低碳理念融入建筑設計工作的路徑分析

文／郭蘭乾 通標標準技術服務有限公司 廣東深圳 518129

引言：

隨著人們環保意識的逐漸提高，低碳環保理念已經成為大眾廣泛關注的重點話題，并且向各行各業延伸，尤其是建筑行業。怎樣將“低碳”理念與建筑設計融為一體，實現節約能耗，控制污染物排放，降低工程建設對周邊環境造成的不良影響，是建筑設計亟需解決的主要問題。為了符合低碳、綠色、環保的發展需求，設計人員應該加大環保材料的應用力度，將低碳理念作為核心，優化結構設計，控制能源消耗，保護生態環境，確保建筑設計目標與低碳理念保持一致。

1.建筑設計納入低碳理念的重要性

能源消耗過度，加之大氣污染越來越嚴重，導致全球氣候變暖，極端天氣頻發，南北極冰川也出現融化跡象，引發全球關注，各個國家開始通過規劃碳排放以促進“碳達峰、碳中和”理念的落實。“十四五計劃”中，我國提出“國家生態文明建設新進步”的主要目標，并做出2030 年以前實現碳達峰、2060 年以前實現碳中和的承諾。氣候越來越惡劣，使得社會發展面臨巨大挑戰，成為全人類需要解決的環境問題，建筑行業則成為其中的關鍵環節。所以，建筑規劃及后期設計過程中，應該充分融合低碳理念，強化本行業內的低碳環保觀念，由思想意識層面做出轉變，將低碳理念作為行業發展的核心，在所有環節貫徹落實，關注長遠利益，以發展的眼光看待問題。中國建筑節能協會于《2022 年中國建筑能耗與碳排放研究報告》中提交的數據信息顯示，僅2020 年全國建筑全過程的碳排放已經達到50.8 億噸以上，并且已經超過全國碳排放量的一半以上[1]。所以，由低碳環保視角出發，建筑行業若想實現節能發展目標，優化規劃方案及完善設計圖紙是其中的關鍵所在。作為建筑設計人員，應該深入了解國家現行環保政策，加大環保技術的推廣力度，在建筑規劃設計理念中結合低碳設計及節能環保思想，為建筑行業健康可持續發展夯實基礎。

2.基于低碳節能理念下的建筑設計技術

2.1 地源熱泵技術

隨著季節更迭，個別地區的室外溫度也隨之變化，與室內形成明顯的溫差，但地表淺層溫度始終保持在同一水平。地源熱泵技術則利用淺層地熱，借助熱泵設備產生低品位熱源，滿足建筑制熱及制冷需求。此項技術不僅可以降低電能消耗，同時可以將低品位淺層地熱轉化為高品位的空調循環水，冬季寒冷季節提取低下淺層地熱實現建筑供暖，而炎熱的夏季則可以將熱量從建筑中提取出來并向地下釋放，實現制冷。

2.2 屋頂節能利用技術

于建筑物本身而言，屋頂直接接觸自然環境，受到風霜雨雪洗禮，因此設計過程中，可以考慮利用自然優勢，提高建筑物本身節能降碳效果。如在屋頂增加通風空氣間層，利用空氣流動作用將多余的熱量排放出去，滿足降低屋頂溫度的要求；夏天氣候炎熱地區，可在屋頂涂刷具有反射作用的涂料，或者利用具有隔熱作用的建筑材料，用以降低屋頂溫度[2]。另外，屋面種植技術同樣可以起到降低屋頂溫度的作用，最大程度上控制城市熱島效應。

2.3 門窗節能

設計建筑物門窗部分時，應該堅持節能理念，從降低太陽輻射出發，控制熱量傳遞范圍，實現節能降耗的目的，為節能環保理念打下基礎。陽光照射進建筑內部通常需要由窗戶進入，設計過程中，可通過遮陽處理的方式減少陽光照射，減低輻射傳熱。窗戶主要包含鑲嵌材料、窗戶框架以及扇形材料等部分，選擇材料時可將窗戶基本結構作為根據，將節能材質作為主要目標。最常見的節能材料有塑鋼及隔熱鋁合金者兩種，結合中空玻璃以及具有熱反射作用的玻璃材質，有效隔絕太陽光帶來的熱輻射。另外，玻璃窗密封過程中，可以利用具有良好密封作用的材料來控制滲透量，從而實現保暖、隔熱的目的，在保證采暖需求的同時減低能源消耗。

