曾筠
(广州市番禺城市建筑设计院有限公司,广东 广州 511400)
加快形成绿色发展方式和生活方式,建设生态文明和美丽地球。中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。
根据《2021全球建筑现状报告》,从国际上来看,建筑领域的碳排放占全球各行业碳排放比超过三分之一,2020年建筑业占全球能源消耗量的36%,占与能源相关的二氧化碳排放总量的37%,远超其他领域,数据显示建筑领域是全球降碳的主要领域,见图1。
图1 2020年建筑领域在全球能源和二氧化碳排放中所占的份额
2021年10月24日,中共中央国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》(中发〔2021〕36号)。该《意见》的第七点“提升城乡建设绿色低碳发展质量”对建筑领域提出了城乡建设绿色低碳发展的顶层要求,要求“推进城乡建设和管理模式低碳转型、大力发展节能低碳建筑、加快优化建筑用能结构”。
2021年10月21日中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》,提出到2025年城乡建设绿色发展体制机制和政策体系基本建立,到2035年城乡建设全面实现绿色发展,城市和乡村品质全面提升,美丽中国建设目标基本实现等目标。《意见》提及要建设高品质绿色建筑,大力推广超低能耗、近零能耗建筑,发展零碳建筑;实现工程建设全过程绿色建造。
我国建筑领域碳排放的总量庞大,建筑碳排放涉及建材生产运输、建筑施工、建筑运行和建筑拆除处置四个阶段的建筑全生命周期,根据《中国建筑能耗与碳排放研究报告(2021)》,2019年全国建筑全过程碳排放总量为49.97亿tC0,占全国碳排放比重的50.6%。这样的数据显示在当前碳达峰、碳中和的背景下,建筑领域的碳减排是实现整体碳达峰的关键一环。
近年来我国建筑领域绿色低碳发展稳步推进,国家和各地区陆续制定出台了多部关于绿色建筑低碳发展的法律法规,以期对碳减排做有效控制,基于我国建筑领域碳排放现状及绿色建筑发展现状,本文从项目设计阶段探讨可操作的碳减排措施,为建筑全生命周期碳减排未雨绸缪,见图2。
图2 2019年中国建筑全过程碳排放(单位:亿tC02)
项目从设计早期阶段制定碳减排方针,优先采用设计技术及策略实现主动式建筑性能指标,以尽可能低的额外成本将绿色节能低碳理念实际贯彻到所有设计阶段,并影响建筑建成后的运行,达到有效碳减排,见图3。
图3 低碳建筑设计案例
3.1.1 规划布局
现在的项目规划设计,大家都有意识的采用低影响环境开发的设计方式,遵循统一规划、合理布局、节约土地、因地制宜、低碳环保、安全防灾的原则,根据场地主要日照朝向、常年主导风向、周边自然景观、场地温度湿度等客观条件,合理规划建筑布局。
规划建筑布局主要通过营造良好的风环境与日照条件,以减低能耗,减少碳排放。利用项目周边带状的植被区和水域、市政交通走廊,将街道和室外空间的现成通风廊道引入项目,对基地内的建筑布局方式、地形因素加以组织利用,塑造良好的内部通风条件,利用通风廊道降温并把污染物排走,高层建筑区域避免大范围围合布局,破坏通风廊道,另外需避开冬季不利风向,利用建筑组团阻断冷风,设置风障,减少冷空气对建筑的渗透。
满足规范要求的建筑间距、北高南低的建筑布局及顺应太阳日照的规律布局方式,能让建筑获得良好采光日照。
建筑朝向一般选择项目所在地最佳日照朝向,但应满足冬季获得足够的日照并避开主导风向侵袭,夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。
3.1.2 绿地与景观设计
项目成本可控前提下,应尽量增加项目绿化面积,提高固碳、碳汇能力,绿化可以起到调节建筑周边湿气和温度的效果,在改善城市热岛效应、降低雨水排放负荷和建筑节能保温等方面有着非常好的作用,同时还能有效的吸收C0,达到真正的碳中和。
现今越来越多的项目,除满足地面绿化指标外,还在建筑上采用立体多层次绿化设计增加绿地面积,具体的措施有花园式屋顶绿化与立体垂直绿化,南昌、九江、厦门等地区甚至将墙体垂直绿化纳入可折算绿地面积中,有效推广垂直绿化的应用,屋顶绿化、垂直绿化在节约能源消耗、减少C0排放方面具有很高的经济和社会效益,是实现“碳中和”的重要途径之一。
3.1.3 海绵城市设计
海绵城市设计提供碳汇空间,具体措施主要在场地里设置雨水花园、下沉绿地、屋顶花园、景观生态水体等吸收储存雨水,机动车停车位做植草砖,人行道和小广场做透水铺装,减少地表雨水径流增强土壤保湿性,最终达到控制雨水径流、源头减排,又节省水资源的作用。雨水花园、下沉绿地等设施存蓄的雨水,可用于场地绿化浇洒、道路保洁、场地清洗、控尘降温等,大幅减少了对自来水资源的索取,经济效益和生态效益显著。据统计,每节约1t自来水可减少二氧化碳排放约0.91kg。
3.2.1 合理布置建筑平面
建筑平面布置应根据建筑功能合理排布,提高空间的灵活性、可变性,提高建筑生命周期质量,建筑物主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位,以减少冷风渗透和围护结构散热量,增加舒适感。
