建筑设计之低碳设计

摘 要：本文通过阐述建筑的特点与低碳节能设计的必要性以及建筑低碳设计理念的重要意义,进而对低碳设计理念应用于建筑设计的策略进行分析.

关 键 词：高层建筑建筑设计低碳设计

在现代社会,环保、绿色、节能等已成为人们普遍关注的问题,人类保护大自然的意识日益强烈,而低碳是一个面向全人类的话题.不论在建筑设计中还是在室内设计中,都起着重要作用,它是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步.

1.低碳经济的发展现状

向低碳经济转型已经成为世界经济发展的大趋势.在此背景下,“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳城市”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生.而能源与经济以至价值观实行大变革的结果,可能将为逐步迈向生态文明走出一条新路,即,摈弃20世纪的传统增长模式,直接应用新世纪的创新技术,通过低碳经济模式与低碳生活方式,实现可持续发展.

1.1.建筑低碳设计理念的重要意义

我国建筑节能状况落后,亟待改善.在20世纪70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题.时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家.举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多.外墙的传热系数是他们的3.5～4.5倍,外窗为2～3倍,屋面为3～6倍,门窗的空气渗透为3～6倍.现在,我国的采暖耗能约为欧洲国家的1.5倍.

因此,与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比,我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上,与发达国家存在较大的差距.而对于美国而言,全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成,我国却没有那样强有力的能源后盾支持,在这样的国情下,建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫.

2.低碳设计在建筑设计中的应用

低碳设计的设计要点及实际应用,最后达到人与自然的和谐相处,即可持续发展.在建筑设计中,低碳化设计尤其重要,比如建筑节能、建筑材料、建筑的光线等诸多方面.建筑节能是指在建筑规划、设计、建造和使用过程中,通过可再生能源的应用、自然通风采光的设计、新型建筑保温材料的使用、智能控制等降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源的活动.建筑节能要在设计上引入低碳理念,选用隔热保温的建筑材料、合理设计通风和采光系统、选用节能型取暖和制冷系统.建筑材料通常设计师会选择环保安全性材料,选用对资源依赖性小的材料和对资源利用率高的材料,如用复合材料代替实木；选用可再生利用的材料,如玻璃、铁艺件、铝扣板等；要选用低资源消耗的复合型材料,如塑料管材、密度板等,尽量避免使用资源高消耗的原木、石材等.

3.低碳设计应用于建筑设计的策略分析

3.1优化建筑位置及朝向设计.

高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响,容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量.从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大的益处,对建筑的节能也有着十分重要意义.城市规划应注重应用日照原理,合理地确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系.不同朝向、不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同.尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多.在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境.

3.2优化围护结构墙体设计.

第一,外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重.因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块、黏土空心砖与实心砖复合墙体黏土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等.但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求.围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同,所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更好些.

第二,高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板（舒乐板、PG板）,岩棉板等轻质保温材料.一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步.轻质的外保温复合墙体存在以下不足之处：抗震能力差、易松散、与结构构件结合不好、整体性能差；不能承受外部装修贴、挂荷载,如：贴石材、安装装饰构件等；不能承受有振动的凿刨装修,如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥；墙表面易出现裂纹.除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节.据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%～13%,因此,应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥.

另外,高层建筑护墙体耗能较大,占整个建筑耗能的25%左右.建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,国外的一些高层建筑造成圆塔形,比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼都是圆型或椭圆形,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小.因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多,也不宜复杂.

3.3高层建筑的风环境是影响建筑耗能因素之一.

在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大.由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水.因此,建筑保温材料的选用以及建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上.

4.结语

建筑活动是人类作用于自然生态环境最重要的生产活动之一,也是消耗自然资源最大的生产活动之一.我们已经了解到,一些节能环保的设计并非想象中那么复杂,只要发挥我们的智慧,完全可以为减排作出应有的贡献.首先,应因地制宜地考虑环境型建筑的标准,具体来讲就是结合气候条件、自然条件、资源条件、经济条件和文化条件来确定各地的绿色建筑标准,不盲目复制和理想化采用,让节能方案切合实际.其次,在建筑设计上充分利用自然资源设计朝向、通风性能,在屋面、墙体、门窗等建筑护结构上使用具有隔热和保温性能的材料,在空调等建筑暖通设备上尽量使用能耗低的产品,同时,充分开发利用太阳能风能和地热资源.

从传统设计走向低碳之路的革新需要各领域的通力合作.我们不能只关注直观的设计而忽略了那些设计背后的意义.本论文对低碳建筑中低碳设计与应用进行了分析研究,对今后在低碳设计应用方面的研究具有一定的借鉴意义.