低碳建筑設計中易忽視的問題及項目設計思路

朱雪巖

（上海同建強華建筑設計有限公司，上海 200092）

0 引言

近年來，低碳節能概念在社會上得到了普遍認同，人們的節能環保意識正在逐漸增強，建筑設計也迎來了設計思想的更迭，低碳成為建筑設計界的熱門詞匯。與任何新生事物一樣，低碳設計在正確的執行道路上充滿波折，如今，低碳建筑設計具體指的是什么，怎樣做才對，要做到什么程度等，還存在不小的爭議。

1 低碳建筑、生態建筑和綠色建筑的內涵和異同

低碳建筑是指能耗低、對環境污染小的建筑。低碳建筑的理念既反映在建材生產環節，也反映在施工運輸等環節，保證建筑建設的低能耗、低污染、低排放、重環保。在建筑建成使用時，折算下來的碳排放指標也較低。在建筑完成使用后的拆除，依然可以達到上述“三低一重”。低碳建筑的衡量標準是建筑的全生命周期碳排放。

生態建筑是根據當地的自然生態環境，運用生態學、建筑技術科學的基本原理和現代科學技術手段，合理組織建筑與其他相關因素之間的關系，使建筑與自然環境之間成為一個有機的生態結合體。同時，生態建筑具有良好的室內氣候條件和較強的生物氣候調節能力，以滿足人們居住環境舒適要求，使人、建筑與自然生態環境之間形成一個良性循環系統。

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內能夠節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共處的高質量建筑[1]。

上述3個定義的基本內涵相同，互有補充，各有側重和不同之處。這3個定義對于建筑設計師的現實意義在于，從3個角度審視了建筑設計是否是真的實現綠色生態低碳，并從環境到建筑自循環再到建筑的全生命周期碳排放進行考慮，以免偏向任何一面。建筑設計師可以清晰地在設計創作中貫徹相關理念，避免為了建筑某個階段或某個方面的低碳設計而忽視了其全周期的整體低碳設計，例如，某些建筑設計師集中注意力控制建筑使用期的碳排放，而忽視了建設期和拆除期的碳排放。

2 低碳建筑設計的現狀

建筑設計從定性地考慮建筑能耗問題，到開始定性定量地計算建筑節能，直到如今低碳建筑評分指標越來越細化。在我國，低碳建筑設計走過了一條快速發展的道路，但直至今日，我國還沒有專門的低碳建筑設計規范，低碳設計概念和相關要求在建筑設計規范中的體現主要集中在國家或地方的綠色建筑評價標準、國家或地方的節能建筑設計規范這兩大規范之中。因為沒有具體的低碳建筑設計規范指導設計工作，加上建筑設計思潮發展變化太快，廣大建筑設計師在落實低碳設計時，既沒有具體規范指引，又缺乏足夠的案例研究，更多基于設計師個體對于低碳設計的認識，由此而產生了良莠不齊的設計結果，造成了不少的設計誤區和錯誤。

3 低碳建筑設計中的誤區或常見錯誤

3.1 沒有因地制宜地進行低碳建筑設計

不同地區有其本身固有的氣候地形特點，建筑設計師往往沒有仔細研究，而直接引用了在其他地方能夠成功，但實際上與本地環境不相符的設計。

地源熱泵技術是在20世紀初期提出并逐漸成熟的地下淺層能源利用技術，通過輸入少量的高品位能源（電能）實現由低品位熱能向高品位熱能轉移，具有只消耗1 kW·h能量就可以得到4 kW·h以上熱/冷量的優勢[2]。地源熱泵技術在歐美國家被廣泛使用，按理說，我國也應順理成章地廣泛引進，但實際上在我國的很多地區是不適合采用該技術的。因為地源熱泵技術依賴于地熱和水資源，而這兩項資源在我國很多地方都較為匱乏，若盲目廣泛使用地源熱泵技術會造成地熱和水資源的進一步減少。當這地熱和水資源減少時，為了彌補損失，必然會增加其他方面的碳排放。

木材是建材中的一個大類。在林木資源豐富而建筑較小型、房屋需求量不是特別大的地方，因木材可以快速再生，所以其生產符合低碳理念（雖然木材建筑不一定低碳，因為還涉及節能、維護消耗等，和地理氣候條件等密切相關）。但是在我國，林木資源并不豐富，房屋的需求量大，自有林木資源的再生速度遠抵不上其消耗量，同時，林木的種植養護也需要大量的高碳能源，因此我國的木材生產屬于高碳產業。

3.2 低碳設計時只聚焦于使用階段

如今不少建筑設計師只關注建筑使用階段的碳排放，而忽視其他階段的碳排放。建筑全周期的低碳排放為：建筑全生命周期總碳排放=生產施工碳排放+使用時期碳排放+拆除時期碳排放。其中，生產施工碳排放=建材/設備生產碳排放+運輸碳排放+施工安裝碳排放，建材/設備生產碳排放=建材設施上游廠家碳排放+自身生產碳排放。

