地区的能源消耗标准见表2，这些标准对于指导和约束建筑行业的节能减排工作具有重要意义。随着技术的不断发展和应用，建筑行业将逐步向着近零能耗建筑的目标迈进，为保护环境、减少碳排放做出积极贡献。

表2 不同建筑能耗标准分类表

4.案例分析

在国家“双碳”目标的背景下，作为典型的公共建筑，某市体育中心综合训练馆于2022 年5 月通过了绿色建筑三星级评价。该项目总建筑面积为72000m2，地下一层，地上六层。该建筑主要由训练馆、运动员宿舍及相关配套用房组成。训练馆于2022 年4 月获得国家三星级绿色建筑评价标识，具有良好的节能、节水、节地、节材和环境保护功能。同时，训练馆也是一个以绿色理念为指导、以可持续发展为目标的综合性体育设施，可实现人与自然和谐共生。

该项目通过绿色技术手段，从优化围护结构和设备系统两个方面进行设计。具体来说，该项目在围护结构方面采用了新型高性能围护结构材料——保温隔热材料；在设备系统方面采用了绿色高效的空调系统以及高效照明系统。通过对能源的有效利用及优化配置，实现了降低运行能耗、节约资源和保护环境的目的。

在实际施工过程中，通过采取相应的技术措施，如自然通风、自然采光和屋顶绿化等绿色节能措施，实现了减少建筑对化石燃料的依赖、降低温室气体排放等目标。此外，该项目在设计阶段就通过设计节能型建筑入口和优化建筑内部空间布局等措施减少建筑对能源的消耗。

4.1 新型高性能围护结构材料

该项目在设计阶段就充分考虑了节能和绿色理念，并采用新型高性能围护结构材料——保温隔热材料。该项目对建筑墙体进行了设计，将建筑墙体分为三层，分别为外保温系统、内保温系统和可调节外遮阳系统。外墙外保温采用双层体系，外饰面材料为聚苯颗粒保温砂浆，保温厚度为150mm。外墙可调节外遮阳系统采用铝合金中空玻璃幕墙（图1），可调节外遮阳率大于40%。同时，该项目在建筑的重要节点处进行了设计优化，如对体育馆的入口进行了优化设计。体育馆入口设计在结构上采用了玻璃幕墙与铝合金中空玻璃幕墙相结合的形式，既可以保证室内充足的自然采光和通风，又可以最大限度地降低建筑能耗。同时，该项目还设置了屋顶绿化系统和雨水收集系统。在屋顶绿化中，利用屋面空间种植绿色植物（图2），既可以净化空气、吸收二氧化碳、改善室内空气质量和消除噪音等，还可以增加建筑的绿化面积、降低能耗、减少建筑垃圾等。

图1 体育馆外墙

图2 体育馆外墙

4.2 绿色节能技术措施

建筑围护结构方面，该项目采用了新型高性能围护结构材料——保温隔热材料。其中，外墙采用了大面积的三层中空玻璃幕墙，既可减少玻璃幕墙的能耗，又可提高幕墙的保温隔热性能。屋面采用了轻质复合屋面材料，既能起到隔热效果，又能提高建筑屋面的防水性能。在地下室层间设置了三道保温板，减少了地下结构层的能源消耗。采用新型保温隔热材料后，该建筑的整体能耗降低约30%。

设备系统方面，该项目采用了高效节能空调系统以及高效照明系统。其中，空调系统采用了双管制变频变风量空调机组和分室温度控制系统，并在风冷区域设置了新风热回收装置。此外，该项目还使用了智能照明控制系统以及智能照明控制器。通过上述设备的运行管理及控制功能，可提高能源的利用率、节约能源以及保护环境。

自然通风方面，该项目通过设计具有良好自然采光的建筑入口和合理规划建筑内部空间布局等措施实现了自然通风效果。同时，还采用了屋顶绿化、垂直绿化等措施提升屋顶的自然通风效果。