3.低碳理念下的建筑設計存在的問題

建筑設計中融入低碳環保理念已經獲得一定效果，但由整體目標而言，仍需要強化環保理念的落實，推動環保建筑材料大范圍普及應用，持續針對節能技術進行創新。建筑設計與低碳理念相結合，是將減少碳排放作為主要目標，用以滿足環保需求，達到低碳建筑設計要求。以上發展目標均需要通過優化低碳建筑設計體系完成。但現階段國內仍不具備完善的低碳建筑設計體系，需要加強新型施工技術、清潔能源及環保建材的研究及應用。與此同時，建筑環境及空間設計層面，存在諸多不足之處，因為成本居高不下，使得當前的設計理念無法滿足建筑發展需求，從而對低碳技術應用造成一定限制[3]。大部分建筑單位對于建筑設計結合低碳環保理念的重要價值缺乏了解，因此設計過程中，通常會將建筑物的使用性能及外觀審美作為核心，而沒有在設計方案中體現低碳、環保、節能理念，不但導致建筑物使用性能背離設計初衷，并且降低了應有的節能作用。此外，很多施工單位在工程建設過程中過度重視經濟效益，大幅度壓縮成本支出，而忽略了低碳設計需求，導致低碳環保理念無法通過建筑施工得到充分體現。實際施工過程中，為了保證建筑設計能夠與低碳理念保持一致，設計人員應該在整個施工環節中起到監督作用，及時針對設計流程中的不足之處進行優化與完善，為低碳理念與建筑設計的結合提供保障。

4.低碳理念下建筑設計有效策略

4.1 優化設計

4.1.1 建筑空間布局

低碳建筑最初規劃階段，保持空間最大利用率，能夠縮小建筑面積需求。設計人員對建筑空間進行規劃設計過程中，應對空間利用情況加以重視，通過擴大利用空間控制總建筑面積，從而降低施工階段的能源消耗。保持建筑選址合理性的同時，對周圍區域氣候環境進行實地勘驗，合理布局建筑空間，有利于構建微型氣候。充分考慮低碳建筑技術要求及環保特征的情況下，合理規劃設計外部空間，諸如栽種適宜的花草及樹木，提高綠植覆蓋率，不僅能夠起到遮光的作用，同時具有一定降噪和防塵的價值，可以使內部環境得到改善。綠色植被與建筑本身相輔相成，建筑群體形成天然的空氣濾過系統，變成了“會呼吸的房子”，使得自然環境與周圍建筑融合一體。借助建筑區域相關的環境數據，明確建筑物體型、外觀及朝向，合理設計建筑物形體結構，可以使自然光及自然風得到有效利用，最大程度上降低使用過程中的能源消耗。布局建筑物的外部空間時，可以在設計公共空間過程中融入低碳建筑設計理念，從而使其合理過渡至建筑內部空間，在建筑周圍環境中構建可調節的氣候緩沖帶，確保建筑物內外環境保持平衡狀態。

4.1.2 建筑場地設計

設計建筑場地過程中，需要考慮建筑區域地質環境及地貌特征，保證規劃設計的合理性。在此期間，將低碳建筑設計理念作為基礎，科學控制場地現有資源。設計施工場地時，結合原始地貌特征，考慮建筑場地的自然環境，有效控制施工階段的土石方量，保證資源利用與建筑設計要求相符，使建筑場地與外部空間布局保持一致。例如，結合場地原有的高低落差，合理控制建筑群之間日照間距，充分發揮自然資源及地形優勢，滿足建筑低碳設計需求。

