低碳建筑設計理念及其在建筑規劃設計中的運用

摘 要：全球變暖導致的環境問題不斷加劇，對社會文明建設帶來不利影響。本文圍繞低碳建筑設計進行了研究，分析了低碳理念在建筑規劃設計階段的推廣必要性。包括降低碳排放量、營造健康居住辦公環境、滿足建筑行業發展需要、降低建筑總體使用成本，結合規劃設計內容，從多方面闡述低碳建筑設計理念在規劃設計階段中的運用策略。旨在降低建筑能耗，充分融合低碳建筑設計理念，以促進建筑可持續化發展。

關鍵詞：低碳建筑；設計理念；建筑規劃設計；運用策略文章編號：2095-4085（2024）04-0187-03

0 引言

現階段，我國建筑行業正處于轉型發展時期，低碳理念已成為建筑規劃設計領域的研究浪潮。通過優化改進規劃設計方案，把建筑物在工程建造與全壽命期間的碳排放量控制在較低水準，這對改善生態環境質量、打造新型低碳生態城市有著重要意義。為此，在建筑設計中應合理融入低碳建筑理念，有效推進節能減耗，提升經濟發展的可持續性。

1 建筑規劃設計階段推廣低碳建筑設計理念的必要性

1.1 降低碳排放量

近年來，我國提出碳達峰、碳中和的“雙碳目標”，倡導綠色、低碳的新型生活方式，將其作為應對全球氣候變化、邁向高質量發展的重要舉措。建筑在建材生產、現場施工與運行階段會持續排放大量溫室氣體，如果仍舊保留傳統規劃設計與建造模式，無疑會給雙碳目標的實現增添阻力。根據《2022中國建筑能耗與碳排放研究報告》［1］指出，在2022年全年，全國建筑碳排放總量約為50.8億t， 占據全國碳排放比重的50.9%。通過推廣低碳設計理念與建設新型低碳建筑，采取選用綠色施工材料、配備高效能源設備、增加綠化面積、建筑選址優化設計等多項措施，在滿足建筑使用需求的前提下，大幅減少碳排放量。

1.2 營造健康居住辦公環境

早期建筑工程中選擇的部分施工材料及裝飾材料具備有毒有害性，材料持續釋放甲醛、VPC有機物、甲苯等物質，人體吸入此類物質后，容易誘發呼吸道感染、皮膚過敏、眼部感染等疾病。在低碳設計理念下，選用新型無毒害低碳建筑材料來取代傳統建材，建筑建造完畢后可以立即投入使用，為業主營造健康、安全的居住環境或是辦公環境。同時，新型低碳建筑的綠化面積遠超傳統建筑，有利于提高空間舒適度、改善周邊微氣候條件，最終提高建筑整體品質。

1.3 滿足建筑行業發展需要

從行業長遠發展角度來看，行業人員認為低碳建筑是建筑工程未來發展趨勢，且我國陸續出臺《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）等設計規范，以及頒布《低碳建筑行動方案》（國辦發［2013］1號）等政策文件，為低碳建筑提供政策支撐和理論指導。在這一背景下，對低碳設計理念和建筑規劃設計體系的交織融合，是推動我國建筑行業邁入全新發展階段的關鍵，也是打破行業發展困境、提升建筑品質的必然選擇。

1.4 降低建筑總體使用成本

在低碳建筑規劃設計期間，所采取各項優化設計措施不但可以降低建筑全壽命期間的碳排放量，還將起到一定程度的節能效果。通過降低能耗水平來節省能源成本，進而將建筑總體使用成本控制在較低水準。以新能源利用措施為例，開發太陽能、風能等可再生能源來替代常規能源，不會消耗化石能源和產生溫室氣體。可在取得顯著低碳環保效果的同時，建筑全壽命期間的新能源發電成本也遠低于用電費用。如建筑光伏發電系統的投資回報周期在5～10年不等，系統使用壽命在20～35年。

2 低碳建筑設計理念在建筑規劃設計中的運用策略

2.1 空間組織形態設計

（1）空間圍合設計。空間利用率和碳排放量成反比，如果空間利用率偏低，需要增加建筑面積來滿足使用需求，會導致施工資源耗用量增加，碳排放總量提高。傳統建筑普遍以板型行列作為空間圍合形式，有著整體結構統一、空間秩序感強、設計難度低的優勢，但會形成一定的邊角空間，邊角空間未得到有效利用。對此，設計人員可以把局部調整為院落圍合形態，使得邊角空間得以充分利用。同時，根據當地氣候條件來選擇恰當的空間圍合形態，通過強化建筑熱工性能與改善自然通風采光條件來降低碳排放量［2］。例如，在濕暖氣候區域，可在空間圍合結構內增設開口作為通風口。而在干冷氣候區域，則應優先采取較為封閉的空間圍合形態，重點強化建筑物保溫隔熱性能。

