低碳設計理念在高層住宅建筑設計中的應用

李衛衛

1 建筑設計的現狀

大部分傳統技術建造的建筑設計耗能大，造成了不必要的能源浪費，降低了建筑的使用效率，同時也不利于城市環境的改善和生態環境的保護。低碳設計理念應用于高層住宅，不僅可以實現人與自然的和諧共處，而且滿足了我國可持續發展戰略的要求。高層建筑通常容量比較大，也相對龐大，同時兩棟樓之間的距離比較近，所以傳統高層建筑的透光性通常較差，而且會形成大面積的陰影區。這樣的設計最終導致高層住宅區變成人口密集區，交通堵塞，人們的生活又將面臨新一輪的挑戰。這種建筑的設計者更多地注重建筑的外部構造和使用功能，通常不會考慮到低碳環保這一方面。這是因為傳統建筑設計者的低碳環保意識比較弱，導致能源利用率低，建筑的使用效率低，也就形成了傳統高層住宅高能耗、低收益的說法。所以說，在高層建筑設計中融入低碳設計理念是非常有必要的。

2 低碳建筑設計的優點

2.1 節能

一直以來，節能都是人們渴望達到的建筑設計目標。近年來，隨著相關科學研究的不斷深入和成熟，節能技術、節能設備越來越多，也越來越有用。作為建筑師，只有懂得將自然同科學技術積極有效地結合，才能在實踐中運用節能技術與節能設備，從而滿足住宅設計當中節能、采光以及通風等方面的要求。如可以通過對季風的充分了解和運用來實現住宅內部的自然通風；并以當地風的主導風向設計空調系統；采用"雙層幕墻"技術自動遮陽，設計能夠自動調節的住宅外表面等等，在最大限度上利用自然條件來通風和采光。

2.2 能源組合的優化

優化能源組合的內涵是通過對新能源的合理利用，同時運用相關的節能技術來改良燃料設備，以達到減少礦產資源消耗量的目的。可以利用新的節能技術對燃煤鍋爐等設備進行改造，使化石燃料盡可能地充分燃燒，燃燒產生的廢氣經過處理后再排放到大氣中，以保護環境；還可以使用自然界中的生物固體燃料，或者其他產生較少二氧化碳的方法來獲得能量，如沼氣等；并且可以通過利用光能、地熱能、風能等綠色可再生能源，重視回收和再利用廢熱余熱等途徑來優化能源組合。

2.3 使用天然類型材料

住宅內部的建筑材料，應更多地使用天然材料，盡量避免使用對人體健康有害的建筑材料和裝飾材料；施工人員要事先做好相應的質量檢測以及防護措施，尤其是在使用木頭、石塊、油漆等材料時，避免材料產生的有害氣體對人體健康產生影響。

2.4 節約能源

建筑師在建筑的設計、選材方面，應本著“減少建筑資源的浪費、提高資源利用率”的原則，考慮資源的合理配置和充分使用，并盡最大的可能優化建筑結構，盡量使資源可循環利用。

3 在高層建筑設計里應用低碳理念的策略分析

3.1 選用自由式布局模式對建筑進行布局

自由式、同行列式是建筑發展過程中出現的兩種最為經典的住宅群體布局模式。這兩種布局模式在具體的住宅空間規劃中具有明顯不同的優勢，布局規整且有序是同行列式模式最大的特點，能夠實現住宅內部空間的創造則是自由式的特點。兩種模式在風環境方面也有較大的差異。風經過同行列式建筑后會在其背面形成較大的渦流區，影響人們進行室外活動。與同行列式布局相比，自由式布局更有益處，即不僅能夠滿足人們的日照需求，而且能夠視建筑周邊錯位情況進行建筑設計，可以節約大量土地，使住區附近的風均勻分布，保證環境能夠更好地滿足人們的日?；顒有枨?，這也充分體現了低碳設計理念。

