建筑節能降碳技術在建筑設計中的應用研究

徐美云

上海中建建筑設計院有限公司 上海 200135

在全球能源短缺和氣候變化問題的背景下，建筑行業作為能源消耗的主要領域之一，急需采取切實有效的措施來降低碳排放，實現可持續發展。建筑節能降碳技術作為一個關鍵的解決方案，逐漸成為建筑設計中不可或缺的一部分。

1 建筑節能降碳技術在建筑設計中的應用價值

1.1 環保減排

建筑業作為全球碳排放的主要貢獻者之一，采用節能降碳技術具有重要的環保意義。傳統建筑在能源消耗過程中常常依賴于大量的非可再生能源，導致大量二氧化碳等溫室氣體的排放，加劇了氣候變化問題。然而，通過應用節能降碳技術，可以在建筑的整個生命周期內實現顯著的碳排放減少。在建筑的設計階段，合理考慮隔熱材料和隔熱層的布局，可以有效減少熱能的散失。高效的隔熱設計可以降低供暖和制冷需求，使室內溫度更穩定，從而減少空調和暖氣的使用，進而降低能源消耗和碳排放。同時利用太陽能、風能等可再生能源為建筑提供能源是一種有效的減排手段。通過在建筑屋頂安裝太陽能電池板，可以將陽光轉化為電能，供給建筑內部電力需要，從而減少對煤炭、石油等化石燃料的依賴，減少碳排放。而且通過引入智能能源管理系統可以實現對能源消耗的精細監控和調控。通過實時監測室內外環境、能源使用情況等信息，系統可以自動調整供暖、制冷和照明等設備的運行狀態，最大程度地減少不必要的能源浪費，減緩碳排放。除此以外，諸如LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）、BREEAM（Building Research Establishment Environmental Assessment Method）等認證體系鼓勵建筑業采用可持續設計和建設標準。通過遵循這些認證標準，建筑項目可以在設計、施工和運營過程中實現節能降碳，達到更低的碳排放水平[1]。

1.2 節能降本

在建筑設計中廣泛應用節能降碳技術，不僅有益于環境保護，還能夠帶來顯著的經濟效益。雖然初始投資可能相對較高，但從長期來看，通過降低能源費用和運營成本，這些技術為業主和運營者創造了實際的經濟收益。而應用節能技術可以顯著降低建筑的能源消耗。例如，優化隔熱設計、智能控制系統等可以減少供暖、制冷和照明等方面的能源需求。雖然在初期可能需要投入更多資金，但隨著時間的推移，能源費用的大幅下降將逐漸彌補初始投資。而且節能降碳技術可以降低建筑的運營成本。通過減少能源消耗，企業可以降低電力、燃氣等資源的采購成本。此外，智能能源管理系統的應用也可以優化能源使用，降低維護和運營成本，使建筑更加高效運行。同時節能技術的應用有助于減少設備的頻繁運行和負荷，從而延長了設備的使用壽命。例如，通過智能控制系統合理調整設備的運行模式，可以減少設備的過度磨損，降低維修和更換的頻率，從而減少了維護成本。此外，節能降碳技術的投資回報周期可能相對較長，但隨著時間的推移，這些技術所創造的經濟效益會逐漸積累。通過降低能源費用、運營成本和維護費用，業主可以在未來數年內實現顯著的儲蓄，使初始投資變得更加值得[2]。

1.3 增加市場競爭力

在當今追求可持續發展的理念下，節能降碳的重要性已經得到了廣泛認可。在這種背景下，應用建筑節能降碳技術可以極大地提升建筑項目的市場競爭力和吸引力，為業主、租戶和投資者帶來多重價值。當前消費者對環保和能源高效的需求日益增加。他們更愿意選擇住在或辦公在具有較低碳足跡的建筑中，因為這既符合他們的價值觀，也能為他們提供更健康、舒適的生活和工作環境。因此，應用節能降碳技術可以吸引更多潛在的消費者。同時環保、能源高效的建筑更具吸引力，因此往往更容易吸引租戶或買家。高效的能源管理和低運營成本可以為租戶創造更有競爭力的租金，為投資者提供更穩定的收入。在租賃和銷售市場中，節能降碳的優勢有助于脫穎而出，提高租賃率和銷售機會。而且對企業而言，積極響應節能降碳趨勢有助于樹立良好的企業形象。企業能夠向外界展示其在環保領域的關注和承諾，體現出對社會責任的擔當。這有助于增強消費者、合作伙伴和投資者對企業的信任和好感。除此以外，在許多地區，政府已經出臺了建筑能效和環保的法規和標準。應用節能降碳技術不僅可以使建筑項目合規，還能夠降低與政府相關的法律和金融風險，提高建筑項目的可持續性。