根據目前情況推算，建筑在使用時期碳排放約占全生命周期的70%~90%，但其他階段也不可忽視，尤其是當建筑施工階段的碳排放達到25%以上時，必須引起建筑設計師重視。同時，施工階段過高的碳排放，往往還說明獲得這些生產物資的潛在實際碳排放遠大于目前得到的碳排放數據，因為建材和設備在生產上游獲取原材料階段的碳排放和未來為了修復環境而需要付出的碳排放被忽視了[3]。

常見的典型設計錯誤有：建筑設計師為了滿足當地政府的一些指標要求，如廣泛使用太陽能光伏板，因而無視日照、建筑朝向是否恰當，在建筑外立面或屋頂安裝光伏板。但是在此過程中，建筑設計師并沒有計算光伏板生產時產生的碳排放（獲取硅材等原材料和生產加工設備時的碳排放）和建筑使用期節約的碳排放比值。若不能高效使用低碳節能技術，實際上就等于額外產生了這些技術產品生產過程中的碳排放，增加了社會碳總排放量。

4 建筑設計師在具體項目低碳設計中的中心思想和思路

4.1 低碳建筑設計的中心思想

（1）深刻理解各項節能低碳技術和產品，因地制宜，具體問題具體分析。

（2）建立基于全周期低碳排放的建筑設計理念，精算各項低碳技術產出投入比，計算公式為：低碳技術產出投入比=使用該項技術建筑全周期節約的碳排放/（使用該技術的建材/設備生產碳排放+拆除階段的碳排放）。建議以該比值不小于2作為該技術可以考慮使用的底線。

4.2 低碳建筑設計的思路

4.2.1 因地制宜利用自然因素

建筑設計自始至終是人與自然的協調問題，低碳設計可以且完全可以利用好的自然因素有陽光、自然通風和當地的物產。

（1）低碳設計中陽光的應用。太陽是地球大部分能量的來源，太陽能是當前建筑應用最廣泛的新能源，在建筑物光能充足的部位放置光伏板，吸收光能轉化為電能，既可利用太陽能來替代建筑物一部分電能，也可以將該電能并入配電網。除此之外，將太陽能作為建筑光源的利用也是非常重要的。設計中應努力把光線引導到建筑空間內部，光線的引入不僅可以解決建筑采光問題，也可創作出良好的建筑空間效果，如建筑大師安藤忠雄的作品——光的教堂、古埃及阿斯旺的阿布辛拜勒神廟等。光線引入既可以是直接引入，也可以是間接引入，如通過中庭等空間直接引入光源。同時，還可利用相關技術在建筑中引入光線，例如，在日本的地下空間開發中，常用光導纖維或者多重的鏡面將室外光引入建筑地下空間，既節能，又打破了地下空間固有的壓抑感。設計中利用好光線，既要考慮光線對于建筑單體的影響，也要考慮建筑群體互相之間的影響，控制建筑間距、建筑走向、與周邊環境的關系等，以保證建筑單體充足的日照和采光。用自然光能代替人工照明，實現人與自然的和諧共處，使之創造出建筑空間的藝術性，減少建筑碳排放，這是建筑設計師首先要考慮的問題。

（2）低碳設計中自然通風的應用。我國古代有天人合一的建筑設計理念，因此，我國的古典園林院落均具有通風良好的特性。如今，在現代建筑風潮的更迭下，天人合一理念在建筑設計界逐漸被淡忘。建筑設計普遍優先采用空調新風系統而非自然通風（在超高層建筑和某些特殊高層建筑中，因技術原因，只能采用空調新風系統）。從建筑外立面設計角度而言，采用空調新風系統沒有了開窗對立面的影響，可以簡單地處理外立面，設計時候比較方便，但是若深入分析，現代建筑也能做到兼顧外立面和自然通風。利用好自然風，將極大地減少暖通空調的能耗。利用自然通風應用減少能耗的例子如下：①合理利用中庭，利用熱濁空氣上升的原理，從建筑上部把熱濁氣排出。②為建筑設置必需的層高和凈高，改善氣悶的感覺，減少空調使用。③商辦類公共建筑采用變制冷劑流量多聯式空調時，外機位置若較閉塞，在設計時，上下樓板可以預留通風口，形成拔風效應，減少空調外機負擔也避免了空調機老化更新的碳排放。

