住宅建筑设计中如何融入低碳设计理念

住宅建筑设计中如何融入低碳设计理念

李伟涛

（广东省建筑设计研究院有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

摘要：为解决长期以来的住宅建筑能耗较高的问题，并适应当前节约型社会新要求，在住宅建筑设计中有必要引入低碳设计理念，对此，本文以某地区为例，在简要分析该地区住宅建筑能耗情况的基础上，提出基于低碳理念的住宅建筑设计方法，内容包含建筑整体布局规划、体形系数控制、围护结构性能改善及节能技术应用几方面，以期为相关人员提供参考。

关键词：住宅建筑；建筑设计；低碳理念

低碳住宅是指碳排放量极底的住宅，设计中需要从设计、选材及施工等多方面入手实现，强调引入先进的节能方法、产品，并对其进行适当的组合，减少矿物燃料消耗，以此实现节能环保与减少碳排放的根本目标。

1能耗分析

某地区住宅建筑主要采用以下能源类型：电能、液化石油气、煤炭和生物质能，用途包括用电、采暖和炊事等。因实际转化过程中有一定损失，特别是电力，所以采用发电煤耗计算法对该地区住宅能耗进行计算。

基于能量等价值转化，以折标准煤对应的换算系数为依据，得出如下能源消耗比：煤炭消耗6.056t，按0.714kg/kg的折标系数，折合标准煤4.324t，约占总能耗4.47%；液化石油气消耗6.922t，按1.714kg/kg的折标系数，折合标准煤11.864t，约占总能耗12.26%；电能消耗216.743万kW·h，按0.350kg/kW·h的折标系数，折合标准煤75.860t，约占总能耗78.35%；薪柴消耗7.210t，按0.571kg/kg的折标系数，折合标准煤4.110t，约占总能耗4.25%；秸秆消耗1.514t，按0.429kg/kg的折标系数，折合标准煤0.650t，约占总能耗0.67%；总折合标准煤96.808t。

从以上结果可知，该地区住宅能源类型主要为商品能，包括电能、煤炭及液化石油气，占比极大，并且还有进一步增大的趋势，其原因为经济快速发展，人们生活水平持续提高，对能源的使用显著增多。经进一步的调研，该地区冬季能耗结构为：采暖能耗约占总量26%，降温能耗约占总量24%，炊事与照明能耗分别约占总量20%、15%，剩下为其它方面的能耗。由此可见，在住宅建筑设计中引入低碳理念对地区节能减排有重要意义^[1]。

2基于低碳理念的住宅建筑设计

2.1做好整体布局规划

目前常用住宅布局方式包括行列式布局、围合式布局与自由式布局。其中，以行列式的节能水平最高，其主要原因为相邻住宅建筑间存在共用墙体，然而，该布局方式较为单一，无法表现出住宅特色。对此，可采用两户联建形式，以此在节能减排的同时，充分展现建筑特色^[2]。

2.2控制建筑体形系数

体形系数是住宅建筑主要热工系数，即建筑外表面积和总体积的比值，与包含层数、平面与体量在内的多项因素有关，除了能综合反映出建筑体型，还决定了其能耗水平。当建筑体形系数较大时，其凹凸变化将较为丰富，但能耗也较高；相反，如果建筑的体形系数较小，则其凹凸变化不明显，能耗水平较低，利于低碳节能^[3]。基于此，在设计中为实现低碳减排的目标，需要对体形系数进行严格控制，使其相对较低的水平。

在实际设计中可以从以下几个方面入手控制建筑的体形系数：其一，尽可能减小外墙的表面积；其二，适当增加进深，当建筑进深增加时，其体形系数将变小，然而，需要注意，在进深增加至一定程度后，继续增加起到的减小体形系数作用将减弱，两者关系为：当进深为6m时，体形系数增量为0.33；当进深为8m时，体形系数增量为0.25；当进深为10m时，体形系数增量为0.20；当进深为12m时，体形系数增量为0.17；当进深为14m时，体形系数增量为0.14；当进深为16m时，体形系数增量为0.13；当进深为18m时，体形系数增量为0.11；当进深为20m时，体形系数增量为0.10。从以上关系可以看出，在建筑进深增加到10m后，若继续增加，则并不会给建筑体形系数带来显著影响，基于此，经综合考虑，宜将8-10m作为最佳建筑进深^[4]。