1.4 創新和科技推動

在建筑節能降碳領域，持續的研究和創新是推動行業進步的關鍵。通過引入新材料、工藝和科技手段，可以不斷提升節能降碳技術的效能，實現更大的環境和經濟效益。不斷涌現的新材料和工藝為建筑節能降碳技術的創新提供了源源不斷的動力。高效隔熱材料、光熱轉換材料、可再生建筑材料等的應用可以有效降低能源損耗，提高建筑的能效。同時，新型建筑工藝的開發也有助于提高建筑施工質量，減少能源浪費。而且數字化技術如建筑信息模型（BIM）和數據分析在建筑節能降碳領域的應用也日益重要。通過BIM技術，設計師可以在虛擬環境中模擬和優化建筑的能源性能，預測潛在的能源瓶頸，從而提前做出調整。數據分析可以幫助監測建筑的能源消耗，識別能源浪費和瓶頸，指導節能改進的決策。除此以外，引入智能控制系統可以實現建筑內部各種設備的智能協同工作[3]。溫度、照明、通風等系統可以根據室內外環境和人員活動自動調整，實現最佳的能源利用效率。這種智能化的控制不僅提高了能源效率，還為居住者和員工創造了更舒適的生活和工作環境。

2 當前建筑設計過程中節能降碳存在的不足

2.1 缺乏綜合性考慮

在許多情況下，建筑節能降碳技術被單獨視為一個獨立的模塊，而未能得到與其他設計因素的綜合性考慮。這種片面的看法可能會導致在特定方面實現了節能效果，但卻在其他方面造成了不必要的能源浪費。因此，迫切需要在建筑設計的早期階段將節能降碳的概念融入整體設計思路中，以確保各項設計目標能夠得到有效協調。在傳統的建筑設計中，關注節能降碳常常被視為一種附加的、單一的任務，僅僅在建筑的后期階段被考慮進來。然而，這種分割式的思維方式忽視了節能降碳與其他設計因素之間的密切關聯。例如，建筑的朝向、窗戶布局、材料選擇以及空間布局等因素都會直接影響建筑的能源消耗。

2.2 落實不足

盡管許多節能降碳技術已經在建筑設計中得到應用，但實際施工和運營階段的落實不足問題仍然普遍存在。這一現象凸顯了設計理念與實際執行之間的鴻溝，需要我們認真思考如何加強各方之間的協作，以確保節能設計能夠得到切實的落實和持續的執行。在許多情況下，問題出現在設計師、施工方以及維護人員之間信息傳遞的不暢。節能降碳技術的成功實施需要各個階段的緊密協調，從設計的概念階段到施工、投入使用以及長期維護階段。然而，由于信息交流的不足，可能導致設計中的精妙想法在實際操作中無法得到正確地傳達和執行，進而使得建筑無法在實際運行中達到預期的節能效果。為了解決這一問題，需要建立一個更加高效的合作機制，使得設計師、工程師、施工方和維護人員能夠在整個建筑生命周期內保持緊密的聯系。這可以包括定期的協作會議，以便在各個階段共享信息、解決問題并進行必要的調整。此外，數字化技術也可以提供強大的工具，例如建筑信息模型（BIM），可實現設計、施工和維護信息的無縫整合，從而減少信息丟失和誤解[4]。

3 建筑節能降碳技術在建筑設計中的應用策略

3.1 采取整體性設計思維

在建筑設計的初期，采取整體性的設計思維將節能降碳視為核心，是實現可持續性建筑的關鍵步驟。這種綜合性的方法強調將節能和碳減排考慮為建筑設計過程中的主要考慮因素，從而在整個建筑生命周期中最大限度地降低能源消耗和環境影響。而對建筑的朝向、布局和形狀進行精心規劃可以最大程度地利用自然光線和自然通風。優化建筑的朝向可以確保在不同季節和時間段內獲得適宜的陽光，最大程度地減少照明系統的使用。布局和形狀的設計也可以通過最小化熱損失和增加隔熱效果來減少對機械供暖和冷卻的需求。例如，合理規劃建筑的南立面，增加朝南的窗戶，可以充分利用冬季的太陽輻射，減少供暖負荷。同時材料選擇也是整體性設計思維中的關鍵一環。選擇環保、可再生和低碳排放的建筑材料，不僅可以減少資源的消耗，還可以降低建筑的碳足跡。例如，使用可再生材料如竹木地板、再生玻璃等，不僅有助于減少碳排放，還可以鼓勵可持續材料產業的發展。此外，有效的隔熱材料可以降低建筑的能量流失，進一步提升能源效率。同時passivhaus 原則也是整體性設計的重要部分。這一原則強調在不依賴主動機械系統的情況下，通過優化建筑的絕緣、通風和熱回收等設計，實現建筑內部的舒適溫度。采用passivhaus 原則，可以大幅度降低對傳統能源的依賴，實現高效的能源使用。建筑節能驗收流程如圖1所示。