3.2.2 优化建筑外形,提升建筑节能水平
建筑形体尽量简约,减少建筑形体凹凸变化,装饰构件要素尽量减少,控制建筑体形系数,减少建筑热交换面积,从而降低建筑运行阶段占比最大的空调和供暖能耗。
合理控制建筑窗墙比,在确保充分利用自然采光的前提下,尽量减小建筑窗户面积,区别不同朝向控制窗墙比,尽量避免东西向开大窗,提高窗户遮阳性能。此外,外窗可开启面积应适当增大,加强自然通风效果。
选择合适的材料、合适的工艺技术提升建筑围护结构的保温隔热性能,给建筑提供高质量的节能运行条件。
3.2.3 严格执行节能规范
近年来,我国的节能标准稳步提高,对于规范的严格执行,有利于节能减排目标的顺利实现。2022年4月1日起实施的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015—2021,将建筑碳排放计算作为强制要求执行,新建的居住和公共建筑碳排放强度在2016年的节能设计标准基础上平均降低40%,碳排放强度平均降低7kgC0/(m·a)以上,能耗水平要求再升级,新建居住建筑和公共建筑平均设计能耗水平在2016年的节能设计标准基础上分别降低30%和20%。严寒和寒冷地区居住建筑平均节能率应为75%;其他气候区居住建筑平均节能率应为65%;公共建筑平均节能率应为72%。
3.2.4 数字化信息与计算的应用
建筑信息模型(BIM)技术的发展为节能减排提供了技术支持,通过建筑信息模型的建立和碳排放计算分析软件的运用,可以快速、直观地模拟出建筑运营期间的碳排放情况,同时请专业的能源顾问进行分析调整,最终优选出在项目全生命周期内综合效益最优的方案。
3.2.5 采用绿色低碳建材
建材生产阶段的碳排放不容小觑,2020年,中国水泥产量23.77亿t,约占全球55%,排放C0约12.30亿t,约占全国碳排放总量12.1%。2020年钢材产量13.24亿t,钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右。建筑物中大量的混凝土或水泥、钢材和铝材,是建筑隐含碳最大的排放源,值得在建材上寻找替代解决方案。
目前来看,我国绿色建材在发展的过程中存在着产业转型较慢、从事企业很少、整体发展较差、客观评价缺乏以及产品价格偏高等问题,使得绿色建材发展受到很大制约。
在成本可控的情况下,设计应优先选择绿色环保的新型材料、可再生材料、可重复利用材料、本土材料,以减少对环境的破坏和污染,降低远途运输带来的交通污染。此外还需采取现代化技术手段提高材料利用效率,尽可能减少建筑垃圾的产生,建筑设计与室内空间设计尽可能实现一体化,以节约材料用量。
3.2.6 装配式建筑设计
现在全国大部分地区都推行装配式建筑发展,要求在设计阶段划定一定范围与比例的装配式建筑,近几年,虽然我国建筑施工能耗总体呈现不断上升的趋势,但是单位建造面积碳排放量则表现出逐年下降的特征,这是由于我国不断优化改善建筑施工流程,更新升级技术设备,从而在一定程度上减少了建筑施工环节碳排放。
与传统建筑相比,装配式建筑的碳排放优势主要体现在建材生产阶段与建筑施工阶段。装配式建筑采用规模化的集约式生产能够一定程度上节约耗材、降低能耗并减少建筑废弃物;其在建筑施工过程中采取机械化安装的方式,能够减少空气、噪声、废物废水排放等污染,降低整个建筑生命周期内的碳排放。装配式建筑的预制构件还能够重复利用,实现资源再生,亦或原材料的再生,有利于建筑拆除阶段的碳减排。
3.2.7 建筑用能电气化与电气节能
设计阶段通过合理低能耗的电气化设计实现碳减排。
建筑用能电气化可大幅降低直接碳排放,电气化供暖、生活热水及空调的电气化与使用化石燃料提供同样服务相比,能有效为用户在电器的寿命周期内节约成本并减少碳排放量。随着电力系统中可再生能源占比的提高,电力需求弹性的价值也很有可能会提高。用户通过智能设备实现电力需求弹性的能力还能够进一步降低电气化的全生命周期成本。
提高新能源的利用率,大部分地区均可利用采用太阳能光伏发电,利用地热资源进行制冷制热等,从而减少对传统能源的依赖,降低碳排放。
建筑设备的智能化控制,具体措施有公共区域的照明系统采用分区、定时、感应等智能化节能方式控制;采光良好区域的照明控制与其他区域的照明控制分别设置;空调采取分区控制温度等节能措施;绿化灌溉及空调冷却水系统采用节水设备或技术;结合雨水综合利用设施营造室外景观水体等。
合理规划设计一个项目或一栋建筑还只是建筑碳减排的一个初始阶段,一栋建筑碳排放量最多的是发生在建筑使用运行阶段,因此在设计上还要考虑培养使用者健康低碳环保的行为习惯,通过人的主动行为影响建筑的健康舒适和节能环保性能。在建筑设计及运营阶段,充分考虑用户的健康舒适感受及其对建筑节能环保的影响,形成一套有效的用户行为管理策略和措施,从而有效减碳。
在规划和建筑设计阶段做出合理的节能减排方针是最大限度地减少建筑碳排放的第一重要步骤。实现建筑领域的碳中和,还需要建筑全生命周期的各个阶段共同发力,以及完善的政策支持和引导促进建筑领域绿色低碳工作开展,更全面的技术指南制定绿色建筑评价标准体系,严苛的规范执行力度,绿色低碳新技术新材料的研发与集成,以及我们如何健康合理的使用建筑。