低碳建筑設計方法比較研究

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【摘要】為建設資源節約型、環境友好型社會，近年來低碳建筑在我國各地大量興建，低碳建筑設計方法也成為業界關注的焦點。基于此，本文將簡單介紹和比較常用的低碳建筑設計方法，并基于BIM技術及實例，深入探討低碳建筑設計優化路徑，希望研究內容能夠為相關從業人員帶來一定啟發。

【關鍵詞】低碳建筑；設計方法；BIM技術

前言

近年來我國業界在低碳建筑設計領域開展了大量理論研究和實踐探索，各類低碳建筑設計方法也因此得到了廣泛應用。但結合實際調研可以發現，建材選用不當、忽視細節處理等問題仍廣泛存在于低碳建筑設計領域，為盡可能解決這類問題，正是本文圍繞低碳建筑設計方法開展具體研究的原因所在。

1常用的低碳建筑設計方法及策略選擇

1.1常用的低碳建筑設計方法

在低碳建筑設計中，設計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鍵領域進行低碳建筑設計，這屬于最為基礎的低碳建筑設計方法，分析供熱與制冷的平衡、減少建筑能源需求、選用低碳排放設備、應用可再生能源、降低建筑運行能耗等則屬于具體的低碳建筑設計方法。在分析供熱與制冷的平衡過程中，設計師需結合建筑冷熱平衡原理，以此保證設計能夠盡可能減少不必要的建筑熱損失和熱增益。結合具體分析可以發現，機械設備運行、燈光照明、人員活動屬于建筑室內熱增益的主要來源，因此可通過提供獨立通風使用空間控制機械設備熱量、為建筑使用者提供充足使用空間、采用可獨立控制的高效照明系統，實現不必要熱增益的減少，同時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用中，低碳建筑設計需設法實現建筑能源需求最小化，為達成這一目標，建筑的構造和形式設計需得到重點關注，通過減少能源消耗與碳排放，低碳建筑設計即可更好服務于環境的改善和修復。具體設計中，需合理組織建筑構件與建筑元素，建筑的節能減排目標需采用非機械設備方法實現，如采用充分利用室內熱增益和太陽能的建筑供熱設計，保證建筑形體能夠較好服務于節能，遮陽技術、自然采光技術、自然通風技術、保溫隔熱技術的針對性應用也需要得到重視[1]。在選用低碳排放設備的過程中，設計需以盡可能減少建筑主動式能源需求為前提，并同時充分利用被動式設計，由此針對性選用建筑能源設備，貫徹節能高效原則，即可為低碳建筑設計目標實現提供有力支持。值得注意的是，低碳排放設備的選用還需要基于碳排放系數針對性選擇設備運行用燃料；在應用可再生能源的過程中，設計師需采用可再生能源系統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，滿足低碳建筑的動力和熱力需要。在具體的可再生能源利用過程中，供電系統和可再生能源供熱系統的技術要求結合需得到重點關注，并整體性考量建筑類型和需求；為降低建筑運行能耗，設計師需針對性保留適當的空間位置，以此滿足能源管理、計量系統的安裝和使用需要，配合科學實用的監測方法，即可為低碳建筑的高效運行提供保障，配合計算機模擬預測技術、咨詢和調查收集公眾意見、開展針對性的交互式設計，即可更好滿足低碳建筑設計需要[2]。

1.2低碳建筑設計策略選擇

為更好滿足低碳建筑設計需要，低碳建筑設計策略選擇同樣不容忽視，結合環境屬性、合理應用環保建材、針對性設計建筑結構形式、科學應用可再生能源均屬于其中關鍵。在結合環境屬性的低碳建筑設計中，設計師需結合建筑所在地的自然環境開展針對性的低碳設計，以此保證低碳建筑與自然環境的順利融合，基于自然環境的建筑選址屬于其中關鍵；合理應用環保建材也能夠較好服務于低碳建筑設計，因此設計師應合理選用可循環再生建筑材料，避免采用污染大、能耗高的建筑材料，建筑材料的區域性、本土材料的應用、新型環保材料的應用也需要得到重視；針對性設計建筑結構形式同樣需結合建筑所在地氣候，如采用較低的窗墻比設計、合理應用隔熱功能優秀的玻璃、基于墻體與陽臺等結構實現建筑物遮陽，均可基于氣候實際減少建筑對冷熱能源的需求，實現低碳節能目標。此外，建筑與景觀公園的融合也能夠較好服務于低碳建筑設計目標實現，配合建筑表面的多層綠化，即可打破內外空間局限，更好貫徹低碳建筑設計理念，這也屬于低碳建筑設計的一種突破；科學應用可再生能源也需要結合不同地區的氣候特點，如我國北方地區可尋求替代供暖的能源形式，南方地區則需要針對性選擇能耗較低的空調設備，自然通風的利用也需要同時得到重視。此外，自然光的合理利用、新型低碳環保節能技術的應用同樣需要得到重視，如基于鏡面對光反射采光、利用光伏熱電轉換效應、二次利用居民生活廢水等[3]。