4.1.3 建筑內部設計

建筑設計過程中充分融合低碳設計理念，優化建筑內部設計。如建筑照明及內部通風，為了降低建筑物使用期間的能源消耗及浪費，可以充分利用自然光，重視自然風的有效利用，保證室內空間通風良好[4]。由設計層面而言，可通過調整內部朝向或者更改窗戶外形等方式，使自然風及自然光得到有效利用。建筑設計過程中，結合現代設計理念及方法，能夠幫助用戶控制用于照明及通風的支出，最大程度上提升低碳建筑設計應有的價值。

4.1.4 體型設計

合理設計建筑物體型，能夠控制碳排放，同時也是落實低碳設計理念的主要途徑。在建筑形態設計中結合低碳設計理念，能夠使建筑形態結構得到優化，降低對周邊自然條件的影響程度，如自然風及自然光等，有利于溫度控制，從而避免建筑使用過程中的能源浪費，促進長遠發展目標的實現[5]。我國各個地區氣候特征存在明顯差異，因此設計建筑風格時應考慮氣候環境，優化設計方案，基于低碳設計理念，為建設綠色、低碳、環保建筑提供重要基礎。

4.1.5 圍護結構設計

建筑設計過程中，無論外墻保溫、室內外洞口密封，或是門窗材料及屋面處理，均應考慮氣密性，防止室內失溫。如設計建筑外墻時，在確保隔熱保溫性能良好的同時，需要注意室內相對濕度，有效隔絕內外熱量，減少能源消耗。其中以石墨聚苯板、真空絕緣板、擠塑聚苯板、氣凝膠絕熱板以及發泡聚氨酯和硬泡聚氨酯最為常見，或者可以應用熱固性改性EPS 和巖棉板，能夠起到良好的平衡熱能的作用；窗戶部分，可采用雙中空設計，窗框材料選擇鋁木組合的方式，以下框為基礎，通鋪隔熱墊塊，與窗臺板和內墻銜接抹灰的位置，增加防水隔汽膜和熱鍍鋅角鋼，用以延緩熱量擴散；屋面施工環節中，可以直接在底層防水卷材上粘貼保溫材料[6]。采用由下向上的操作流程，選擇規格為LC6.0 輕、最薄30 厚的集料混凝土找坡，在冷底子油上鋪設1.2 厚耐堿鋁箔面層玻纖胎自粘性改性瀝青隔汽卷材，然后鋪保溫板，增加3 厚PE 面玻纖胎改性瀝青自粘防水卷材，鋪4 厚PE 面玻纖加強聚酯胎改性瀝青防水卷材，之后用26 厚粗砂做墊層，最后處理面層。或者采用植物屋面以及太陽能屋面，提高面層保溫防水性能，避免冷熱空氣過度滲透，為使用者創造舒適的室內空間；封堵建筑孔洞時，可以分別在套管外包裹防水隔汽膜、耐堿玻纖網以及專業管道保溫棉，在室外交界的墻體位置可以填充巖棉，外墻保溫一體板銜接位置可以利用預壓膨脹密封帶或者硅酮密封膠進行處理，保證建筑密封性良好。

4.2 使用具有環保效果的綠色建筑材料

使用綠色建材能夠在最大程度上降低能源消耗，控制污染程度。當前，國內綠色建材種類不斷豐富，設計人員應該充分發揮綠色建材價值，擴大綠色建材使用范圍，重視材料類型及用途，由材料本身節能性、毒害性以及環保性等多個層面出發，科學選擇建材種類[7]。堅持綠色環保理念，同時需要考慮對人體健康的損害程度，盡可能應用天然材料，如情況允許，可以選擇通過技術加工處理以及毒性低的建筑材料，將國家相關檢驗標準作為根據，合理選擇建筑材料。現階段，我國建筑行業廣泛應用的綠色建材主要包含以下幾種：

4.2.1 防水涂料

其中以聚合物水泥最為常見，尤其用于潮濕基面，能夠充分發揮其應有的作用，提高拉伸強度。其次，可以選擇質檢合格的乳膠漆，能夠提升墻體保護性能，體現材料本身的環保價值。