（2）建筑朝向設計。建筑物朝向與通風采光條件有著密切聯系，在合理選擇建筑朝向時，通過改善通風采光條件，可以縮短建筑空調系統與照明系統運行時間，從而降低能耗水平與碳排放量。正常情況下，在北緯45°以北區域，把建筑物朝向設計為南向角度，其次可以設計為東南方向。而在北緯45°以南區域，則采取轉角設計方法來縮短建筑日照間距。最后，運用BIM軟件開展日照模擬實驗，判斷建筑物在不同季節的有效日照時間是否達標，如要求住宅建筑在冬至日當天滿窗日照時間在1h及以上。

（3）利用特殊地形。考慮到部分建筑工程現場地形地貌較為特殊，如果忽視地形因素盲目開展空間組織形態設計工作，可能會增加土方開挖回填工程量，或是影響到建筑采光通風條件，造成長時間啟動照明系統、空調系統，持續排放二氧化碳。因此，設計人員需要收集分析地質報告，前往工程現場實地考察。如現場存在特殊地形情況，應針對性調整設計方案。例如，現場分布坡地時，如坡地朝南應適當降低建筑日照間距；坡地朝北時應適當增加建筑日照間距，以確保各棟建筑物都具備足夠日照時間。而在坡地朝向為正東或是正西方向時，則調整建筑體形，變更為南向退臺方式，以此來增加建筑受光面積。

2.2 場地設計與建筑選址設計

首先，在工程場地設計環節，應提前收集各處場地選址的水文地質條件、地貌特征、氣候條件等相關資料。并從施工角度進行技術論證與經濟性評價，優先選擇水文地質條件簡單、易于施工技術方案實施、工程量與資源使用量較少的場地作為工程選址地點，以此來控制建筑工程在現場施工階段的碳排放量。例如，從水文條件角度來看，要優先挑選地下水位較低、不存在地下暗河的場地。如果地下水位超標，則需要額外采取止水帷幕等防水防滲技術措施。隨后，在場地平面布局方案內規劃建筑物、現場道路、生活區、材料堆放區等功能區域。然后根據施工需求來確定各處功能區域的相對空間關系與面積，盡量采取集中布局方式，以此來縮減場地面積。最后，在靠近布置性質相似、在施工層面存在緊密關聯的功能區域（如在施工區域周邊規劃物資材料臨時堆放區域），可通過縮短設備材料場內轉運距離來節省運輸成本、降低運輸工具碳排放量［3］。

其次，在建筑選址設計環節，要優先在具備良好光照條件與避風的地點作為建筑物選址，為建筑室內提供自然通風采光條件，從而充分利用自然條件來滿足建筑室內照明需求，避免建筑物直面氣流而增加冬季供暖量。同時，不宜把山谷、洼地、凹地等特殊地形作為建筑選址，以避免在建筑使用期間因外部環境影響而增加能耗水平。以凹地為例，如果在凹地建造建筑物，冬季冷氣流在凹地內容易出現“霜洞”效應，導致室內氣溫有所降低，需要提高暖通系統運行負荷，才能滿足地下層與低樓層建筑室內供暖需求。此外，設計人員還應按照當地城市規劃方案來確定建筑選址，盡量在周邊基礎設施完善、契合城市整體發展規劃的地點建造低碳建筑，以避免在后續建造、投運階段因基礎配套不全而消耗額外資源。

2.3 資源節約利用

（1）節地設計。在工程現場，需要清理地表植被來滿足施工需要。隨著植被層清理完畢，會在一定程度上削弱當地生態環境的固碳能力，工程占地面積越大，實際碳排放量越高。根據相關調查結果顯示，在全球二氧化碳排放量結構中，化石燃料燃燒、水泥生產而產生的二氧化碳約占67%，33%的碳排放量來源于土地利用覆蓋植被變化。為減少工程占地面積，最大限度提高土地資源利用率，設計人員從控制建筑面積、確定體形系數、開發地下空間三方面著手。其中，控制建筑面積是在計算公式內導入建筑進深、日照間距、建筑面寬等數據，求解建筑用地面積。并通過增加建筑進深、縮小建筑面寬來實現節地效果，但需要把建筑進深保持在合理范圍內，避免影響建筑中部采光通風質量。確定體形系數是調整建筑外表面積和所包圍體積二者比值，體形系數越小，節能減排效果越顯著。應盡量把建筑體形系數控制在0.35以內，點式建筑體形系數不宜超過0.4［4］。開發地下空間是增加地下樓層，以車庫或其他功能用房作為地下樓層用途，或是把地下空間設計為下沉空間，以此來解決地下空間缺乏自然采光通風條件的問題。

