低碳建筑設(shè)計(jì)方法比較研究

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【摘要】為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，近年來(lái)低碳建筑在我國(guó)各地大量興建，低碳建筑設(shè)計(jì)方法也成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)?；诖?，本文將簡(jiǎn)單介紹和比較常用的低碳建筑設(shè)計(jì)方法，并基于BIM技術(shù)及實(shí)例，深入探討低碳建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑，希望研究內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)從業(yè)人員帶來(lái)一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】低碳建筑；設(shè)計(jì)方法；BIM技術(shù)

前言

近年來(lái)我國(guó)業(yè)界在低碳建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域開(kāi)展了大量理論研究和實(shí)踐探索，各類低碳建筑設(shè)計(jì)方法也因此得到了廣泛應(yīng)用。但結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，建材選用不當(dāng)、忽視細(xì)節(jié)處理等問(wèn)題仍廣泛存在于低碳建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為盡可能解決這類問(wèn)題，正是本文圍繞低碳建筑設(shè)計(jì)方法開(kāi)展具體研究的原因所在。

1常用的低碳建筑設(shè)計(jì)方法及策略選擇

1.1常用的低碳建筑設(shè)計(jì)方法

在低碳建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師一般需分類分析終端使用情況和能源類型，并圍繞最小化二氧化碳排放等關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行低碳建筑設(shè)計(jì)，這屬于最為基礎(chǔ)的低碳建筑設(shè)計(jì)方法，分析供熱與制冷的平衡、減少建筑能源需求、選用低碳排放設(shè)備、應(yīng)用可再生能源、降低建筑運(yùn)行能耗等則屬于具體的低碳建筑設(shè)計(jì)方法。在分析供熱與制冷的平衡過(guò)程中，設(shè)計(jì)師需結(jié)合建筑冷熱平衡原理，以此保證設(shè)計(jì)能夠盡可能減少不必要的建筑熱損失和熱增益。結(jié)合具體分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行、燈光照明、人員活動(dòng)屬于建筑室內(nèi)熱增益的主要來(lái)源，因此可通過(guò)提供獨(dú)立通風(fēng)使用空間控制機(jī)械設(shè)備熱量、為建筑使用者提供充足使用空間、采用可獨(dú)立控制的高效照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不必要熱增益的減少，同時(shí)提高建筑的氣密性和保溫性能，即可減少不必要的建筑熱損失；在減少建筑能源需求方法應(yīng)用中，低碳建筑設(shè)計(jì)需設(shè)法實(shí)現(xiàn)建筑能源需求最小化，為達(dá)成這一目標(biāo)，建筑的構(gòu)造和形式設(shè)計(jì)需得到重點(diǎn)關(guān)注，通過(guò)減少能源消耗與碳排放，低碳建筑設(shè)計(jì)即可更好服務(wù)于環(huán)境的改善和修復(fù)。具體設(shè)計(jì)中，需合理組織建筑構(gòu)件與建筑元素，建筑的節(jié)能減排目標(biāo)需采用非機(jī)械設(shè)備方法實(shí)現(xiàn)，如采用充分利用室內(nèi)熱增益和太陽(yáng)能的建筑供熱設(shè)計(jì)，保證建筑形體能夠較好服務(wù)于節(jié)能，遮陽(yáng)技術(shù)、自然采光技術(shù)、自然通風(fēng)技術(shù)、保溫隔熱技術(shù)的針對(duì)性應(yīng)用也需要得到重視[1]。在選用低碳排放設(shè)備的過(guò)程中，設(shè)計(jì)需以盡可能減少建筑主動(dòng)式能源需求為前提，并同時(shí)充分利用被動(dòng)式設(shè)計(jì)，由此針對(duì)性選用建筑能源設(shè)備，貫徹節(jié)能高效原則，即可為低碳建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供有力支持。值得注意的是，低碳排放設(shè)備的選用還需要基于碳排放系數(shù)針對(duì)性選擇設(shè)備運(yùn)行用燃料；在應(yīng)用可再生能源的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師需采用可再生能源系統(tǒng)滿足低碳建筑的全部或部分能源需求，以此減少二氧化碳排放量，滿足低碳建筑的動(dòng)力和熱力需要。在具體的可再生能源利用過(guò)程中，供電系統(tǒng)和可再生能源供熱系統(tǒng)的技術(shù)要求結(jié)合需得到重點(diǎn)關(guān)注，并整體性考量建筑類型和需求；為降低建筑運(yùn)行能耗，設(shè)計(jì)師需針對(duì)性保留適當(dāng)?shù)目臻g位置，以此滿足能源管理、計(jì)量系統(tǒng)的安裝和使用需要，配合科學(xué)實(shí)用的監(jiān)測(cè)方法，即可為低碳建筑的高效運(yùn)行提供保障，配合計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)技術(shù)、咨詢和調(diào)查收集公眾意見(jiàn)、開(kāi)展針對(duì)性的交互式設(shè)計(jì)，即可更好滿足低碳建筑設(shè)計(jì)需要[2]。

