基于低碳节能理念的建筑设计策略

张明华 樊 威 侯 强 段 刚

近年来，我国建筑业飞速发展，能源消耗已成为限制我国可持续发展战略实施的重要因素[1]。既往建筑设计会有这样一个误区，认为使用可再生能源设备就是节能，而不去考虑降低建筑能耗[2]。但从源头入手才是低碳节能的关键，更是提高经济效益的关键。例如，通过传统方式能够将房子的用电量从100 kW·h降到50 kW·h。利用太阳能系统也可以达到这一目的，虽然结果一样，但成本却大相径庭。可见，在建筑设计中采用低碳节能理念，有利于实现建筑设计节能环保的目标。

1 低碳节能理念对建筑设计的重要意义

1.1 改善人们的生活环境

低碳节能建筑基本上都具有良好的气密性和保温效果，室内不同区域不易出现温差过大的情况，保持室内环境健康。随着时代的发展，人们对于生活环境的要求越来越高。低碳节能建筑设计有利于改善室内生活环境，使之可以与外部环境相匹配。另外，采用低碳节能理念还能够较好地减少建筑施工废物的堆积，为人们提供更加舒适的居住环境。

1.2 实现建筑行业的持续发展

在低碳建筑方面，我国已经制定了相应的法律法规，力图促进低碳建筑设计的顺利进行，加快新能源、新材料的研究进度，争取早日实现我国建筑行业健康发展的目标。基于低碳节能理念进行建筑设计，可以有效减少建筑施工成本，促进现代建筑设计的持续发展。

1.3 保护环境

在低碳节能的背景下，建筑设计更加注重对周边环境的保护。目前，我国供热系统使用的产热原料主要是煤炭，但燃烧煤炭会排放大量温室气体，导致全球气温升高。鉴于此，加强低碳节能建筑设计，可以减少化石能源的使用，降低碳排放量,达到保护环境的目的。

2 基于低碳节能理念的建筑设计策略

2.1 合理选用低碳节能建筑材料

低碳节能是当前建筑业的主要发展目标，采取低碳节能材料可以降低对自然环境的污染，延长建筑的使用年限，同时也可以有效避免对人体健康产生不良影响。由于建筑业在二氧化碳排放总量中几乎占到50%，远远高于运输领域和工业领域，因此在建筑设计过程中，应尽可能使用一些能够循环利用的绿色材料，避免使用污染指数高的材料。另外，建筑设计可以基于不同的形式进行，不但有助于建筑多样性，还能够达到节能减排的目的。需要注意的是，在实现建筑形式多样性的过程中，必须充分考虑所采用的建筑材料是否为低碳环保材料。这是由于在建筑施工过程中，会耗费很多资源，或多或少都会损害周边环境。因此，需要选用可再生废料，并通过清洁的生产技术完成各项生产流程，尽可能避免排放过多有害气体。

2.2 合理应用太阳能

太阳能、风能以及生物质能等均属于清洁能源，都能实现100%绿色电能供应，符合节能减排的发展目标。

（1）太阳能光伏。太阳能光伏（图1）是利用光伏半导体产生的光生伏特效应，将太阳能转化为电能。在建筑设计过程中加强对太阳能光伏的应用可以发挥建筑的环保作用。例如，在建筑物屋顶设置光伏系统，光伏组件为230 W的晶体硅，根据当地情况设置电池组件倾角为20°，采取串联3 块电池的方法获取电池方阵，其具体连接方式是电池方阵-汇流箱-接线柜-配电系统，实现太阳辐射能的有效转化[3]。

图1 太阳能光伏（来源：网络）

（2）太阳能热水系统。太阳能热水系统是将太阳能转换成热能来加热水的装置，通常包括太阳能集热器、贮水箱、泵、连接管道、支架及控制系统。该系统的运行原理如下：第一，太阳能照射真空管、真空管集热器完成水的加热工作，通过循环系统将热水储存在保温水箱中；第二，水温达到系统要求后，通过换热器将热量传到地暖盘管中，再由地面均匀地向室内辐射热量；第三，当太阳能集热达不到地暖系统所需温度，开启电加热。

（3）外部遮阳。近年来，越来越多的建筑开始选择使用卷帘外遮阳系统，该系统的颜色和面料比较丰富，结构简单。根据相关要求使用遮阳卷帘，不仅可以遮挡外面的光照，而且观赏价值极高。但要想提高太阳能应用的合理性，还需要关注以下几个方面。

