低碳节能环保建筑的设计策略和实践

 低碳节能环保建筑的设计策略和实践

顾菲

融创上海区域

摘要：随着当前社会经济的转型和发展，人民生活水平也随之有了一定的改变，因此在不断满足自己物质需求的基础上，人类也对于环境保护以及低碳节能投入了更高的重视，低碳节能环保等已经成为当前社会的发展风向标。所以绿色环保、低碳节能建筑设计应运而生，它不仅可以提高建筑工程的质量和水平，也能够对周围的环境和生态起到一定的改善作用，对人类的可持续发展有着很强的影响。本文阐释了低碳节能环保设计的相关概念，并且总结了当前所面临的现状以及一些，最后结合项目案例，介绍了低碳节能设计的策略和方法，以供参考。

关键词：建筑设计；低碳节能环保；低能耗；策略建议

建筑行业正在面临着日新月异的变化，很多设计师都将自己的设计思路做出了进一步的完善和发展，结合各个领域的资源来进行充分的转化和利用，对于环境也有着良好的作用。同时，国家也对建筑能耗和节能环保提出了更高的要求，包括低能耗、超低能耗、近零能耗建筑被越来越多的提及，甚至在项目的实践中越来越多地得以落实。落实的过程会遇到各种困难和困惑，也会获得一些经验和心得。结合作者实际操作的上海外滩壹号院二期项目，谈谈对低碳节能建筑的一些浅见。

一、低碳环保建筑设计上的原则

（一）和谐融洽原则

和谐融洽的设计原则是进行低碳节能环保建筑重要的设计理念之一，其不仅能够保护周边的环境，也能利用当地建筑材料以及一些主动和被动的设计与施工技术，让设计的建筑与环境有效融合。在一切设计工作开始之前，首先需要实地了解周边环境，并与当地的相关居民进行及时交流，了解现实状况并且完成科学的设计理念，与此同时，使人与人之间、人与环境之间的状态达到平衡，实现和谐融洽的关系。在外滩壹号院二期项目中，根据项目所在区域的周边环境、风貌历史文化，提炼出体现历史记忆的建筑语言和建筑材料，在项目的建筑、园林中加以使用，同时也将节能设计和技术应用在规划和建筑设计中。

（二）经济角度原则

在进行建筑设计时，应当结合一定的经济性做相应的策划统筹。首先，对于建造者来说，建筑低碳节能的实现所需要付出的成本代价可以通过销售型建筑的售价得以实现，或者通过降低运营性建筑的运营成本带来长期效益；其次，低碳节能建筑的设计需要从居民的角度考虑经济性，其优势需要得到居民的认同并愿意为此买单。最后政策层面相应的经济性鼓励与补贴政策也是低碳建筑最终实现不可或缺的要素。外滩壹号院项目从项目的开始就进行经济性的策划，结合企业和使用者的多个角度，处理好了低碳节能策略的经济性。

（三）居民感知原则

建筑的使用者感受是建筑设计中不可忽视的角度。需要从居民在建筑中感知出发，以提高生活品质、改善身体健康效果和节约家庭开支为目标，将居民感知的主观感受转化为建筑的设计理念和建筑技术应用上，提升居住条件和生活质量、增加建筑的使用寿命，降低居民的使用成本。只有把居民感知纳入建筑策划和设计的初期，才能使设计有的放矢，具有实践的意义。在外滩壹号院项目的设计中，始终以居民的在建筑内的居住使用的感受和体验作为设计的重要角度，节能环保的策略和技术都围绕居民的感受展开。

二、低碳节能建筑的实现情况

通过一定的研究表明，建筑从设计到施工到运营的过程中，会消耗自然资源，也会产生污染物，这就违背了低碳环保建筑发展的初衷，所以在进行建筑设计的初期，就应该不断了解低碳节能建筑的含义，并且从全周期的来对相关工程进行科学的分析，这样不仅能够降低眼前的环境污染程度，也能够使促进该类建筑可持续性的发展，使环境得到长期改善。当前，建筑工程设计师会面临技术与成本平衡、面对人的享受需求与环境持续发展矛盾的双重困难，需要我们不断结合现实的情况需求解决途径。这也是在外滩壹号院的设计中遇到的困难。面对这些问题我们认为，首先，建筑企业需要响应国家号召，坚持节能环保理念，将绿色低碳节能贯彻到企业发展过程中，并且结合科学的方法来有效提升自身的建筑水平，在发展过程中，不断完善提升设计、材料、构造方法和水平；其次，与传统建筑相比，低碳节能建筑设计还需要精细化研究成本与产出比的关系，在加大一些自身的资金投入成本的同时，也让企业获得相应的经济效益，才能节能环保的事业越发展越好，才能够促使企业在进行绿色发展的过程中，不断提升综合水平。我们以外滩壹号院项目为契机，精细化研究该项目中低碳节能的设计方法和投入产出比，获得项目和企业发展的双赢。