（3）低碳設計中當地物產的應用。如果建筑所在地有特定的可作為建材的物產，都應將其評判為低碳物產。低碳物產對于節能的作用顯而易見，但這需要建筑設計師具有創新精神。例如，日本建筑大師隈巖吾在他的設計中利用了日本林木多的特點，使用木材和竹子作為建材，完美地結合了建筑的生態低碳性和美學性，提出建筑要力求突出當地文化和特點非常值得肯定。隈巖吾近期的作品——東京奧運主會場，原設計團隊是著名的扎哈團隊，設計非常現代，采用了3D造型金屬板，但造價昂貴超支嚴重，東京奧委會被迫換隈巖吾團隊作為建筑設計單位，最后作品就是現在的以木結構觀感為特色的場館，造價不到扎哈設計的一半。另外一些如東京奧運會新聞發布廳等配套建筑，直接采用了裝配式木結構，更是用后即可拆除回收，充分體現了低碳設計原則。

扎哈團隊和隈巖吾的設計在這個項目中，雖然提供了一樣的功能，不分高低的藝術性，或許使用期間的碳排放也是一樣的，但如果考慮建設過程和回收過程，顯然前者是高消耗高造價，后者是低消耗低造價。扎哈團隊的設計，為了外形炫酷而付出了高碳的代價，從低碳的角度出發不值得推崇。

4.2.2 從易做起，深刻理解新技術產品優缺點

對于在建筑所在地具有優勢的低碳材料，一般可以考慮盡量使用。因為這往往意味著更低的運輸碳排放，更低的生產碳排放（在如今環保政策嚴格的背景下，低生產成本一般意味著得到這些產品的碳排放較低）。

對于各種新興低碳產品，必須清楚它們的優缺點才可使用，尤其是這些產品不在有關建設主管部門經過論證推廣的新材料新技術目錄上。如前文所述，地源熱泵、太陽能的不當利用等，都是因為沒有充分理解技術產品的優缺點和適用性。建筑設計師應以身作則，多研究應用建設主管部門經過多次論證推廣的產品技術。

4.2.3 保持低碳設計的簡潔性

低碳設計的簡潔性，不是極簡主義，而是體現了最少碳排放得到同樣功能的建筑或構筑物。在東京奧運場館設計中，隈巖吾的設計相比于扎哈團隊的設計較為簡潔。北京冬奧會首鋼賽區場館設計，充分利用了當地的老廠房，沒有推倒或給它們掛上各種現代的外立面，保留了建筑原貌，不做額外雕飾，這種設計較為簡潔。北京冬奧會首鋼賽區場館的設計，無論是建材使用，還是施工、運營直到以后的再利用，都秉持了最低碳排放的原則。同時，建筑物的歷史印跡被留存，體現了滄桑的時間感，藝術性也彌足珍貴。

設計的簡潔性還意味著建筑設計階段就要選擇排放量較小的建筑體型方案，然后再考慮低碳技術。例如，選擇恰當的建筑高度和標準層面積、恰當的體表/容積比、恰當的幾何形體，以及建筑窗墻比等，要慎重對待外立面裝飾件的多寡、建筑的必須構造與藝術造型的高度統一等細節方面問題。方案的選型、設計中傳統的一面，恰恰是低碳設計的基礎，若控制好這方面可以起到事半功倍之效。

4.2.4 低碳設計要考慮人的接受度

建筑設計需要以人為本，無論低碳設計的何種技術，落實時必須考慮人的接受度。東京奧運提出了低碳口號，其場館建設完全值得肯定，但是使用紙做的床等方案是值得商榷的，因為這些床可以回收，體現了低碳理念，但因其不夠牢固，影響人的使用，讓人感覺不佳，因此不值得推薦。

4.2.5 低碳設計不可無視細節措施

建筑設計中的有些措施，可能暫時無法計量碳排放的節約量，但定性分析，可以發現這些措施對低碳設計是明顯有益的，因此不能無視這些措施。例如，上文中的空調外機位置的預留通風口的措施，規范并沒有規定必須這樣做，但根據工程經驗和設計常識判定，該措施明顯有利于減少碳排放，因此應該予以應用。

4.2.6 低碳設計應圍繞建筑功能設計展開

低碳概念脫離不了建筑設計的母體，不能為了低碳設計而損失了功能需求。貌似滿足低碳要求但不好用的建筑，因為建筑效率降低，每單位功能完成量對應的碳排放必定會增加，需要其他建筑或其他碳排放方式才能完成這些未完成的功能。

5 結語

低碳環保理念已被現代建筑設計界廣泛接受，但因為建筑設計理念發展較快，相應的規范和成熟案例的推廣有所滯后，建筑設計師在低碳設計中往往對低碳技術的應用和如何更好地做到低碳設計理解不深，存在流于形式的低碳設計現象，本文結合作者的工作經驗，從一般建筑設計師在低碳建筑設計中容易忽視的方面做了探討，以期為相關人員提供參考。