第一，在选择卷帘面料时，需要基于所在区域的光照时长、紫外线强度来确定，且需要考虑面料是否方便清洗及后期维护。第二，遮阳卷帘的抗风能力也非常重要，因此可以在卷帘中暗藏拉杆，以延长其使用时间。第三，其他节能技术。在走廊、电梯内部安装节能灯具也是实现低碳目标的重要方法，如在楼梯间安装声控灯具等。另外，由于传统路灯耗电较多，可采取风光互补路灯加以替换。

2.3 采用屋面节能技术

目前，屋面保温隔热设计采用的主要方式有蓄水、架空等。通过屋面绿化与墙体垂直绿化相结合的方式，不但可以美化建筑，还能调节屋面温度。屋面节能主要通过优化屋面层防止热量传向室内，常用的有保温屋面、绿化屋面等（见图2）。传统保温材料的支出成本高，施工难度大，有毒且易燃，使用年限较短，而且不能满足绿色节能要求，甚至会造成火灾等严重后果，威胁人们的生命安全[4，5]。为了达到节约目的，我国研发了XQ 保温材料，其推广和应用符合我国的节能减耗方针，主要有以下几个优势：第一，具有较强的防火效果，能够保证使用安全；第二，无毒且不会污染环境；第三，整体强度高，未见生霉、脱落等现象；第四，施工简单，成本低，使用年限长。

图2 屋面节能—屋面绿化（来源：作者自摄）

2.4 采用地源供热

近年来，我国城市集中供热面积持续增加，其中能源消耗量最多的就是暖通项目。在以往设计过程中，建筑制冷、供暖更多是依赖天然气、矿煤等能耗极大的方式，导致环境污染问题日益严重。地球浅层所蕴含的地能往往为可再生能源，地源热泵在现有技术中优势突出且应用前景广阔，其可转化浅层地能，使排放的二氧化碳总量减少约6%。

另外，我国研发的超导热泵，相较于常规热泵技术而言，具有更显著的节能效果。该技术取代了水源传导材料，通过利用超导材料可以升级真空金属管及其传导材料，提高导热性能，不但可以加快能量传递速度，而且还可以延长传输距离，进而达到低碳节能的目的，实现建筑业的可持续发展[6]。

2.5 采用雨水收集技术

雨水循环利用除了需要耗费大量的人力、物力以及资源，还要考虑一些外部因素，因此为了有效节约水资源，必须采用雨水收集技术（见图3）。

图3 雨水收集（来源：作者自摄）

目前，建筑项目的储水系统中存在很多无效水，这类水因处置不得当，经常被人们当作废水处理掉，浪费了水资源。如果可以调整储水系统，将废水转变为有效水，那么就能够达到节约水资源的目的。

其具体措施如下：收集建筑空调产生的冷凝水和自然降水，然后通过相应的生化处理后，将其用于浇灌[7，8]。

2.6 采用门窗改造技术

在选择门窗材料以及设计门窗结构时，需要综合考虑所在地区的环境、结构部件组合情况等因素。

（1）改善门窗的隔热和保温性能。首先，在选择门框、窗框的过程中，需观察其是否满足热工性能、物理性能的要求，如可以选用经过断热处理的金属材料等。其次，建筑工程中通常会选择使用薄膜材料的窗户，但使用效果最佳的还是具有显著红外线反射能力的窗户，能够达到事半功倍的效果，但由于造价稍高，因此很少用于建筑设计中。最后，保温性能好的窗户大部分选择双层或多层玻璃，玻璃内部为中空，利用空气热阻大的特点改善窗户的保温性能。

（2）提高门窗的气密性。建筑门窗的气密性也极其重要，在优化门窗气密性的过程中需要从构造方面入手，最常用的方法就是通过加设门窗密封材料进行改善。

（3）提高窗户的遮阳能力。采用物理方法优化遮阳效果，如在窗户内侧设置热反射织物窗帘（图4）。

图4 中空玻璃幕墙内侧设置（来源：作者自摄）

3 结语

在实际建筑设计过程中，设计人员应将低碳节能理念渗透至施工的各个环节中，并使用环保型的建筑材料和节能型的施工技术。只有这样才可以构建起建筑结构的节能系统，最大程度发挥建筑结构的环保效益。

总之，低碳节能建筑就是能源利用最大化、二氧化碳排放最小化、使用舒适度最高化、维护成本最低化，实现低碳节能理念和方式在建筑行业中的广泛应用。