建筑设计中低碳设计

试论建筑设计中低碳设计

摘 要：从传统设计走向低碳之路的革新需要各领域的通力合作。

我们不能只关注直观的设计而忽略了那些设计背后的意义。本论文

对低碳建筑中低碳设计与应用进行了分析研究，对今后在低碳设计

应用方面的研究具有一定的借鉴意义。

关键词：建筑设计；低碳建筑；低碳应用

中图分类号：tu2文献标识码： a 文章编号：

一、建筑低碳研究及应用现状

目前对于节能建筑研究较多的是建筑外窗、玻璃幕墙的应用，而

对外墙、屋顶以及楼地板的研究较为欠缺。另外，夏热冬冷地区的

研究较寒冷地区、严寒地区的研究多，主要是因为夏热冬冷地区采

暖和空调能耗均较高，节能设计需同时考虑围护结构的保温和隔热

性能，而这两者是相互矛盾的，所以，要想达到既保温又隔热的目

的，有很多困难需要解决。

当前对于建筑物排放co2 的研究普遍认为：建筑物的日常耗能占

建筑生命周期co2 排放量的绝大部分，比例约为60%—80%，其次

重要的部分即建材的生产与运输阶段的co 排放量。由此可得出建

筑节能减排首先要从降低日常能耗开始，这也是最能立竿见影的一

环，其次就是建材的生产和运输，也是建筑节能减排中相当重要的

一部分。

位于不列颠群岛最北端的安斯特岛因一对退休夫妇迈克尔雷和多

罗西雷建造的“零碳屋”，成为全球环保人士的瞩目之地。该房屋

设有吸收太阳能、储存太阳能的装置，有一根不锈钢管与地下风力

涡轮机和地能收集系统相连，这些装置可以通过收集空气和地面的

能量，给房屋提供电能、热能。即使冰天雪地，有地板下的废气转

化的暖气系统供热，屋内也是温暖如春。在英国，迈克尔的环保屋

已成为政府典范，爱丁堡当局也据此制订了环保守则。而据英国《卫

报》报道，中国广州市也有官员对雷氏夫妇的“零碳屋”感兴趣，

正研究采用这些创新理念建设可容纳5000户的新型环保城。由此

可见，这座环保屋在世界范围内的影响。

中国境内首个零碳公共建筑就是去年在上海世博会上落成的“零

碳馆”，据该馆的主设计师介绍，该建筑使用的建材是混合型水泥，

此类水泥含有大约50%的建筑废料，诸如煤灰、煤矸石、矿渣等。

这些废料制成的混合水泥保温性好，能减少热渗透，吸收室内多余

热量，使建筑主体冬暖夏凉。除了利用传统的太阳能、风能实现能

源自给自足外，“零碳馆”还能取用黄浦江水，利用水源热泵作为

房屋的天然空调；用餐后留下的剩饭剩菜被降解为生物质能，用于

发电。

二、低碳建筑低碳设计应用探讨

1. 大力发展环境型建筑低碳应用

（1）关注普通建筑

目前，在中国发展节能建筑、绿色建筑，或者是低碳生态建筑，

重要的并不在于做几个示范性的建筑，而是要切合实际地解决当前

建筑的问题，例如冬天保温、夏季防热、自然通风的，就是低碳生

态的；建筑隔声、垃圾堆砌、降低采暖费用、太阳能与建筑结合的，

就是低碳生态的。所以，技术策略要抓主要矛盾。不能技术堆砌，

片面追求节能。8亿农民居住的农村住宅也应该进入减碳发展的视

野。

（2）优化建筑设计

建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影

响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平

等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能

耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别。然而，建筑物是

个复杂系统，各方面因素相互影响，很难简单地确定建筑设计的优

劣。例如，加大外窗面积可改善自然采光，在冬季还可获得太阳能

量，但冬季的夜间会增大热量消耗，同时在夏季会由于太阳辐射通

过窗户进入室内使空调能耗增加。这就需要利用动态热模拟技术对

不同的方案进行详细地模拟测试和比较。

（3）开发节能建筑围护构件

