关于在建筑工程设计中应用低碳理念的思考与研究

丁福峰

雄安城市规划设计研究院有限公司 河北 容城 071700

在社会经济快速发展的背景下，低碳建筑、绿色建筑逐渐成为建筑领域中的主旋律，国家多次强调将低碳理念贯彻于建筑工程设计中，实现绿色环保、节能减排等目的，保护自然环境、确保人们的身体健康。

1 低碳建筑简述及建筑低碳设计的必要性

1.1 低碳建筑简述

1.1.1 低碳

低碳意指较低的温室气体排放。在全球经济化背景下，工业迅速发展、人口提升，人们对资源的索求越来越大，同时由于社会发展及人们生活对资源消耗的不节制，使得生态环境面临的问题愈加严重，二氧化碳的排放量剧增，臭氧层持续遭受着破坏，已对人们的正常生活产生了威胁，全球经济发展也因受到来自生态环境恶化的约束，而大打折扣[1]。

1.1.2 低碳建筑

低碳建筑指在建筑材料、设备制造、建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，达到控制二氧化碳的目的，低碳建筑在当今时代中，已成为世界范围内的主流。

1.1.3 低碳建筑的价值

建筑是一个能源消耗主体，在消耗资源的同时会对环境造成影响。据相关数据统计，世界范围内有50%的能源消耗于建筑，并且我们从自然界获取的所有资源有50%以上也是应用于建筑及附属设施。虽然道路、隧道等无法用绿色建筑来评价，但居住建筑、办公建筑等对资源的利用是周而复始的。

建筑所产生的光污染、水污染等在环境污染中的总占比为1/3，而由人类制造的垃圾中，建筑垃圾占比为40%。对发展中国家来讲，人口大量集中于城市，除对城市施加压力外，也使城市的各项基础设施面临较大压力，消耗的能源持续增加，而当前又面临资源匮乏的困境，两者间逐渐形成矛盾[2]。

1.2 建筑低碳设计的必要性

1.2.1 降低建筑能耗

大量的能源消耗已经使建筑与时代发展出现不协调之处，而任何事物都需紧跟时代的发展脚步，否则便会被淘汰。因此，在能源匮乏背景下，低碳建筑诞生并快速出现于人们的视野中，低碳建筑可显著降低建筑的能源消耗，有学者针对此进行过研究，将普通建筑与低碳建筑的能耗进行数据对比，研究结果显示，普通建筑不论是在施工亦或者使用中，造成的能耗都比低碳建筑要高出30%，而造成的污染也比低碳建筑高出25%。这一数据的直观比对，为低碳建筑的发展提供了助推力，将低碳理念贯穿于建筑设计中，科学管控能源与碳排放[3]。

1.2.2 建筑艺术设计的需求

在经济水平持续提高的时代背景下，人们对建筑的要求不再局限于质量上，转而在审美上提出了一系列的要求，而以往的建筑室内外等各部设计都以商品化为原则，忽略了建筑本身的艺术性。而低碳设计却强调要与环境融为一体，提高建筑与环境的协调性，建筑中往往有当地文化、风俗等内容相关的设计，不仅提高了建筑本身的艺术性，同时也助推了地方建筑的发展。

1.2.3 响应绿色建设的号召

在物质、精神都得到满足的情况下，人们开始重点关注自己的身体健康，人们希望自己的家不会对自己身体产生负面影响，而低碳建设、绿色建设便是自身健康的一道保障。低碳理念风潮已在世界范围内流行了多年，在我国国内也受到了较高的重视，并且在国家部分政策中可见低碳环保的影子，特别是国家在建筑方面的规划，号召绿色建筑、低碳建筑，各建筑企业应当积极响应。建设设计人员要明白低碳设计的价值与必要性，将低碳环保、绿色建设落实于工程设计中[4]。

2 低碳理念在建筑工程设计中应用须遵守的原则

在社会持续发展背景下，各方对低碳的研究越发深入，低碳环保技术、机制等愈加成熟，但低碳理念应用于建筑中，需要遵守相应的原则，才能够确保建筑低碳设计的合理性、科学性，形成高效能的低碳建筑。

2.1 确定建筑间距

对建筑而言，朝向与间距都能够产生较大影响，比如建筑通风、采光等方面，与室内体验有直接关联。合理实际的建筑间距，能够保证室内空间足够的光照，而良好的通风设计，可在与一定程度上取代空调，合理确定间距的建筑便具备了节能的优势。

