低碳式建筑设计技术及方法

摘要：要建立科学与低碳建筑设计交融的框架体系，积极运用新科学影响下的各种技术手段尤其是计算机技术，探索高效的低碳建筑设计技术与方法，推动我国低碳建筑的发展。本文探讨了低碳式建筑设计技术及方法。

关键词：低碳式；建筑设计；技术；方法

建筑行业是消耗资源、能源以及排放有毒、有害气体的大户，据统计数据显示，在社会能耗中建筑行业占总能耗的46.7％。所以，我们要把低碳思想溶于对城镇的建设中。低碳建筑是低碳生活的一个重要方式，所以可以将其解释为：要采用人工手段和自然条件使生活环境更加舒适和健康。

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一、低碳建筑的涵义

低碳建筑是指建筑在规划、设计和建造过程，尤其是在使用过程中，在满足室内热湿环境等使用要求的前提下，通过使用节能技术和产品，直接或间接减少能源的使用，提高能源使用效率，或使用清洁能源，从而降低二氧化碳排放。

二、低碳建筑设计的原则

低碳节能建筑设计应遵循现代开放、端庄朴实、简洁流畅、动态亲民的建筑形象，从选址到格局，从朝向到风向，从平面到外向，从间距到界面，从单体到群体，都要采集天然能源，以利节能；注重空间的阳光感、流动感与体量感；充分体现材质的轻重、粗细、虚实对比以及建筑设计中各类节能、环保低碳建筑技术的应用。同时还应做到：

1、引入“低碳节能”观念，掌握节能技术，树立节能意识。积极利用低能耗资源和自然资源，是搞好低碳节能建筑设计的关键。低碳节能的建筑设计应以“低碳、节能、技术”为发展模式，在整个设计过程中，关注建筑节能、环境特征的表现和技术的运用，使之融入建筑设计中，产生建筑形象。因此，设计在尊重自然环境、减少能源消耗的同时,还要从环境保护、资源节约的角度考虑建筑功能与生态环境稳定性和持久性。

2、低碳节能建筑设计的特点应符合整体设计与多元共融。结合当地文化内涵，发掘不同建筑类型的特点，开发适合本地生态环境的新型能源和技术，整合并完善建筑功能，以满足使用者对适宜的、高舒适居住环境的追求，提升整个设计的环境质量和文化品质。力求科学化、逻辑化、智能化、系统化的设计，使整体功能适应各种功能性质的使用要求。“建筑当随时代”，倡导低碳节能建筑设计，是我们在建筑创作中应该明确的主导思想。

三、低碳式建筑设计技术及方法

1、自然采光设计

自然采光主要指白天充分利用阳光来为空间照明的方式。自然采光设计可以分为被动式自然采光设计和主动式自然采光设计。

被动式自然采光设计主要指白天充分利用阳光来为空间照明进行学习、工作、生活与生产的传统良好的节能方式设计，当代仍然有效。可是这种建筑采光设计都是假定天空是全阴天，不考虑晴天和直射阳光，对阳光一天中时空变化所带来的采光不稳定，过热、眩光和阳光的光化作用以及光光、光热、光电等利用问题设计过简或完全忽略。目前看来这确实是对光能的极大浪费，必须转变。尽管这种免费的且取之不竭的能源在利用上会受到一定限制，但是完全可以通过各种技术方法与手段提高其采光效果。

主动式自然采光设计主要指采用镜面反射采光，利用导光管导光、光纤导光，棱镜组传光，利用卫星反射镜采光，光伏效应间接采光等技术和方法来进行采光设计。这些采光方法适用于无窗或地下建筑、建筑朝北房间以及识别有色物体或有防爆要求的房间。它不仅改善室内光照环境质量，在无天然光的房间也能享受到阳光照明，而且可以减少人工照明用电，节约能源，减少CO2的排放，保护环境。

当设计一座采用自然采光技术的建筑物时，应该进行认真的设计与评估。特别需要考虑到建筑物的朝向、间距、当地的气侯以及全方位潜在的障碍物对光线采集量的影响、建筑物的电力照明设备和室内设计的配合、如何将光线引入室内空间、各种电力照明设备的照明负荷有什么不同、如何使这些设备运行得更加有效等等。自然采光技术不仅能够达到节能减排的效果，还能让建筑物的使用者享受到自然采光照明的良好效果。事实上，根据研究显示，利用天然光照明能够提高人们的工作与学习效率以及增进健康。这就意味着将日光照明技术应用到建筑设计上，能有机会增加建筑自身和其使用者的工作效率。