三、低碳节能建筑在设计中遇到的问题

近些年，低碳节能环保的理念一直是国家大力倡导和推进的建筑理念，各类国家的和地方性的相关规范、法规也不断推出和不断更新，越来越细化了相关的设计要求，有利于设计师和企业更加深刻地理解国家的要求和国际趋势。面对众多细致的节能设计要求，如何通过策略组合设计出综合的示范性节能建筑，是我们设计人员需要仔细分析和深入做可行性研究的。当前的低碳节能设计中常常遇到一些问题：有些设计师没有深入理解节能建筑的整体策略，在设计手法和技术使用、设施设备的采用上，只是生搬硬套或简单堆砌，最终的建筑整体节能效果并不是最优解，但却花费了一些不必要的成本；还有一些设计师在低碳节能设计上只注重外在的美观性和显性的节能理念，设计的成果往往流于表面，只关注短期利益。对于功能性的节能设计，以及长期的全周期的节能考虑思考不足。以上两点问题是很多项目经常会遇见的，也是外滩壹号院项目中反复研究和论证的。只有根据整体低碳节能目标制定科学详细的策略，将美观与功能、长期与短期结合，才能设计出合理的、最优的低碳节能项目。

四、低碳节能建筑的设计策略

低碳节能建筑的总体设计策略可以从被动式技术、主动式技术和可再生能源应用三方面展开。被动式技术包括建筑本体节能措施、围护结构节能措施、建筑气密性控制措施、围护结构热桥控制措施。主动式技术包括供暖空调与新风系统方案、电气节能方案、生活热水系统和能耗监测与控制。

（一）建筑本体节能措施

     在建筑的设计中，设计人员会考虑到建筑本体方面的节能设计，其中涉及到的因素，包括:采光、通风等多个方面。

首先，优秀的节能设计是从项目的规划和建筑的布局开始的，包括项目整体的日照环境、风环境的研究和建筑朝向的摆放与设置，都会在规划总图上对建筑单体的节能产生重要的影响。其次，对建筑单体而言，越是简单的建筑形态，例如较少凹凸进退的平面形状和立面效果，越能带来更好的节能效果。再次，建筑最初的方案设计就需要尽可能考虑自然采光和自然通风的因素，通过建筑设计的技法乘时借势，也就是借助自然光以及室内的通风条件等完成设计能够实现自然与设计相结合达到节能减排的目的，最后，要考虑窗地比例，卧室以及起居室的窗地面比，要按照设计要求实行，在通风口开口面积技术方面，就要结合这一数据来进行设计，才能保证室内的采光充足，实现节能节电的目的。在外滩壹号院项目中，规划布局既尊重自然日照环境，又避开了周边超高层建筑的影响，建筑正南北向布置，建筑体型方正，规整的平面和平整的立面，在节能上非常有利。每个住户都南北自然通风。在窗地比上，我们在设计上克服了中间套型进深较大、采光不利的影响，将辅助空间设置在采光和通风较弱的区域，保证卧室和客厅等主要空间的自然采光和通风，以大于1/6的窗地比和大于8%的通风开口面积与地板面积的比例，实现了较高的窗地比系数。

（二）围护结构节能措施

    为提高建筑的节能性，通常会采取多种围护结构节能措施，包括：外墙保温隔热、外墙一体化形式等。

以外滩壹号院项目为例，对于外墙是PC墙体和现浇墙柱梁的部位，外墙保温隔热措施采用的是反打保温体系+免拆模体系。外墙采用的是85mm厚SW硅墨烯免拆保温模板，内侧采用30mmXPS内保温，形成310-320mm厚的外墙体系。这样的反打保温体系可以减少保温施工工序，有利于节点的热桥处理，构造厚度和现浇混凝土墙体厚度一致，比传统外墙围护体系的节能效果大大提供，同时不占用建筑室内面积，不影响得房率，其在工艺性和经济性上也更容易被选择，是当前的主流。在屋面保温隔热措施中，屋面采用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）作为保温材料，保温层靠近室外一侧增加设置防水层，室内侧设置防水隔气层。