2.2 赋予建筑保温能力

在我国建筑工程设计中，首先考虑的因素便是建筑的保温能力。低碳理念在建筑设计中的进一步体现，即是令建筑具有保温能力，这可大量减少建筑所消耗的资源。低碳理念应用于建筑保温层设计中，第一步应当是选择高质量的材料，高质量材料不仅保温性比较高，并且有较强的稳定性，可改善墙壁冷凝问题。另外，应当缩小窗户的面积，在保证正常通风的前提下，避免冷空气过多的涌入，对建筑保温性提升有较大帮助[5]。

2.3 建筑形式设计

建筑本身便是一道亮丽的风景线，对建筑来讲，进行降温或提温，都需要消耗大量的能源，以及排放二氧化碳，这加剧了全球气候变暖。为此，应从建筑形式设计入手，提高建筑的降温与提温能力，控制碳排放。须根据工程项目实况及真实的形体数据，来确定建设方案，规范设计才可达到上述形式设计的效果。

3 低碳理念在建筑工程设计中的应用

3.1 优化建筑结构

建筑结构是建筑稳定的决定性因素，利用低碳理念更新建筑结构设计方式，在保证建筑节能的基础上，控制建筑对环境的破坏、污染，因此推动建筑结构优化，对建筑而言十分关键。根据我国目前建筑工程施工现状来看，工程结构大多都是钢筋混凝土，在施工中需要消耗大量的水泥、石料等不可再生资源，造成大量的资源浪费，与可持续发展理念相悖。因此，在贯彻落实低碳理念时，应当综合考虑资源的应用，以及环境保护，探究通过钢结构体系代替钢筋混凝土结构的可能性。此外，建筑设计人员在设计中，应当对自然资源进行充分利用，比如利用太阳光满足建筑采光要求，利用自然风满足建筑通风要求等[6]。

3.2 建筑朝向设计

在建筑工程设计中，朝向设计也是重点内容，这是为建筑提供充足通风与采光的前提，合理设计建筑朝向，保证建筑的通风与采光。建筑设计人员在设计中，须综合考虑在不同季节中受到日照的时间与强度大小，之后根据太阳实际照射角度进行图纸设计，并以该日影像图作为基本方向来进行建筑位置与方位的设计。在建筑位置确定后，设计人员还需以获取最大程度的太阳热能来进行建筑朝向的设计，大多建筑都会选择朝南坐北的建设方案，而开窗设计中，宜南面大开窗、北面小开窗，这种建设方式，能够得到最大程度光照及最佳的通风效果。

3.3 持续优化外墙技术

建筑外墙主要是指建筑围护结构部分，这同样也是建筑中整体能源消耗最大的部分，对部分工程进行调查，得知这部分能源消耗占比平均能达到30%以上，因此，这部分施工是造成能源浪费的主要内容。从目前建筑领域实况来看，钢筋混凝土结构依然是外墙建设的主流形式，虽然这一结构有着较强的保温性，但在实际应用中却表现出短寿命的缺陷，对建筑质量有较大的负面影响，特别是高层建筑，对其经济、安全等方面都存在严重影响。在这一结构外，玻璃棉聚苯乙烯泡沫也是应用比较广泛的保温材料，它的缺陷在于抗震性比较差，这是局限了它进一步覆盖的主要因素。此外，能够对外墙结构质量形成影响的还有冷桥现象，在外墙设计中，设计人员应当在确保外墙结构质量、保温性外，给予冷桥现象足够的重视，制定相应的策略进行预防[7]。

3.4 技术创新

推动技术创新，开发建设新工艺、新材料，深度贯彻低碳理念，发展绿色建筑。比如木结构填充岩棉等技术，在低碳理念下，这些技术在建筑中得到了良好的应用，对控制建筑碳排放提供了较大帮助。并且，技术创新大多以当前存在的问题为研究对象，这有效提高了建设质量，比如建筑水资源浪费问题，在得到社会高度重视后，建筑水循环系统被开发，从实际应用效果来看，这是实现水资源最大化利用的有效途径。

3.5 控制照明系统

照明系统是建筑获取光亮的重要途径，在对照明系统进行设计时，应当尽可能选择高效工具、低耗电器械，同时根据建筑布局，设计照明路线。照明系统的控制可选择光控、声控等趋于智能化的控制手段，尽可能控制能源消耗，实现节能减排的目标。