2、自然通风设计

应用于建筑上的自然通风可分为三种类型：风压作用通风、热压作用通风和热压与风压的综合作用通风。三种类型的自然通风都是由于自然形成的气压差引起的。不过，风压通风是利用自然风力引起的气压差，而热压作用通风则利用气压和湿度上的差异引起的上升浮力所产生的压力。因此，我们需要采取不同的建筑设计使自然通风方式发挥最大效果。

建筑物自然通风有四种主要途径：单侧通风、穿堂风、烟囱效应及反烟囱效应。在进行平面或剖面上的功能配置时，除考虑空间的使用功能，也要对其热产生或热需要进行分析，尽可能集中配置。使用空调的空间尤其要注意其绝热性能。一方面通过建筑体形设计、朝向、建筑群的布局等，根据当地风动环境来取得最大的自然通风。另一方面，建筑物的平面形状及建筑群的布置方式也会引起气流的不同变化。各种建筑构件，如导风板、窗户设置方式（窗户朝向）、窗户尺寸、窗户位置和窗户开启方式等都会直接影响建筑室内气流分布。

在经过精心设计后，自然通风可以实现两种不同的功能。一是健康通风，用室外的新鲜空气更新室内空气，保持室内空气质量符合人体卫生要求，这是在任何气候条件下都应该予以保证的。二是热舒适通风，直接增加人体散热和减少皮肤出汗引起的不舒适，进而改善条件，另外还可以降低建筑表面的温度，带走建筑围护结构储存的能量，达到降温的目的。自然通风可以削减建筑施工成本和运行成本，并且可以减少空调和风扇的能源消耗。此外，由于室内没有使用风扇等机械装置，室内的噪音亦可减低。

3、建筑物的体形设计。设计合理的建筑物体形和平面形式，可以有效地促进空气流通，减少供暖或制冷所耗费的能源，有利于落实低碳建筑理念。不同地区、不同建筑层数的体形系数也有所不同，在设计建筑体形时应当充分考虑体形系数对低碳环保的影响。倡导建筑与室内一体化的设计理念，尽量选用耐久性强、高性能、低材耗的建筑体系，有利于减少施工所耗费的各项资源，降低施工所造成的环境污染。

4、绿色建材的选择。建筑材料是建筑施工中产生能耗和污染根源，现阶段很多常用的建材均会对环境产生严重的负面影响。如人造板材会挥发大量甲醛，加气混凝土会散发大量氡气，这些排放物不仅会污染环境，更重要的是会对人体健康产生不利影响。所以，在建筑设计中应多选用工业化成品，或者是可循环再利用的建材，避免使用内含能源高的材料，这是有效降低和控制建筑中二氧化碳排放量的重要途径。此外，在应用新材料的同时，还应兼顾材料的原生态性和地域性。如，在黄土高原地区，可直接利用黄土、麦草、芦苇等当地原料加工成生土材料，既能降低施工成本，又能实现节能降耗的目标。在建筑室内装修上也可选用施工便捷、能耗小、具备调节室内微气候作用的绿色建材。如，日本大多数零排放的建筑室内选用消石灰壁纸，有利于室内湿度的调节。

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5、建筑保温设计。建筑保温设计是减少建筑能源消耗的有效途径之一，也是落实低碳理念的重要方面。其设计方案具体如下：

（1）单一材料的建筑保温设计。此种设计方案所选用的保温材料所具备的保温性能较高，加之保温材料不用兼顾承重作用，所以其选用的范围较大。如轻型空心砌块墙体或加气混凝土砌块墙体等，均适合用于非承重结构的保温墙体设计。（2）保温材料与承载材料相结合的保温设计。应选用强度满足承载要求、导热系统小、耐久性强的保温材料。如在砌体结构墙体或钢筋混凝土墙体内侧先做水泥珍珠岩砂浆保温层，而后做厚度为2mm 的纸筋灰罩面的装饰层，该方案适用于外墙承担承重作用的墙体保温设计。（3）混合做法的保温设计。该种设计方案既能满足建筑物的保温性能要求，又能确保技术经济上的合理性。如，在保温设计时不仅要有承载结构和封闭空气间层的外墙，还要有实体材料的保温层，这样会达到良好的保温效果。该方案适用于对热工要求高的建筑设计。（4）墙体传热异常部位的保温设计。为了避免建筑中过梁或钢筋混凝土梁等部位出现“冷桥”现象，从而对室内温度造成影响，应当对这些重要部位实施局部保温措施。

总之，在低碳环境下，建筑的碳排放标准真实且直观的反映了其对人们赖以生存环境的影响，因此我们必须在初期设计阶段做好充分准备，完善编制设计方