低碳設計理念下的高層建筑設計研究

鄒永波

（山東建大建筑規劃設計研究院，濟南 250014）

1 引言

在城市化進程不斷推進過程中，對高層建筑設計的要求越來越高，而低碳設計理念的融入和應用也符合建筑行業的發展方向，產生了極其深遠的影響。在高層建筑設計中，要想確保取得高質量的建筑設計水平，取得良好的設計成效，就必須要高度重視低碳設計理念的應用這一問題，將兩者結合在一起，使之成為協調的統一整體，加大生態環境的保護力度，實現人與自然的和諧共處。本文主要針對低碳設計理念在高層建筑設計展開深入研究，以供相關人士的借鑒。

2 低碳設計理念在高層建筑設計中應用的原因分析

第一，在社會總體能耗中，建筑能耗占據著較高的比重，我國建筑能耗的總量呈現出明顯的上升趨勢，在能源總體消費量中，已經上升至28.5%。根據相關資料顯示可以看出，在城市化進程不斷推進過程中，建筑耗能比例上漲至38%，由較高的建筑耗能可以看出，嚴重限制著我國經濟發展，所以必須要高度重視建筑設計這一問題。

第二，現階段，我國已經建成房屋最高為400 ㎡億 ，屬于能耗較高的建筑，存在著極大的能源安全隱患。根據了解發現，截止到2017年10月份，我國建筑年消耗商品能源共計4.05億噸標準煤，占據全社會終端能耗總量的32.4%，而在建筑用能增加的影響下[1]，全國的溫室氣體排放已經高至28%。而低碳設計理念的應用可以有效解決這一問題。

第三，一直以來，針對建筑節能這一問題來說，我國與發達國家之間存在著極大的差距。比如說，外墻的傳熱系數是發達國家的4倍，外窗最高可達3倍，屋面在6倍左右。現階段，我國的采暖耗能是發達國家的1.5倍，所以必須要對這一問題給予高度重視，不斷提高我國的建筑節能水平。

3 低碳設計理念在高層建筑設計中應用的意義

眾所周知，高層建筑體形比較龐大，還有著較高的容積率，相鄰建筑之間的通透性不足，出現了諸多大面積陰影區，一定程度上影響著城市人居環境質量的提升，在市中心出現了交通擁堵現象。同時，一些設計人員過于強調立面形式和使用功能，沒有對生態環境的保護給予高度重視。建筑設計節能意識有待提升，很難提高建筑使用效率。所以說，在高層建筑設計中，融入低碳設計理念是至關重要的[2]。

4 低碳設計理念在高層建筑設計中的具體應用

4.1 加強低碳技術的應用

在高層建筑設計中，基于低碳設計理念，必須要加強清潔能源的高效利用，其中，代表的產品有太陽能熱水器和風力發電系統等。其中，對于太陽能熱水系統來說，主要是指對太陽光產生的熱量加以利用，將水加熱，滿足電能使用的節約目標，并為人們生活帶來一定的便利。而對于光伏發電，作為新型技術之一，主要是指實現了光能向電能的迅速轉變，在高層建筑施工中，對于樓板、墻面等位置，要加強光伏電池板的設置，將其納入到建筑結構之中，保證建筑的整體美觀性。

同時，基于低碳設計理念，風能使用也得到了充分體現，要加強建筑通風系統的合理設計，通過自然風實現對建筑室內空氣的有效流通。而且在建筑屋頂中，還可以加強無動力通風設備的應用，有效調節風速和風流，在風能使用的帶動下，將空調的使用程度降至最低，滿足節約電能這一目的。

4.2 優化建筑布局和朝向設計

①不管是高層建筑還是普通建筑，就必須要對位置和朝向等問題進行深入分析。在高層建筑設計中，明確提出了對高度的要求，所以必須要準確把握建筑的位置和朝向，給予高層建筑充足的采光[3]。當然，不同地區的溫濕度和光照條件是不相同的，在建筑位置和朝向的具體設計中，還要對這些因素進行深入分析。

此外，在建筑布局中，還要對歷史地域文化的傳承進行深入分析。比如在山東省一些建筑設計中，對鄉土味道進行了保留。所以在具體建筑設計中，還要深入分析不同地域文化、居住習慣和風土人情，構建最為適宜的建筑設計方案，滿足當地地域性需求。具體詳見圖1。

圖1 某一高層建筑中部分景觀庭院示意圖

于在城市規劃設計過程中，還要對建筑朝向問題進行充分考慮。一般來說，朝向的不同，建筑所受到的陽光輻射和熱損失也存在著較大的不同性，在實際建筑方位確定中，相關設計人員要對環境實際情況進行考慮。通常來說，建筑朝南窗戶面積可以適當增大，而要控制在朝東、朝北的窗戶面積，避免熱損失現象的出現，并創建舒適的室內環境。

例如：以山東省某一建筑項目為例，在該建筑設計總平面圖中，如圖2所示。眾所周知，山東省屬于暖溫帶季風氣候，夏天主要以東南風為主，在建筑物周邊的陽光照射時間過長的情況下，通過熱傳遞會大大增強室內溫度，空調的使用程度普遍高漲，這與低碳設計理念是嚴重不符合的。因此，在建筑設計中，建筑朝向的最佳位置為東偏南15°方向，進而對于降低建筑物室內溫度是極為有效的，實現建筑低碳環保目標。

4.3 優化圍護結構墻體設計

在圍護結構中，外墻發揮的作用不可小覷，高層建筑的圍護結構與磚石結構房屋之間的區別比較大，高層建筑的圍護結構屬于鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重。所以圍護結構屬于一種填充材料[4]，要想將荷載降至最低，并與保溫和隔熱要求相符合，要加強保溫材料的應用。現階段，圍護結構的材料大都在內側和外側等位置進行布置，在寒冷地區中，由于材料層次布置不相同，保溫效果也存在著一定的差別。在寒冷地區，要想避免出現墻體內產生冷凝水，保溫層設置在外側更為適宜。

同時，復合墻體由于框架梁拉、建立起的嵌入，墻體內極容易出現冷橋現象，保溫、隔熱性能并不顯著。根據測定可以看出，對于高層建筑出現的冷橋，最高可占據整個熱損失的13%左右，所以相關設計人員必須要予以高度重視，將出現冷橋現象的概率降至最低。而且高層建筑外圍護墻體的耗能比較顯著，占據總建筑耗能的25%，對于建筑出現形體變化進行分析，是建筑外露面積的重要影響因素，在體形系數較高的情況下，耗能程度也越來越高。

4.4 加強傳統技術和新型技術的整合

在高層建筑設計過程中，傳統的綠色技術的使用程度仍然比較高，比如木結構填充巖棉，可以給予高層建筑質量一定的保證，并實現對二氧化碳排放量的有效控制。所以，在高層建筑設計過程中，仍然要對這些傳統綠色技術進行廣泛應用。與此同時，還要加強新型技術的引進和開發，比如在室外鋪裝過程中，要發揮出水循環的優勢。出于節約用水視角，加強新型技術的應用，要不斷提高雨水利用效率，在雨水收集完成以后，要將其應用在澆灌植物、循環使用之中。

5 結語

綜上所述，在高層建筑設計中，加強低碳設計理念的應用勢在必行，可以將低碳、環保理念在高層建筑設計中充分體現出來，滿足可持續發展需求，贏得人們高度的滿意度，為人們創建健康、舒適、安全的生活環境，進而將建筑行業推向更為長遠的道路。