可持續建筑的低碳設計思路研究

摘要：相關資料表明：我國建筑方面所消耗的能量約占社會總消耗能量的百分之三十，隨著我國經濟、人口的持續快速增長，與商業建筑和民用住宅相關的能源消耗、碳排放都在明顯增加，在這種嚴峻形勢下，提出環保、生態、節能、綠色、生物和氣候適應性建筑，都是可持續建筑的有效實現路徑。本文對可持續建筑的低碳設計的整體思路進行了探討，并提出了碳抵償措施的實施建議，以供參考。

關鍵詞：可持續建筑；能源管理；低碳節能；建筑一體化

可持續發展的思想主要體現在既能滿足當代人的需求，又不對后代人滿足其需求的能力構成危害的原則。所謂可持續建筑，目前為止還沒有統一的地定義，其設計理念的實現途徑主要是從生態方面著手。即“建筑設計需從根本上考慮與自然環境的關系，及對自然環境的影響”，二即“需減少建筑運行過程對石油燃料的依賴性”。此種理念并不只是局限于技術方面，同時強調了高效能源管理和行為轉變在建筑節能領域中的作用，因此，為了實現節能和減排的雙重目的，一種綜合性的可持續建筑建筑設計手法應運而生。

1 高效能源管理系統的設計

高效能源管理系統在低碳建筑設計中占著最重要的位置，包括技術和非技術兩方面。技術方面主要包括能源管理網絡、能源運行數據的收集和分析等；非技術層面需要解決能源管理與建筑用戶之間的關系。運用能源管理系統有效地對能耗數據進行分析并監督管理建筑實施過程，對節能設備的安裝和建筑用戶意識的提高有著積極的作用，直接促進了可再生能源的利用。

（1）能源管理網絡

建筑能源管理系統包括從相對簡單呆板的閉環控制，到特定為建筑單體或建筑群體設計的復雜數據檢測、儲存和交換系統等。經過把能源測量裝置、溫度和照明傳感器與建筑能源管理系統相連接，按時監測能量消耗信息，并利用自動糾錯軟件修正誤操作。

（2）能源運行數據的分析和采集

緊緊地只國家統一安裝的電表來讀數還有一定的局限性，原因是普通電表只局限于估計讀數沒有記錄測量日期和測量時間點的功能。這就要求我們需求一個多功能更加完善的能源計量系統來進行能耗的按時記錄。在記錄時的同時所有能耗數據需設定同一個標準的讀數時間，根據收集到的資料具體的進行數據分析。假設建筑內具備良好的控制系統，建筑的供熱和制冷系統能耗應與外部環境溫度成比例。例如，在供熱的時候，能耗隨著外部溫度升高而下降。如果數據比較分散則表明控制差；如果能耗偏離趨勢基線比較多，則表明了供熱設備出現了問題。假如供暖和制冷控制合理到位，那么數據在能耗趨勢線周圍。

2 低碳節能技術手段

低碳節能技術方面主要體現在建筑供暖、通風、制冷、空調系統(即HVAC系統)和照明系統，在維持建筑的熱平衡等一些列情況下，運用現代高科技手段和新型產品，降低建筑物的能量消耗，主要體現在以下幾方面：

（1）維持建筑熱平衡

在建筑設計前期，要把本地氣候因素、陽光照射角度、采光因素等考慮入設計中。從建筑物的屋頂、外墻到窗戶盡可能采用智能玻璃立面、高新技術隔熱產品等，從而以達到降低整個建筑物的外圍墻體的傳熱系數，以降低用戶取暖和消暑的電能消耗。

（2）照明設備與控制系統

照明設計要嚴格按照建筑照明標準的來執行，使用高效節能用電設備和燈具，并從使用者的角度出發，合理安排環境照明和任務照明的設置。采用聲控或光控等智能控制設備進行調光，智能調光系統在確保舒適宜人的光環境的同時，盡最大的限度減少電能浪費，充分體現在照明運行過程中，挖掘節能減排的最大潛力。

3 可再生能源技術與建筑一體化設計

本設計意圖主要體現在將建筑的使用功能與可再生能源的利用兩方面，只有將兩方面有機地結合形成多功能的建筑構件，使建筑物各部分的功能相協調而實現節能目的。但是，就現在的情況可發現這些技術比較適合新建建筑中，而對已有建筑物的改造方面，技術還需進一步提高。