4.2.2 密封材料

以硅酮類密封膏最為常見，由于種類豐富，并且具有良好的粘結性，可應用于不同的施工場合，如陶瓷面密封、玻璃密封以及墻壁密封等。另外，烯酸酯類密封材料，無論密封性能或是粘結性能，均可滿足現代建筑施工的工藝需求，因此廣泛應用于外墻板縫或者含水周期長的建筑修復工藝中。

4.2.3 巖棉材料

巖棉材料具有穩定的化學結構及優良的隔熱性能，所以在外墻施工中的應用最為廣泛。另外，水泥聚苯板或者玻璃棉同樣屬于環保性巖棉材料。

4.2.4 頂棚環保施工材料

頂棚環保材料主要包含軟膜天花板或者吸音棉等。前者具備良好的保溫隔熱及阻燃耐火作用，不僅使用周期長，并且方便安裝，能夠最大程度上控制能源消耗。后者可以隔絕噪音污染，可以有效提升室內聲場質量。

此外，建設高層建筑物時，應該加大綠色環保建材的使用力度。選擇建筑材料過程中，可將具有回收再利用價值的材料作為主要目標，以達到降低能耗，保護生態環境的目的。例如，可以將粉煤灰、煤矸石或者頁巖與混凝土相結合，或者在混凝土中加入工業廢料及建筑垃圾，以蒸壓及燒結技術制造混凝土砌塊；對于非承載作用的墻體，可以選擇纖維強化石膏板或者復合板材料。材料選擇應遵循就近的原則，避免材料運輸過程中人力及物力損耗。要求建筑設計環節充分考慮周邊材料供應情況，提高建筑材料性價比[8]。為了避免粉質材料在遇風后出現無節制的散逸，增加空氣中的粉塵含量，應該遵守就地取材的原則，避免運輸過程中造成揚塵或者損害公路設施。施工期間，環境污染最為嚴重的是砂石及鋼筋混凝土，使用及制作過程中釋放大量粉塵、甲醛以及氫氣，可能影響施工人員身體健康，所以應用綠色無污染的環保材料勢在必行。

4.3 合理選用低碳技術

優化能源利用模式的過程中，需要重視可再生能源的使用，構建科學的節能系統。因為不同建筑地區對于能源消耗需求有所差異，因此建筑規劃設計期間，需要充分考慮“因地制宜”的原則[9]。假如工程建設區域處于日照充足地區，并且全年平均日照時間較長，則可以利用太陽能設備，如光伏發電或者太陽能熱水器等，但需要在設計初期便考慮在建筑屋頂、窗臺及墻壁位置安裝光伏板，使其與建筑物本身融為一體；若地勢平坦，風力充足，不僅可以安裝風力發電設備，同時可以發揮自然風作用，提高室內空氣流通率，從而調節室內溫濕度；若建筑區域靠近海洋或者湖泊，則可以充分開發潮汐能源和水資源；若地熱能充足，則可以利用地源熱泵設備建立新型中央空調系統，利用地下水、土壤以及地表水中的熱能轉化為冬季供暖和夏季降溫的能源。與此同時，建筑設計過程中，可以增加再生水系統，設置水循環設備，收集雨水及生活廢水，經過后期處理后回收利用，使生活區域微生態環境得到凈化。

結語：

為了可以有效控制建筑物碳排放，建設更加優質的生活環境，建筑設計過程中，可以在原設計方案基礎上加入綠色低碳、節能環保理念，實現全面智能化的創新設計[10]。特別是設計過程中，應該重視先進技術的引進，加大新型環保材料的應用力度，實現可持續發展目標。國家有關管理部門應該針對相應法律法規進行優化，為全面落實綠色低碳設計理念提供法律支持，促進低碳建筑設計全面發展。新的時代背景下，建筑設計應該迎合時代發展觀念，通過理念創新、技術創新以及材料創新，迎來新的發展趨勢，推動建筑行業的綠色低碳發展。