1.2低碳建筑設(shè)計(jì)策略選擇

為更好滿足低碳建筑設(shè)計(jì)需要，低碳建筑設(shè)計(jì)策略選擇同樣不容忽視，結(jié)合環(huán)境屬性、合理應(yīng)用環(huán)保建材、針對(duì)性設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)形式、科學(xué)應(yīng)用可再生能源均屬于其中關(guān)鍵。在結(jié)合環(huán)境屬性的低碳建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需結(jié)合建筑所在地的自然環(huán)境開(kāi)展針對(duì)性的低碳設(shè)計(jì)，以此保證低碳建筑與自然環(huán)境的順利融合，基于自然環(huán)境的建筑選址屬于其中關(guān)鍵；合理應(yīng)用環(huán)保建材也能夠較好服務(wù)于低碳建筑設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)師應(yīng)合理選用可循環(huán)再生建筑材料，避免采用污染大、能耗高的建筑材料，建筑材料的區(qū)域性、本土材料的應(yīng)用、新型環(huán)保材料的應(yīng)用也需要得到重視；針對(duì)性設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)形式同樣需結(jié)合建筑所在地氣候，如采用較低的窗墻比設(shè)計(jì)、合理應(yīng)用隔熱功能優(yōu)秀的玻璃、基于墻體與陽(yáng)臺(tái)等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)建筑物遮陽(yáng)，均可基于氣候?qū)嶋H減少建筑對(duì)冷熱能源的需求，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能目標(biāo)。此外，建筑與景觀公園的融合也能夠較好服務(wù)于低碳建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，配合建筑表面的多層綠化，即可打破內(nèi)外空間局限，更好貫徹低碳建筑設(shè)計(jì)理念，這也屬于低碳建筑設(shè)計(jì)的一種突破；科學(xué)應(yīng)用可再生能源也需要結(jié)合不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，如我國(guó)北方地區(qū)可尋求替代供暖的能源形式，南方地區(qū)則需要針對(duì)性選擇能耗較低的空調(diào)設(shè)備，自然通風(fēng)的利用也需要同時(shí)得到重視。此外，自然光的合理利用、新型低碳環(huán)保節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視，如基于鏡面對(duì)光反射采光、利用光伏熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)、二次利用居民生活廢水等[3]。

2低碳建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化路徑

2.1設(shè)計(jì)方向選擇

為更好開(kāi)展低碳建筑設(shè)計(jì)，應(yīng)從材料使用、建筑使用能耗、建造活動(dòng)能耗、建筑綠化碳匯、水資源消耗及處理五方面碳排放來(lái)源進(jìn)行分析，并同時(shí)結(jié)合建造、運(yùn)行、拆除三個(gè)階段，由此可確定四方面低碳建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向，即建筑材料、運(yùn)行使用、場(chǎng)地利用，水資源消耗，由此細(xì)化建筑物全壽命周期碳排量，并進(jìn)行針對(duì)性的各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容分工，即可開(kāi)展針對(duì)性、有效性、科學(xué)性均較高的低碳建筑設(shè)計(jì)，圖1為建筑物全壽命周期碳排量與各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容關(guān)聯(lián)圖，由此即可直觀了解低碳建筑設(shè)計(jì)思路及具體分工。

