基于碳中和理论的公共建筑减少碳排放改造方式探索

杨丰硕 黄慧

【摘要】随着建筑功能的逐渐增多以及人们对建筑舒适性的要求逐渐提高，建筑工程领域排放的二氧化碳逐渐增多。本文从建筑运营阶段碳排放量着手，在动力设施能耗、照明设施以及智能建筑运营平台搭建三部分探寻减少碳排放量的途径，以更好地解决碳排放问题，早日达到碳中和的目标。

【关键词】碳中和;碳排放;绿色建筑;建筑运营【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

随着国家建筑施工行业迅速发展，全国建筑行业的碳排放量也在日益增多。《中国建筑能耗研究報告（2020）》提出2018年全国建筑全过程二氧化碳排放总量为49.3亿吨，占全国碳排放总量的51.3%。

为了2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和，建筑行业必将减少碳排放量。在建筑全寿命周期中，建材生产阶段碳排放比重为28.3%、建筑施工阶段碳排放比重为1%、建筑运营阶段碳排放比重为21.9%。由此可见想要减少建筑二氧化碳排放，早日实现碳中和目标，解决建筑运营阶段碳排放量是较有利的方法。

1、基于碳中和理论的绿色建筑运营技术

碳中和技术也称为低碳或无碳技术。想要降低建筑运营阶段的碳排放量，就要减少建筑碳排放，增加建筑碳吸收。

本文主要进行减少碳排放量方法的探索。首先尽可能因地制宜，充分利用自然环境带来的优势，推进空间节能和设备系统节能的融合，大幅降低供暖、空调、照明、电梯等用能需求。其次进行运营时期使用技术的创新改革，使用低碳或零碳新能源技术、光伏技术、太阳热发电技术、各种类型的热泵技术等。本文将从动力设施能耗、照明、智慧平台搭建几个角度提出绿色建筑运营阶段改造方法。

2、案例选择

2.1建筑概况

本文选择改造的建筑案例为403国际艺术中心。403国际艺术中心落地于湖北省武汉市武昌区中南路街武珞路586号百瑞景中央生活区，由原武汉锅炉厂编号403双层车间的工业遗址改造而成。绿色节能的总体设计保留了原来结构建筑，重新分配内部空间，增加地下空间和户外空间建设;内部构造增加了大天窗以及通风换气结构。

2.2基于碳中和原理改造

（1）动力设施能耗

403国际艺术中心的动力来源为百瑞景小区的集中供电，而武汉市供电为火力供电，碳排放量较大。基于该情况，我们可以通过以下三种方法进行改造：

1）根据资料查询可知，长江中下游地区的部分公共建筑的供暖，可以通过采用高效空气源热泵或地源水源热泵解决。（林波荣）

2020年武汉市7月份平均温度达到26.4℃;1月平均气温为4.1℃，符合夏热冬冷地区的特征。由空气源热泵的适用条件可知，武汉市气温的日较差较小，年降雨量大，日照偏小，适合应用空气源热泵。

由上文分析可知，403艺术中心在改造时，将集中火力供电改为高效空气源热泵进行热量供应，同时采用空调排风热回收、空调冰蓄冷等技术减轻夏季冷气散发和冬季暖气散发的情况。

2）增加太阳能板。通过在室外阳台、天窗玻璃、入口处玻璃幕墙三处适量的增加太阳能板，白天收集太阳能转化为电能进行储存用作空调和照明供电，减少火电的使用量。为了不破坏建筑美观，在增加太阳能板时可以按照当地文化或该建筑特点进行多而小块太阳板的设计，使之成为建筑的一大观赏点如图2。

3）除了通过上述太阳能板可以收集太阳能供能之外，由图3可知，403国际艺术中心进深较大达到58米，内部结构空间窗户较少，导致内部照明灯具较多。所以可以对外侧幕墙玻璃进行更换，选用折射率更高的玻璃，将阳光折射到建筑内部，减少灯光的使用。