3.2 改善建筑朝向，充分利用自然光源

太陽光具有強大的能量及輻射，對地球上生物的生存來說不可缺少，同時對住宅的綠色節能和居住的舒適度也具有重要的影響。在建筑設計中，需要在對當地的日照情況充分把握的基礎上，準確地選擇建筑方位以及朝向，確保高層建筑的每一層都能夠被陽光照射。選擇正確的建筑朝向，即在建筑選址當中需要充分考慮建筑在城市環境中的影響，避免因過于追求建筑的容積率，而影響到建筑的日照強度和時長。同一地點，同一建筑的朝向不同，所受到的太陽光的輻射以及熱損失都具有一定的差異。在實際確認建筑方位時，設計人員要提前掌握當地的日照情況。根據當地的太陽高度角計算太陽光的影響范圍，采用合適的設計方案以確保建筑冬天的日照時長。通常情況下，建筑中朝南面的窗戶面積應當盡量大一些，而朝東、朝北的窗戶面積則可以稍微小一些，以此實現太陽能最大限度的吸收、最小限度的損失，保證室內環境的舒適性。

3.3 使用可再生的新能源利用

可再生的自然能源越來越多地被用于低碳建筑設計中，其中太陽能、風能是比較常見的兩種，太陽能熱水系統和光伏發電是太陽能在建筑設計上的主要應用。除此之外，利用自然風來帶動室內的空氣流動是保持空氣新鮮常用的做法，這樣不僅降低了空調的使用率，還有利于人體健康。

3.4 采用自然導光技術

住宅在采光上也需要消耗很多的能源，但如果運用天然導光技術，同時借助玻璃纖維，將太陽光引入地下建筑，將減少大部分用于室內照明的消耗。為了實現更好地采光，建筑師們試圖用各種方法最大限度地增加建筑的采光面積，為了保證室內的光照，應在相鄰的建筑物之間留有合適的間隔。

3.5 建筑與室內一體化設計理念，減少建筑的體積

由于地理環境因素的不同，不同地區不同建筑的體形系數也不盡相同。建筑的體形系數是指建筑物接觸室外大氣的外表面積與其所包圍的體積的比值，建筑體積越小、體形越復雜，體形系數就越大，相同面積的住宅消耗的能源也較多。在國外，很多高層建筑被修建成圓塔形，因為不同的幾何圖形在面積相等的情況下，圓的周長最短，所以建筑接觸的室外大氣的外表面積也較小。在長期堅持不懈的實驗和研究中，科學家提出了“建筑與室內一體化”的建筑形體設計理念，為了消耗最少的資源和最大限度地減少污染，建造過程中應盡可能地選擇耗材低、耐久性強的建筑體系。

3.6 圍護結構墻體改善，減輕建筑物的重量

在建筑圍護結構中，外墻是很重要的一部分，與普通的磚石圍護結構不同，在高層住宅的圍護結構中，主要是通過鋼筋混凝土框架以及剪力墻結構來實現承重目標。為了更好地達到保溫、隔熱的目標，就要在完成承重目標的基礎上實現自身重量的減輕。所以在選擇圍護結構的填充材料時，要盡量選擇質地相對輕盈，同時能夠完成承重目標的材料，如中空Low－E玻璃等。

3.7 傳統技術與新型技術相結合

傳統建造技術中的木結構填充巖棉、陶土夾心墻等技術環保且能源消耗低，應用這些傳統建造技術的住宅排放的二氧化碳和硫相對較少，節能的同時又減少了大氣污染。但在低碳建筑設計過程中我們不能再繼續滿足于傳統的建造技術，我們探索得到的新技術之一——新型的能源控制技術對減少能源的浪費十分有效。如合理設計建筑配套系統，將雨水、污水分流，雨水回收進行再利用，用于灌溉花草樹木；將污水與雨水分開進行處理，能有效緩解一些地區水資源緊缺的情況。在建筑設計中，合理利用可再生能源能減少溫室氣體的排放量，目前已經有科學家設計出碳排放量為零的建筑物，這種建筑全靠大自然的太陽光和雨水解決水電供應問題。

4 結束語

低碳建筑已經逐漸成為國際建筑中的主流，這類建筑不僅具有低碳、節能的特性，對于發展可持續經濟更有著至關重要的現實意義。為了為人們建造更加健康舒適的住宅，設計者們應不斷學習，掌握先進的科學理念和低碳施工技術。