门窗系统在围护结构节能设计中占有极大的影响因素，包括门窗的材料选择、构造层次、节点设计等。外滩壹号院项目采用断桥铝合金窗框和节能附框，玻璃采用了三玻两腔，兼顾热工及隔声要求。与门窗相关还有建筑遮阳体系，遮阳体系包括中置遮阳和外遮阳两种。从经济性的角度中置遮阳更优，但是当玻璃单扇面积过大，可采用电动中置遮阳或外遮阳体系与手动中置遮阳结合使用。

（三）建筑气密性控制措施

建筑气密性控制措施包括：气密性位置和做法，外窗与墙体连接部位、管道穿墙及出屋面部位、预制墙板拼接部位等影响建筑气密性的重点部位构造做法。对于外墙、屋面、外窗、外门、穿墙洞口、出屋面管井等重点部位需要开展深化设计，在满足这些设计要求的情况下，无论是外窗气密性，还是外门气密性，都能够达到要求。此外在管线的设计上，要保证穿墙管线中配套了相应的防水套管，并且做好密封工作，这样单元门的气密性能够达到6级，入户门的气密性能够达到7级。此外还应该将隔水隔气膜紧贴在门框上，进一步保证建筑整体的气密性。

（四）供暖空调与新风系统方案

供暖空调与新风系统方案包含：冷热源系统形式、容量配置及能效要求；输配系统、空调末端形式及能效要求等。以外滩壹号院项目为例，在空调系统的冷热源形式上采用地暖空调两联供系统。供暖空调与新风系统的设计上，选用的新风机能够有效的回收热能，使得整个系统能够实现全热交互，在外滩壹号院项目中，其中运用到的新风系统能够实现全热交互，其全热交互效率已超过70%，且在功率上未超过0.45Wh/m³。

（五）电气节能方案

    在电气方面采用优秀的节能方案，能够提高建筑的整体节能性，首先设计上要求各区域照明功率密度科学有效，达到节能的目的，此外在电梯节能等方面也有诸多要求。在照明上，选用LED高效照明灯具，并参考了《建筑照明设计标准》，确保照明功率密度符合标准和要求，并未超过70%。方案中还采用了感应照明控制技术，并运用在了公共区域，比如：走廊和楼梯等。项目的电梯采用变频调速驱动或带能力反馈的变频VVVF驱动系统电梯。还搭配了能耗监测系统，针对公共区域的能源消耗情况进行管理，并为相关人员提供了数据参考。

（六）生活热水系统

    生活热水系统包含项目的生活热水需求情况、生活热水供应方式、热水供应设备容量及能效要求。该系统涉及到：空气源热泵（电辅热/燃气辅热）系统；太阳能热水（电辅热/燃气辅热）系统等。其中，空气源热泵选用一级能效，如使用太阳能，则太阳能保证率需大于50%。通过分析外滩壹号院项目，能够发现其在生活热水系统的设计上，选取的空气源热泵热水系统，提供的热水温度能够达到60℃，水在常温下的温度是：夏季15℃，冬季5℃。

（七）可再生能源应用

可再生能源应用方案：含太阳能光伏、太阳能热水等可再生能源应用情况，包含容量参数、布置位置、供应范围等。

太阳能光线是一种可再生的清洁资源，其不仅可以直接获得，还能够为当前建筑低碳节能环保做出更大的贡献。太阳能采光可以大大降低能源的消耗，不仅有利于绿色健康发展，也能够提升生活质量，将空气中的一些有害物质进行充分转化，强化室内的照明效果，丰富了热水系统获得的渠道，不断充实能源的供应可持续发展。

    外滩壹号院项目主要采用的是太阳能光伏发电系统：采用建材型光伏构件；采用光伏系统直接并网供电并采用低压接入方式；光伏组件布置于屋面，与屋顶构架在建筑造型上有效结合，和谐统一。

总结

综上所述，我国的建筑行业在不断发展推进的同时，也对低碳节能建筑的认识也不断加深，并且通过一个个优秀的项目得以实践，并不断改进、优化、进步。外滩壹号院项目从最初的总体策划开始，兼顾居民角度和经济性角度，用被动式技术、主动式技术和可再生能源应用三种技术方面实现了低碳节能的目标，成为企业的标杆案例，并推动企业在节能环保的发展道路上不断前进。

参考文献：

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