4.3 建筑内部空间布局

建筑内部空间布局对建筑能耗有重要影响，合理的建筑内部空间布局可提高建筑的热舒适度，减少能耗。因此，在本案例中，对该项目的建筑内部空间布局进行了优化设计。

首先，根据项目场地实际情况，设计了具有良好自然采光的综合训练馆。训练馆位于一层，主要服务于专业运动员，其室内环境相对舒适。训练馆采用全玻璃幕墙设计，可以充分利用自然光采光，减少照明能耗。此外，该项目在设计时将运动员宿舍设于二层，同时将二层的外廊作为运动员出入通道，解决了二层房间采光不足的问题。这两种布局形式均能降低室内温度并增加自然采光。该项目采用双层玻璃幕墙设计方案，使其在自然采光和通风方面的优势得到了充分发挥。

其次，建筑内部空间布局采用了“一主两副”的设计方式。其中主体育馆和副体育馆分别位于二层和三层；各楼层采用功能不同的房间划分方式。在该项目中，运动员宿舍及相关配套用房均设置在一层。通过对各个房间的功能设置进行优化调整，可最大限度地利用自然光采光和通风，达到节能环保的目的。例如：主体育馆每个房间均设有天窗设计方案；运动员宿舍所有房间均设外窗；各楼层间设有回廊设计方案等。这些方案都在一定程度上有效减少了建筑能耗。此外，该项目在设计时还充分考虑到了运动员训练、比赛和住宿等不同需求，对内部空间布局进行了优化设计。例如：在运动员训练房间中设置了空调新风系统；在运动员住宿房间内设置了双层玻璃窗；同时还设置了太阳能集热板、太阳能热水系统等节能设施。这些设施均可以减少空调以及太阳能采暖的能耗。

5.技术设计与实施途径

5.1 建筑隔热技术

当前，建筑隔热技术已经被广泛应用于建筑的设计和施工中，并在不断发展和改进。在我国，对于新建建筑和节能改造建筑，都要求采用隔热技术来减少能耗和环境影响。

首先，选择合适的保温材料是改善建筑热性能的关键。例如，传统的无机硅酸盐或复合隔热材料可以被新型高效隔热材料如聚苯乙烯泡沫板（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）、岩棉、玻璃棉等替代。这些新材料具有更好的保温性能，可以减少热量传递，提高建筑物的能效。其次，调控墙体和屋面的换热系数也是非常重要的。例如，采用复合保温板或夹芯板等多层隔热结构，可以提高建筑物的保温性能和换热系数调控。另外，建筑气密性也是实现近零能源建筑的关键因素之一。需要对门窗开口和各种穿墙管道进行气密性处理，以减少室内外热量交换。此外，注重内外墙体的砌筑和抹灰质量，能够有效提高建筑物的气密性。在设计和建造的过程中，还要充分考虑建筑物对周围环境的影响。如采光、通风、日照和噪音控制等因素要合理考虑，并采取相应的措施进行优化，以提高建筑物的舒适度和能源效率。最后，在施工工艺上也需要选用合适的方法和技术。对于新材料的选择，不仅要符合国家标准，还要确保产品的质量和可靠性。而在施工过程中，可以进行工艺技术的优化，以提高能源的使用效率并减少能源浪费。公共建筑对比近零能耗能效指标如表3 所示[5]。

表3 公共建筑对比近零能耗能效指标

5.2 节能照明系统

LED 照明是一种高效、节能的照明技术，其比传统的白炽灯和荧光灯更节能，可达到50%-80%的节能效果，且寿命更长，光效更高。同时，LED 照明还可以进行智能化控制，例如光感觉应，时间感觉应和人体红外感应等，可以实现自动调节照明亮度、温度等功能，从而降低能耗，提高使用效率。智能化照明系统是一种智能化控制和管理照明设备的系统，可以根据室内光照强度、环境气温、人员活动等因素实时调节照明设备的使用，实现节能降耗的目的。智能化照明系统还具有自动识别和报警的功能，可以监测照明设备的使用情况，及时发现并解决故障问题。LED 照明和智能化照明系统是目前公共建筑中比较先进和可行的节能照明技术，可以有效降低能耗并提高照明设备的使用效率。见图3。

图3 LED 照明在公共建筑中的应用

结语：

在双碳目标下，公共建筑的技术设计和实施途径需要结合当前政策和技术趋势，以实现能源节约和碳排放减少的目标。值得注意的是，公共建筑的技术设计和实施需要考虑到建筑的具体情况和使用需求，不能简单套用模板，应根据不同的建筑类型和用途进行科学合理的技术配置，同时注重方案的可持续性和适用性，以实现节能减排目标和创造更加舒适的室内环境。