（2）照明设施

由于403国际艺术中心的主题为简单、文艺、原生态，所以在灯光照明系统的安装上采取了较为简单的直接照明，选择多个白炽灯作为灯光来源，灯光利用率高，但分布不均。对于这个问题的改造方法则是将直接照明和间接照明相结合，以间接照明为主，同时将直接照明系统中的白炽灯改为LED灯。通过韩学林学者研究可知LED灯可以提供与白炽灯同样的效果。

403国际艺术中心在二楼大厅顶部设计了600平的天窗玻璃。但由于该建筑层高较高，天窗照明情况较差，在403国际艺术中心内部白天光线仍然不好，需要开灯照明。由于该艺术中心自身具有大面积的天窗，同时武汉市光照强度较强。可以在天窗下合适位置增加散光器和折射板，通过将太阳光线折射入室内增加室内的光照强度，减少白天建筑内灯光照明的使用（如图4）。晚上使用上述动力设施能耗中增加的太阳能板作为动力来源供应照明使用。

除了要解决灯光问题，还要解决建筑正午阳光直射带来的反光问题。通过实地考察得到，该建筑在正午11点至下午3点之间太阳照射强度较强，由于紫外线辐射强度日变化曲线与太阳高度角变化保持一致，基本呈现正态分布的特征（翟红楠），可以得到这一时间段相比于其他时间紫外线进入较多。通过为外侧玻璃幕墙中一些玻璃贴膜解决这一问题，阻隔紫外线，过滤强光，减少眩光，将多余阳光折射出去。另外，在二楼窗户外安装自动遮阳板，遮阳板上部设计有太阳能板，在建筑遮阳的同时还可以实现太阳能的利用。

（3）智慧建筑运营平台

建设包含全建筑温度、湿度、光照等指标的建筑环境监测、建筑能耗管理系统，基于“部分时间、部分空间”的室内环境营造和用能方式，结合各区域游客数量及外界环境条件实时分析，在保障游客舒适度的基础上节省能源消耗。

温度湿度方面，在建筑内部安装温湿度传感器，在温度湿度达到规定标准时，自动停止建筑内部的供暖或制冷设备。照明方面，一是建立智能照明控制系统，在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳照明功率，使灯光照明分布更加均匀，同时大幅度减少能源消耗。二是安装照度感应器，随时监控建筑内部的人流量和灯光强度，做到建筑无人参观时，灯具达到省电模式。三是安装阳光传感器，在403艺术中心二楼的窗户外墙安装阳光传感器，在阳光达到一定强度时自动展开遮阳板，避免阳光直射。

结语：

在建筑运营阶段减少碳排放，可以运用高效空气源热泵代替火电进行热量供应;通过替换白炽灯，增加散光器和折射板，增加带有太阳能板的遮光板改善照明;建设智慧建筑运营平台，做到保证游客舒适度的前提下减少建筑碳排放量。

参考文献：

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[2]夏武祥.建筑运营应率先实现碳的零排放，为碳中和做贡献[J].建筑节能（中英文），2021，49（08）：180.

[3]林波荣.建筑行业碳中和挑战与实现路径探讨[J].可持续发展经济导刊，2021（Z1）：23-25.

[4]翟红楠，李明.武汉市紫外线辐射强度特征分析及其预测模型的建立[J].安徽农业科学，2015，43（08）：157-159.

[5]韩学林.LED用于大空间一般照明的可行性及其案例[A].中国照明学会、台湾区照明灯具输出业同业公会.海峡两岸第二十二届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C].中国照明学会、台湾区照明灯具输出业同业公会：，2015：7.

作者简介：

杨丰硕，女，2000年11月09日，籍贯：山东省济宁市，民族：汉，学历：华中农业大学本科，职称：学生，研究方向：美丽乡村和可持续发展。

通讯作者：

黄慧，女，1978年11月13日出生，湖北省武汉市人，汉族，博士，讲师，主要研究方向为：国土空间布局优化和农村可持续发展研究。

资助项目：

中央高校基本科研业务费专项资金资助（supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities）项目“基于深度学习算法的脱贫人口返贫风险识别及预警机制研究”（2662020GGPY004）