（2）節水設計。在工程施工階段，主要是持續從市政給水管網獲取生產生活用水。在取水、制水、輸水環節需要消耗化石能源來驅動水泵機組等設備運行，用水量越大，二氧化碳排放量越多。設計人員從建設節水、雨水收集、中水回用三方面來減少水資源耗用量。其中，建設節水是在工程現場規劃沉淀池等簡易水處理設施，把混凝土養護用水、車輛沖洗廢水等施工廢水經過凈化處理后循環利用。雨水收集是在建筑屋頂等部位設置雨水收集口，敷設雨水收集管路，持續收集雨水。地下修建雨水收集池，后續用于景觀灌溉用水，也可用于生活用水，但需要在系統內額外安裝水處理設施，以確保出水水質達到生活用水標準。中水回用是在地下修建中水收集池與處理器，連通收集池和建筑內部排水管，持續把日常生活排水進行凈化處理，后續用于景觀灌溉用水或是日常生活用水。

（3）節材設計。在水泥、混凝土等施工材料制備、運輸期間，會消耗大量的自然資源與化石能源，并產生一定的碳排放量。設計人員在選材設計環節，應盡量選用易于獲取和具備循環利用條件的建筑材料，包括砌塊、單一材料金屬板、混凝土等。非必要情況下，減少預制泡沫金屬固體、泡沫石膏等人工合成建材的使用量，并由無毒無害綠色材料徹底取代有毒材料。同時，也可選擇回收廢舊建筑材料，包括破損PC構件、廢棄鋼模板、廢舊磚石等，對廢舊建材進行加工處理后作為施工原材料。如把破損PC構件經過粉碎處理后作為混凝土骨料。

2.4 綠化設計

（1）植物配置。不同種類植物的固碳能力存在明顯差異，為充分發揮植物碳效應，設計人員應盡量配備固碳能力較強的喬木植物，搭配少量灌木植物與蕨類植物作為配景點綴和維持生態平衡。同時，還應重視植物生長周期、植物生長條件兩項問題。

1）植物生長周期：喬木生長周期較長，無法在短時間內起到建筑減碳效果，需要根據低碳建筑要求來確定植物品種與配置方案，不宜采取大量移栽方式來縮短培育周期，植物移栽后會喪失一定的固碳能力。

2）植物生長條件：根據工程現場情況、綠化區域來選擇植物品種，如在建筑屋頂花園與建筑內部，因缺乏喬木生長條件和足夠綠化面積，應優先配置灌木植物與蕨類植物。

（2）植物風環境控制。要求設計人員根據現場地形、當期季節主導風向、建筑物朝向來規劃綠化區域，合理把控種植密度，通過綠化植物來改變建筑風環境方向與調節風速。例如，在冬季季風強度指數較高時，在建筑外圍冬季風向栽植高大喬木樹種，形成相對密閉空間，通過攔截寒風來減少低樓層供暖量。

（3）立體綠化。考慮到建筑物缺乏足夠綠化空間，可以嘗試采取立體綠化形式，通過額外創造綠化空間來發揮植物固碳效應，持續吸收建筑物排放的二氧化碳。以屋頂綠化為例，在建筑屋頂構造層上增加種植層，栽植灌木、蕨類植物或鋪設草皮，既可以提高建筑綠化覆蓋率，還可以改善建筑保溫隔熱與隔音性能［5］。

2.5 利用可再生能源

設計人員應充分利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源，以滿足建筑用能設施需求，從而降低實際用電量。以太陽能利用為例，太陽能熱水系統是現代建筑最為常見的太陽能利用方式，在建筑屋頂部署多臺太陽能集熱器與水箱，通過管路連接集熱器、水箱與建筑給水管道［6］。系統運行期間，集熱器持續把所采集的太陽光能量轉換為熱量，利用熱能加熱水體，始終把水溫控制在45～60℃左右，再由水箱把熱水通過管路輸送給建筑室內房間，用于淋浴用水等用途，無需消耗電能。如果對水溫提出嚴格要求，則可配備新型平板太陽能集熱器，夏季與冬季水溫分別保持在90℃與70℃左右。

3 結語

綜上所述，為順利建成新型低碳建筑，積極踐行低碳環保發展理念，滿足現代建筑使用需求。設計人員應樹立低碳建筑設計理念，依托低碳理念來推動建筑規劃設計體系轉型升級，全面掌握在空間組織形態、場地設計、建筑選址等諸多方面的規劃設計要點，制定切實可行的低碳建筑規劃設計方案，為工程建設質量提供設計保障。

參考文獻：

［1］中國建筑節能協會建筑能耗與碳排放數據委員會.2022中國建筑能耗與碳排放研究報告［R］.重慶，2022.

［2］李莉.低碳建筑設計理念在建筑規劃設計中的運用研究［J］.工程建設與設計，2023（2）：19-21.

［3］劉柱.基于低碳理念的住區規劃設計研究［D］.株洲：湖南工業大學，2018.

［4］房蕾，孫卓，王博.低碳建筑設計理念及其在建筑規劃設計中的運用闡述［J］.城市建設理論研究（電子版），2017（34）：75.

［5］菅文婷.低碳建筑設計理念及其在建筑規劃設計中的運用［J］.工程建設與設計，2021（2）：31-32.

［6］田承盛.低碳建筑設計理念及其在建筑規劃設計中的運用闡述［J］.建材與裝飾，2017（41）：82-83.