2.2設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑

基于圖1，可深入了解低碳建筑設(shè)計(jì)方向，因此本文建議從低碳建筑空間設(shè)計(jì)、低碳結(jié)構(gòu)形式選用、低碳設(shè)備效能優(yōu)化三個(gè)方面入手，實(shí)現(xiàn)低碳建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化。在低碳建筑空間設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)可圍繞降低建筑體形系數(shù)、針對(duì)性設(shè)置遮陽(yáng)、增加冬季陽(yáng)光入射、增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)展開(kāi)，以此減少能量損失、減小夏季空調(diào)負(fù)荷與冬季供暖負(fù)荷。以增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例，增加保溫層屬于最為基本的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)增加保溫層厚度并選用保溫性能優(yōu)秀的復(fù)合墻體，即可較好服務(wù)于低碳建筑設(shè)計(jì)，而考慮到建造階段材料內(nèi)含碳排量會(huì)因增加保溫層而提升，因此需針對(duì)性把握材料內(nèi)含碳排量增加值和厚度增加帶來(lái)的使用碳排量減少，由此確定最優(yōu)點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)保溫層厚度。此外，還需設(shè)法保證外墻、屋頂、與空氣接觸樓板的保溫性能，并結(jié)合不同地區(qū)及朝向設(shè)置特點(diǎn)，由此即可更好滿足低碳建筑設(shè)計(jì)需要；低碳結(jié)構(gòu)形式選用需深入對(duì)比木框架結(jié)構(gòu)、輕型鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式的碳排量，同時(shí)還需要考慮建筑結(jié)構(gòu)形式對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、建筑空間組合造成的影響，由此結(jié)合各種因素針對(duì)性確定結(jié)構(gòu)形式，即可深化低碳建筑設(shè)計(jì)。在低碳結(jié)構(gòu)形式選用的過(guò)程中，混凝土強(qiáng)度的針對(duì)性控制、鋼構(gòu)件使用效率的提升、建筑工業(yè)化技術(shù)的應(yīng)用均需要得到重視，由此減小構(gòu)件尺寸與混凝土用量、減少建筑用鋼量、針對(duì)性選用就地取材的結(jié)構(gòu)材料、推進(jìn)建筑工業(yè)化，低碳建筑設(shè)計(jì)水平便能夠得到更好保障；低碳設(shè)備效能優(yōu)化需設(shè)法提升電力傳輸效率、選用變頻控制設(shè)備、設(shè)計(jì)水資源回收利用系統(tǒng)、針對(duì)性控制給水系統(tǒng)壓力，具體設(shè)計(jì)需圍繞高導(dǎo)電率導(dǎo)體、基于用戶負(fù)荷動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)、減壓閥等設(shè)備配置展開(kāi)，并同時(shí)探索基于太陽(yáng)能利用、地?zé)崮芾?、建筑微電網(wǎng)系統(tǒng)的一體化低碳建筑設(shè)計(jì)。

2.3合理應(yīng)用BIM技術(shù)

BIM技術(shù)屬于近年來(lái)廣泛應(yīng)用于我國(guó)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)形式，其在低碳建筑設(shè)計(jì)中也能夠發(fā)揮較為不俗效用。在BIM技術(shù)支持下，設(shè)計(jì)師可結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)建筑物全生命周期內(nèi)的碳排量預(yù)算進(jìn)行分析，以此針對(duì)性開(kāi)展建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)，即可針對(duì)性選擇低碳建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化方向。以某工程為例，在建筑設(shè)計(jì)低碳性評(píng)價(jià)，這一工程的運(yùn)行使用、水資源消耗、材料使用三方面不符合要求，建筑設(shè)計(jì)低碳性未達(dá)標(biāo)。因此設(shè)計(jì)人員針對(duì)性開(kāi)展了低碳建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用的具體優(yōu)化措施包括采用加氣混凝土砌塊取代復(fù)合PE板保溫砌塊、在外墻及屋面設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電板、設(shè)置雨水回收系統(tǒng)、設(shè)置遮陽(yáng)構(gòu)件、優(yōu)化建筑外墻窗墻比、降低建筑物層高。在完成設(shè)計(jì)優(yōu)化后，采用BIM技術(shù)重新計(jì)算建筑物全壽命周期碳排量，最終建筑設(shè)計(jì)低碳性順利達(dá)標(biāo)，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值可見(jiàn)一斑。

3結(jié)論

綜上所述，低碳建筑設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的設(shè)計(jì)方向選擇、設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑、合理應(yīng)用BIM技術(shù)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的低碳建筑設(shè)計(jì)方法應(yīng)用路徑。為更好開(kāi)展低碳建筑設(shè)計(jì)，全壽命周期理念的引入、新低碳環(huán)保節(jié)能技術(shù)的針對(duì)性應(yīng)用均需要得到重點(diǎn)關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1]付維.低碳建筑設(shè)計(jì)理念及其在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中的運(yùn)用研究[J].居舍，2019（17）：88.

[2]謝貽濤，張能.基于低碳概念的建筑設(shè)計(jì)策略[J].地產(chǎn)，2019（10）：75-76.

[3]朱文莉，王曉軍，趙強(qiáng).低碳建筑設(shè)計(jì)模式研究———英國(guó)皇家建筑師協(xié)會(huì)氣候變化應(yīng)對(duì)策略[J].工業(yè)建筑，2016，46（8）：169-172.

作者：何立群 單位：江西同濟(jì)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司