基于碳中和理論的公共建筑減少碳排放改造方式探索

楊豐碩 黃慧

【摘要】隨著建筑功能的逐漸增多以及人們對建筑舒適性的要求逐漸提高，建筑工程領域排放的二氧化碳逐漸增多。本文從建筑運營階段碳排放量著手，在動力設施能耗、照明設施以及智能建筑運營平臺搭建三部分探尋減少碳排放量的途徑，以更好地解決碳排放問題，早日達到碳中和的目標。

【關鍵詞】碳中和;碳排放;綠色建筑;建筑運營【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

隨著國家建筑施工行業迅速發展，全國建筑行業的碳排放量也在日益增多?！吨袊ㄖ芎难芯繄蟾妫?020）》提出2018年全國建筑全過程二氧化碳排放總量為49.3億噸，占全國碳排放總量的51.3%。

為了2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和，建筑行業必將減少碳排放量。在建筑全壽命周期中，建材生產階段碳排放比重為28.3%、建筑施工階段碳排放比重為1%、建筑運營階段碳排放比重為21.9%。由此可見想要減少建筑二氧化碳排放，早日實現碳中和目標，解決建筑運營階段碳排放量是較有利的方法。

1、基于碳中和理論的綠色建筑運營技術

碳中和技術也稱為低碳或無碳技術。想要降低建筑運營階段的碳排放量，就要減少建筑碳排放，增加建筑碳吸收。

本文主要進行減少碳排放量方法的探索。首先盡可能因地制宜，充分利用自然環境帶來的優勢，推進空間節能和設備系統節能的融合，大幅降低供暖、空調、照明、電梯等用能需求。其次進行運營時期使用技術的創新改革，使用低碳或零碳新能源技術、光伏技術、太陽熱發電技術、各種類型的熱泵技術等。本文將從動力設施能耗、照明、智慧平臺搭建幾個角度提出綠色建筑運營階段改造方法。

2、案例選擇

2.1建筑概況

本文選擇改造的建筑案例為403國際藝術中心。403國際藝術中心落地于湖北省武漢市武昌區中南路街武珞路586號百瑞景中央生活區，由原武漢鍋爐廠編號403雙層車間的工業遺址改造而成。綠色節能的總體設計保留了原來結構建筑，重新分配內部空間，增加地下空間和戶外空間建設;內部構造增加了大天窗以及通風換氣結構。

2.2基于碳中和原理改造

（1）動力設施能耗

403國際藝術中心的動力來源為百瑞景小區的集中供電，而武漢市供電為火力供電，碳排放量較大?；谠撉闆r，我們可以通過以下三種方法進行改造：

1）根據資料查詢可知，長江中下游地區的部分公共建筑的供暖，可以通過采用高效空氣源熱泵或地源水源熱泵解決。（林波榮）

2020年武漢市7月份平均溫度達到26.4℃;1月平均氣溫為4.1℃，符合夏熱冬冷地區的特征。由空氣源熱泵的適用條件可知，武漢市氣溫的日較差較小，年降雨量大，日照偏小，適合應用空氣源熱泵。

由上文分析可知，403藝術中心在改造時，將集中火力供電改為高效空氣源熱泵進行熱量供應，同時采用空調排風熱回收、空調冰蓄冷等技術減輕夏季冷氣散發和冬季暖氣散發的情況。

2）增加太陽能板。通過在室外陽臺、天窗玻璃、入口處玻璃幕墻三處適量的增加太陽能板，白天收集太陽能轉化為電能進行儲存用作空調和照明供電，減少火電的使用量。為了不破壞建筑美觀，在增加太陽能板時可以按照當地文化或該建筑特點進行多而小塊太陽板的設計，使之成為建筑的一大觀賞點如圖2。

3）除了通過上述太陽能板可以收集太陽能供能之外，由圖3可知，403國際藝術中心進深較大達到58米，內部結構空間窗戶較少，導致內部照明燈具較多。所以可以對外側幕墻玻璃進行更換，選用折射率更高的玻璃，將陽光折射到建筑內部，減少燈光的使用。

（2）照明設施

由于403國際藝術中心的主題為簡單、文藝、原生態，所以在燈光照明系統的安裝上采取了較為簡單的直接照明，選擇多個白熾燈作為燈光來源，燈光利用率高，但分布不均。對于這個問題的改造方法則是將直接照明和間接照明相結合，以間接照明為主，同時將直接照明系統中的白熾燈改為LED燈。通過韓學林學者研究可知LED燈可以提供與白熾燈同樣的效果。

403國際藝術中心在二樓大廳頂部設計了600平的天窗玻璃。但由于該建筑層高較高，天窗照明情況較差，在403國際藝術中心內部白天光線仍然不好，需要開燈照明。由于該藝術中心自身具有大面積的天窗，同時武漢市光照強度較強?？梢栽谔齑跋潞线m位置增加散光器和折射板，通過將太陽光線折射入室內增加室內的光照強度，減少白天建筑內燈光照明的使用（如圖4）。晚上使用上述動力設施能耗中增加的太陽能板作為動力來源供應照明使用。

除了要解決燈光問題，還要解決建筑正午陽光直射帶來的反光問題。通過實地考察得到，該建筑在正午11點至下午3點之間太陽照射強度較強，由于紫外線輻射強度日變化曲線與太陽高度角變化保持一致，基本呈現正態分布的特征（翟紅楠），可以得到這一時間段相比于其他時間紫外線進入較多。通過為外側玻璃幕墻中一些玻璃貼膜解決這一問題，阻隔紫外線，過濾強光，減少眩光，將多余陽光折射出去。另外，在二樓窗戶外安裝自動遮陽板，遮陽板上部設計有太陽能板，在建筑遮陽的同時還可以實現太陽能的利用。

（3）智慧建筑運營平臺

建設包含全建筑溫度、濕度、光照等指標的建筑環境監測、建筑能耗管理系統，基于“部分時間、部分空間”的室內環境營造和用能方式，結合各區域游客數量及外界環境條件實時分析，在保障游客舒適度的基礎上節省能源消耗。

溫度濕度方面，在建筑內部安裝溫濕度傳感器，在溫度濕度達到規定標準時，自動停止建筑內部的供暖或制冷設備。照明方面，一是建立智能照明控制系統，在確保燈具能夠正常工作的條件下，給燈具輸出一個最佳照明功率，使燈光照明分布更加均勻，同時大幅度減少能源消耗。二是安裝照度感應器，隨時監控建筑內部的人流量和燈光強度，做到建筑無人參觀時，燈具達到省電模式。三是安裝陽光傳感器，在403藝術中心二樓的窗戶外墻安裝陽光傳感器，在陽光達到一定強度時自動展開遮陽板，避免陽光直射。

結語：

在建筑運營階段減少碳排放，可以運用高效空氣源熱泵代替火電進行熱量供應;通過替換白熾燈，增加散光器和折射板，增加帶有太陽能板的遮光板改善照明;建設智慧建筑運營平臺，做到保證游客舒適度的前提下減少建筑碳排放量。

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作者簡介：

楊豐碩，女，2000年11月09日，籍貫：山東省濟寧市，民族：漢，學歷：華中農業大學本科，職稱：學生，研究方向：美麗鄉村和可持續發展。

通訊作者：

黃慧，女，1978年11月13日出生，湖北省武漢市人，漢族，博士，講師，主要研究方向為：國土空間布局優化和農村可持續發展研究。

資助項目：

中央高校基本科研業務費專項資金資助（supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities）項目“基于深度學習算法的脫貧人口返貧風險識別及預警機制研究”（2662020GGPY004）