3.6 提高空间利用率

围绕低碳理念展开建筑设计，可从建筑空间布局入手，提高空间的利用率，高效利用空间，减少建筑总体面积，尤其是大型居住建筑，若是能够提高空间的利用率，就能在一定程度上控制住房的面积标准，进而降低建筑对能源的消耗，并且，这是建筑实现良性循环的可靠途径，在增加建筑寿命的同时，减少了建筑产生的垃圾。

在建筑工程设计中，以低碳理念为基础，尽可能提高空间利用率，缩减建筑面积总需求，控制建筑总面积，达到减少能耗的目的；从再生资源利用角度进行思考，此途径可大量减少垃圾的产生，符合绿色建筑标准[8]。

3.7 加大对低碳材料的引进及应用力度

在建筑设计中，工程设计人员应当积极使用低碳材料，合理应用低碳材料能够使建筑更加环保，对低碳理念在我国建筑领域中的发展有助推作用。我国建筑领域在进入新时代后得到了快速发展的契机，建筑类型越来越多、建筑质量越来越高，而相对应的建筑材料也在不断更新，各种新式建筑材料出现在市场上，在施工时可根据需求进行选择，在低碳理念快速普及的背景下，低碳方向的材料研发工作也愈加活跃，甚至有部分建筑材料厂商设立有专门研究低碳材料的工作室、部门。目前的建筑材料市场中，已存在多类型的低碳材料，设计人员在建筑工程设计时，须提前对材料市场进行一定的调研，而后根据工程对质量、性能等方面的要求，合理选择低碳材料，保证工程设计的科学推进。

3.8 建筑和周边生态的协调性

在社会经济快速发展的背景下，建筑行业也进入新的发展阶段，在低碳理念下，现代建筑应当注重与周边生态的协调性，发挥城市的“面子”作用。在建筑工程低碳设计中，须实地考察周边生态环境，尽可能实现人和资源的和谐共处，强化建筑性能、外观和周边环境的协调性，避免在建筑施工中、在建筑后续使用中对生态环境产生影响。若要达到这一目的，应在建筑选址的实地考察后，综合生态环境、工程建设目标等条件进行考量，找到建筑和生态环境间存在的联系，提高建筑与生态环境的契合度，保证建筑在施工、使用中都可以达到良好效果。

4 将建筑一体化设计和可再生能源技术相结合

4.1 光和热建筑的一体化

能源已成为时代的焦点话题，新能源开发工作在世界各地都在紧密推进中，目前应用最广泛、效果最佳的新能源便是太阳能，收集太阳能存储为热能形式，再进行利用是能源节制使用的可靠途径。收集太阳能须使用集热器——一种把太阳能变成热能的重要设备。在光和热建筑一体化设计中，主要内容也是集热器的设置，它可实现科学协调建筑与周边环境的关系，在集热器安装时，最佳位置应当是建筑向阳面，安装操作相对比较简单。

4.2 光伏建筑的一体化

光伏建筑，也是目前绿色建筑中常见的一种形式，把光伏和建筑合二为一，不仅控制了碳排放，同时也实现了节能。其工作模式为：首先把收集的太阳能通过设备转换成直流电，而后通过转换器调整交流电、直流电，最后供给人们的生活所需。另外，在光伏建筑中，选择光伏组件双面玻璃进行幕墙的设计，可显著提高能源的吸收率[9]。

4.3 风能建筑的一体化

在节能减排建筑中，若从经济角度出发，效果最佳的是风能建筑。风能建筑一体化模式，可明显降低成本，提高资源的利用率。就低于5KW的设备来讲，在不同市场，同样的设备有不同的价格，在选择时须综合考虑是否合适；而高于5KW,低于50KW的设备，重点在于是否能够合理分配能源，这是风能建筑效能的决定因素。

4.4 碳补偿方式

目前，节能减排和低碳环保理念都已有一定的发展历程，在建筑中贯彻这两个理念，能够有效控制能源消耗，并提高资源的利用率。碳补偿也称为碳中和，碳补偿被认为是在清洁发展计划后的，能够有效控制碳排放的一个约束机制。

5 总结

综上所述，本文阐述了低碳建筑及低碳设计的必要性，而后客观分析了建筑工程低碳设计须遵守的原则，建筑设计人员须从优化建筑结构、建筑朝向设计、技术创新、提高空间利用率等入手展开低碳设计，最后阐述了将建筑一体化设计和可再生能源技术相结合落实于实际设计中，推动建筑工程设计的低碳发展。