2.3改善建筑围护结构

住宅建筑的围护结构主要包括屋顶、墙体与门窗三部分，这三部分的热工性能不同，在设计中需采用的改善方法也有所不同，应分别论述。

2.3.1屋顶

在整个建筑中，屋顶为室内外热交换发生的主要部位，所以重视屋顶保温隔热是基于低碳理念建筑设计的重点内容。就目前来看，常用的屋顶保温隔热方式包括以下几种：其一，屋顶绿化；其二，通风；其三，增设保温隔热层。由于该地区大部分住宅建筑屋顶采用坡屋顶，所以在屋顶保温隔热方面采用的是可活动的通风屋顶，其原理为由屋顶和楼板形成的间隔使热量消散，并在顶层楼板中采用聚苯板吊顶，以此实现双层保温，使屋面热工性能得以显著增强。

2.3.2墙体

墙体作为建筑外围护主要组成部分，它的热工性能也会对建筑热量散失造成影响，必须在以低碳为核心理念的建筑设计中充分考虑。根据该地区住宅所用墙体形式，在实际设计中可采取下列几项措施：

（1）使用有良好热工性能的墙体材料，不可仍局限于黏土砖等传统材料，在条件允许的情况下大力引入空心砖与加气砼砌块。

（2）使用夹层保温方式，比如用秸秆作为填充材料，提高外墙整体热工性能，这在农村地区极为适用，但要做好防腐。

（3）采用浅色外饰面，以提高阳光反射率，减少阳光辐射的吸收。

2.3.3门窗

从热工性能角度讲，门窗在建筑中属于薄弱环节，从门窗流失的能量可以达到总能耗的一半左右，所以必须对门窗热工性能予以改善。目前常用的几种门窗组合形式传热系数为：单层玻璃窗+塑料或木框的传热系数为4.70W·m^-1·K^-1，单层玻璃窗+钢或铝框的传热系数为6.40W·m^-1·K^-1，普通双层玻璃窗+塑料或木框的传热系数为2.50W·m^-1·K^-1，普通双层玻璃窗+钢或铝框的传热系数为3.70W·m^-1·K^-1，双层中空玻璃窗+塑料或木框的传热系数在2.34-2.47W·m^-1·K^-1范围内，双层中空玻璃窗+塑料或木框的传热系数在2.70-3.09W·m^-1·K^-1范围内。从以上结果可知，相比之下，以双层中空玻璃的传热系数最低，基于此，在条件允许的情况下，应优先采用该玻璃窗，从而提高窗户保温隔热性。另外，在确定门窗位置时，还要充分考虑遮阳的问题，比如在东、西两个方向设置垂直遮阳设施，而在正南方设置水平遮阳设施。

2.4采用适宜节能技术

根据当地自然资源情况及经济条件，并结合能耗现实状况，在基于低碳理念的建筑设计中，可采用以下节能技术。

2.4.1太阳能供暖

太阳能供暖是指充分利用太阳能进行供暖，先采用集热设备对太阳光热量进行采集，然后在热导循环系统作用下使收集的热量进入到换热中心，再将受热后的水导入至采暖系统，最后采用电子控制仪器对室内水温进行自动控制。在光照条件较差的天气，如阴天、雨雪天气等，该系统可自动切换成采用燃气锅炉进行加热供暖的方式。

2.4.2太阳能热水

太阳能热水是指充分利用太阳能提高水温，满足人们日常生活对热水提出的需求，其技术流程为：集热系统收集太阳光后由设置在生活热水水箱中的太阳能盘管对冷水进行加热，在水箱中一般还设有辅助加热装置，与确保水温达到实际使用要求。太阳能集热装置、盘管及水泵采用一个控制器进行控制。

3结语

综上所述，低碳是当前住宅建筑设计的主流理念之一，对减少建筑碳排放和能源消耗与污染防治都有重要意义。在实际的低碳建筑设计中，应注重整体布局规划、体形系数控制、围护结构改善及新技术应用几个方面，进而在满足建筑使用功能要求的基础上，尽可能减少碳排放，降低能源消耗水平。

参考文献：

[1]王馨珠,汪坚强,郑善文.住区碳排放影响机制及减碳规划策略研究——以九江市为例[J].华中建筑,2021(03):44-50.

[2]黄熙.低碳环保下住宅建筑设计——评《低碳节约型建筑工程技术》[J].环境工程,2019(11):202.

[3]陈鸿雁,仰民.从建筑到生活的整体价值——“住宅空间的低碳设计创新”相关概念辨析及发展研究[J].美术学报,2015(06):73-78.

[4]田秋月,王力忠,崔英伟,张玉梅.居住小区交通系统低碳设计初探——以河北省隆化县阳光丽都小区为例[J].河北建筑工程学院学报,2015(01):28-30+34.