圖1 建筑節能驗收流程

3.2 做好高效絕緣和隔熱

在建筑節能降碳的設計中，高效絕緣和隔熱是不可或缺的關鍵策略。通過選擇適當的絕緣材料和應用隔熱技術，可以顯著地減少室內外溫度差異，降低冷熱傳導，從而有效降低采暖和冷卻負荷，提升建筑的能源效率和舒適性。高效絕緣材料的選用是實現優越隔熱性能的基礎。這些材料通常具有良好的隔熱特性，能夠有效阻止熱量在建筑內外的傳輸。優質的絕緣材料，如聚氨酯泡沫、玻璃纖維、巖棉等，能夠在保持薄型設計的同時提供出色的隔熱效果。在墻體、屋頂和地板等部位使用這些材料，可以顯著降低熱量的散失和傳導，從而減少供暖和冷卻系統的能量消耗。同時隔熱技術的應用也至關重要。建筑中常用的隔熱技術包括外墻保溫系統、屋頂隔熱板、隔熱涂料等。外墻保溫系統將絕緣材料安裝在建筑外墻表面，形成一個連續的隔熱層，有效減少熱橋和熱損失。屋頂隔熱板可以在屋頂結構下方增加隔熱層，阻止室內熱量向外散失，從而降低室內采暖需求。隔熱涂料則通過在建筑表面形成隔熱膜，減少熱量輻射和傳導。在采用高效絕緣和隔熱技術時，綜合考慮建筑的局部特點是必要的。不同部位可能面臨不同的溫度差異和熱量傳導途徑。因此，根據建筑的結構和定位，選擇合適的絕緣材料和隔熱技術，以實現最佳的能源效益和溫度舒適度。

3.3 采取節能建筑外觀

在建筑節能降碳的設計中，優化建筑的外立面是一個關鍵的策略。通過精心設計建筑的外部外觀，包括窗戶布局、遮陽設施和反射材料等方面，可以有效地控制太陽輻射和熱量進入建筑內部，從而實現更好的能源效率和室內舒適性。其中窗戶布局是外立面設計中的重要因素之一。根據建筑朝向和氣候條件，合理規劃窗戶的位置和大小，可以最大程度地利用自然光線，減少對人工照明的需求。同時，通過考慮窗戶的開啟方式和保溫性能，可以實現自然通風，減少機械通風系統的使用。例如，在炎熱的氣候中，可以采用可控制的窗戶設計，以在涼爽的夜晚引入新鮮空氣，減少空調負荷。同時遮陽設施是控制太陽輻射的關鍵。例如，在南向立面上設置遮陽板、百葉窗或陽臺，可以在夏季有效阻擋強烈的陽光直射，減少室內的熱量積聚。這有助于降低空調的使用頻率，提高室內的舒適性。此外，可以結合智能控制系統，根據太陽位置和天氣情況，自動調節遮陽設施的角度，實現最佳的遮陽效果。而且反射材料的應用也可以在外立面設計中發揮作用。選擇具有高反射率的外墻涂料或材料，可以將太陽輻射反射回大氣中，減少熱量的吸收和傳導。這可以降低建筑表面的溫度，進而減少冷卻負荷。

3.4 使用智能控制系統

引入智能建筑管理系統是在建筑節能降碳中實現高效能源使用和舒適性的重要策略。通過這一系統，可以實時監測和控制建筑內部的能源消耗，優化照明、供暖、通風、空調等各個系統的運行，從而在確保舒適性的前提下，最大限度地提升能源效率。智能控制系統的核心功能之一是實時監測。傳感器可以布置在建筑內部，收集有關溫度、濕度、照明亮度、人員流動等數據。這些數據可以通過系統傳輸到中央控制臺，使管理人員能夠了解建筑內部能源使用的情況，及時發現潛在的問題，并進行相應的調整。而且控制系統還能夠根據數據分析優化各個系統的運行。例如，在白天，當室內光線充足時，照明系統可以自動調低亮度或關閉，以減少不必要的能源消耗。在夜晚，系統可以根據室內外溫度自動調整供暖和冷卻設備的運行，實現舒適和節能的平衡。通風系統也可以根據室內空氣質量和人員流動情況，智能地調整通風量，保持良好的室內環境。此外，智能控制系統還可以與外部數據源和天氣預報集成，根據天氣預測自動調整建筑的運行策略。例如，在預計會有陽光直射的炎熱日子，系統可以提前降低室內溫度，減少空調的負荷。這種智能響應能夠使建筑在不同情況下保持高效的能源使用。

4 結論

隨著社會發展過程中對于節能降碳技術重視的不斷提升，現階段的建筑設計中逐漸的也開始根據建筑的實際需求利用好各種技術做好節能降碳。未來，隨著科技的不斷進步，這些技術將繼續得到推廣和應用，為建筑行業的可持續發展貢獻力量。