（1）光熱建筑一體化

太陽能集熱器是太陽能轉化為熱能系統重要構件，光熱建筑一體化設計則主要是將太陽能集熱器作為建筑的一部分，并考慮到周圍環境的因素與建筑和諧統一的結合在一起。在確保集熱效果的同時，有多種方式可對太陽能集熱器進行設計和運用，包括在建筑屋面和陽臺攔板等。可以說，最基礎是太陽能集熱器在平面屋頂上的安裝，既簡單又安全，在安裝的過程中集熱器接觸面較大，并且方向也可以適當調配，以東西方向最佳。相反如果太陽能集熱器是安裝在建筑外立面上就陷得較為困難但是這樣做的有點表現在其外觀上，給人一種視覺的美感，也間接解決屋面上集熱器面積及安裝角度受限的問題。

（2）光伏建筑一體化

新建建筑在操作時運用的是光伏建筑合二為一，這樣不僅有利于節能而且還可以減少碳排放量。運用太陽能電池板使太陽能轉變為直流電能，最終通過逆變器完成直流電能與交流電能的轉變，從而獲取日常生活中所使用的電能。總而言之，相當數量的電氣設備，例如電燈，可以采用直流電來代替交流電完成工作。綜上所述，直流分配網絡的大量使用(DCdistributionnetworks)，不僅可以縮小能量配置，還可以加強可再生技術。試換種思維模式，當今采用的太陽能電池板發電與傳統的煤炭發電相比較其價格還是相對較高的。試想如果可以使電能價格調低，就會使光伏產品在建筑發電方面的有點發揮的淋漓盡致。因為太陽能電池板生產量和生產技術的提高也就影響了光電轉換率最終導致太陽能電池板價格降低。當下的最主要的研發對象是傳統晶硅電池片的替代品研究，運用不同基質材料(比如薄膜聚化物)進行光電轉換，導致CIGS等各類低成本電池片的使用率逐漸加強。同一時間，建筑集成所使用的特殊方法——光伏組件雙面玻璃的封裝盛行起來，為建筑商將光伏組件直接組成玻璃幕墻，擴大電池片覆蓋建筑的面積，因而為提高電量輸出做出了新的構想和展望。

（3）風能建筑一體化

風能建筑一體化發電的特點是低成本高效率。小程機器，在價格定位上仍有歧義，而中程機器(5～50kW)，如果能夠科學合理的配置，那么其貢獻不可忽視。其中最為突出的事例是2007年6月竣工的巴林世貿中心(WTC)，3個巨大的風力渦輪螺旋槳按照獨特的空氣動力學安裝到建筑中，每個直徑長達29m，每次工作，這3個巨大的螺旋槳大約能給大樓提供11%～15%的電力，足夠給300個家庭用戶提供1年的照明用電。

4 碳抵償措施

碳抵償，也就是所謂的日常生活中CO2的排放量，并對其產生的經濟成本相互協調，最后支付給專業部門，運用植樹、環保專案、可再生能源工程等方法，減少空氣中CO2的排放量。日常建筑施工中因為使用了高效能源管理及節能技術等方法，能夠有效的分析和檢測建筑全壽命期間的碳排放量，運用適當的碳抵償措施，使碳減排能夠更好的進展。需要考慮的是，對碳抵償策略意見不一，自愿減排項目沒有明確的實施標準，從而使認證、監測等的實施在間接上受到阻礙，而不能從根本上實現可持續建筑的低碳設計。綜上所述，我們必須使上述措施都得到完善后再對碳抵償措施進行進一步的分析和研究。

5 結語

基于對節能和減排目標的實現，可持續建筑的低碳設計一方面要做到高效能源管理另一方面還要做到暖通空調管理和照明管理等，最重要的是要處理好可再生能源技術和建筑一體化之間的關系，總之，在做到以上方案的同時還要加強社會成員的個人意識及個人行為，政府和企業應該采取獎懲分明的方式進行監督管理，更好的為可持續建筑的低碳設計做出貢獻。

參考文獻

[1]武德俊。將低碳理念融入建筑創意——全國大學生綠色建筑創意設計大賽落幕[J]。節能與環保，2011，(12)

[2]王帥。中國北方太陽能宜居住宅設計探索——2011臺達杯國際太陽能建筑設計競賽獲獎作品《光波》解析[J]。建筑技藝，2011，(Z5)

3]梁恩樹，郭強力。我國建筑業的現狀及低碳建筑設計探討[J]。漯河職業技術學院學報，2011，(5)