开发新的建筑围护结构部件，以更好地满足保温、隔热、透光、

通风等各种需求，甚至可根据外界条件的变化随时改变其物理性

能，达到维持室内良好的物理环境、同时降低能源消耗的目的。这

是实现建筑节能的基础技术和产品。主要涉及的产品有：外墙保温

和隔热、屋顶保温和隔热、热物理性能优异的外窗和玻璃幕墙、智

能外遮阳装置以及基于相变材料的蓄热型围护结构和基于高分子

吸湿材料的调湿型饰面材料。自上个世纪90年代起，我国自主研

发和从国外吸收消化的外墙、屋顶保温隔热技术被慢慢采用。尤其

是外墙外保温可通风装饰板、通风型屋顶产品、通风遮阳窗帘的使

用，大大提高了产品的质量，降低了建筑运行成本。

2. 优先发展低碳材料应用于建筑设计

低碳生态性建筑在设计方法上，首先；不管规模大小和地理位置

如何，都要对建筑所处的环境和其地域性加以研究和考虑，只有对

建筑的周围环境充分利用，才能更好地发挥建筑本身的自我调节作

用；其次，根据其建筑周围环境的研究成果，选择建筑的位置、朝

向、布局等，然后通过对建筑构件的设计，使其与周围环境建立良

好的沟通渠道，最后，如果条件允许可以使建筑结合一些生态元素，

既能优化建筑自我调节能力，又能美化环境，更好地体现建筑的低

碳生态性。下面主要从植被、水体和建筑低碳绿化设计三个方面探

讨低碳设计在建筑设计上的应用。

（1）植被

植被，特别是树木，不但能非常有效地遮阳，还能产生空气压差，

并由此增大或减小风速，改变气流方向，从而导引气流进入或者绕

开建筑物。植物、灌木和树木在光合作用的过程中能吸收太阳辐射，

从而使周围环境变得凉爽。

在干热气候区应尽可能减少得热，可用树木遮挡来自东西方向的

阳光，同样可以有效地阻挡热风侵袭。在干热地区栽植落叶乔木很

有用处，这些乔木在夏天可提供舒适的遮阳，冬天叶子脱落，太阳

可照射进室内。在寒冷气候区可栽植常绿树木来阻挡寒风，但常绿

树木也会吸收太阳辐射，从而降低周围环境的温度。在湿热地区可

利用植被来加大气流流动。但如果不细心布置的话，植被不会起到

降低气流速度的作用。

（2）水体

水体能吸收大量的辐射，并通过蒸发降温，因此，白天水体附近

区域一般较为凉爽；然而在夜间水体会向周围环境释放较多的热

量，这些热量可以用来采暖。上面所述现象是很容易理解的。水不

仅比热大，而且蒸发潜热也相对较高。换句话说，水在蒸发过程中

会吸收大量的热量，而温度每升高或降低1 ℃，也会吸收或释放大

量的热量。因此，当水因空气流动而蒸发时，会使空气温度降低，

此即蒸发降温。同时湿度会在蒸发降温过程中增加。如果空气的相

对湿度很高，蒸发就会变慢。水的比热高，是水泥比热的两倍多。

这意味着升高相同的温度，等量的水吸收的热量是水泥的2倍多，

利用水体既可以减少得热，又可在需要时利用水体吸收的太阳辐射

作为非直接热源。

（3）建筑结合绿化设计

植被可以吸收辐射，因此将建筑结合植物设计可以有效降温。建

筑结合绿化设计，引入“土地空间化”的概念，包括墙面绿化、屋

顶绿化和阳台绿化。墙面绿化主要是在强烈阳光直射面爬满绿色藤

状植物，避免阳光直射墙面，降低外墙表面温度，保证室内温度的

稳定性。

三、. 结束语

建筑活动是人类作用于自然生态环境最重要的生产活动之一，也

是消耗自然资源最大的生产活动之一。我们已经了解到，一些节能

环保的设计并非想象中那么复杂，只要发挥我们的智慧，完全可以

为减排作出应有的贡献。首先，应因地制宜地考虑环境型建筑的标

准，具体来讲就是结合气候条件、自然条件、资源条件、经济条件

和文化条件来确定各地的绿色建筑标准，不盲目复制和理想化采

用，让节能方案切合实际。其次，在建筑设计上充分利用自然资源

设计朝向、通风性能，在屋面、墙体、门窗等建筑外围护结构上使

用具有隔热和保温性能的材料，在空调等建筑暖通设备上尽量使用

能耗低的产品，同时，充分开发利用太阳能风能和地热资源。

注：文章内所有公式及图表请用pdf 形式查看。