2低碳建筑設計的優化路徑

2.1設計方向選擇

為更好開展低碳建筑設計，應從材料使用、建筑使用能耗、建造活動能耗、建筑綠化碳匯、水資源消耗及處理五方面碳排放來源進行分析，并同時結合建造、運行、拆除三個階段，由此可確定四方面低碳建筑設計的優化方向，即建筑材料、運行使用、場地利用，水資源消耗，由此細化建筑物全壽命周期碳排量，并進行針對性的各專業設計內容分工，即可開展針對性、有效性、科學性均較高的低碳建筑設計，圖1為建筑物全壽命周期碳排量與各專業設計內容關聯圖，由此即可直觀了解低碳建筑設計思路及具體分工。

2.2設計優化路徑

基于圖1，可深入了解低碳建筑設計方向，因此本文建議從低碳建筑空間設計、低碳結構形式選用、低碳設備效能優化三個方面入手，實現低碳建筑設計優化。在低碳建筑空間設計中，設計可圍繞降低建筑體形系數、針對性設置遮陽、增加冬季陽光入射、增加圍護結構展開，以此減少能量損失、減小夏季空調負荷與冬季供暖負荷。以增加圍護結構為例，增加保溫層屬于最為基本的設計方法，通過增加保溫層厚度并選用保溫性能優秀的復合墻體，即可較好服務于低碳建筑設計，而考慮到建造階段材料內含碳排量會因增加保溫層而提升，因此需針對性把握材料內含碳排量增加值和厚度增加帶來的使用碳排量減少，由此確定最優點，合理設計保溫層厚度。此外，還需設法保證外墻、屋頂、與空氣接觸樓板的保溫性能，并結合不同地區及朝向設置特點，由此即可更好滿足低碳建筑設計需要；低碳結構形式選用需深入對比木框架結構、輕型鋼框架結構、鋼筋混凝土框架結構等結構形式的碳排量，同時還需要考慮建筑結構形式對結構安全性、建筑空間組合造成的影響，由此結合各種因素針對性確定結構形式，即可深化低碳建筑設計。在低碳結構形式選用的過程中，混凝土強度的針對性控制、鋼構件使用效率的提升、建筑工業化技術的應用均需要得到重視，由此減小構件尺寸與混凝土用量、減少建筑用鋼量、針對性選用就地取材的結構材料、推進建筑工業化，低碳建筑設計水平便能夠得到更好保障；低碳設備效能優化需設法提升電力傳輸效率、選用變頻控制設備、設計水資源回收利用系統、針對性控制給水系統壓力，具體設計需圍繞高導電率導體、基于用戶負荷動態的調節系統、減壓閥等設備配置展開，并同時探索基于太陽能利用、地熱能利用、建筑微電網系統的一體化低碳建筑設計。

2.3合理應用BIM技術

BIM技術屬于近年來廣泛應用于我國建筑設計領域的技術形式，其在低碳建筑設計中也能夠發揮較為不俗效用。在BIM技術支持下，設計師可結合工程實際，對建筑物全生命周期內的碳排量預算進行分析，以此針對性開展建筑設計低碳性評價，即可針對性選擇低碳建筑設計優化方向。以某工程為例，在建筑設計低碳性評價，這一工程的運行使用、水資源消耗、材料使用三方面不符合要求，建筑設計低碳性未達標。因此設計人員針對性開展了低碳建筑設計優化，采用的具體優化措施包括采用加氣混凝土砌塊取代復合PE板保溫砌塊、在外墻及屋面設置太陽能光伏發電板、設置雨水回收系統、設置遮陽構件、優化建筑外墻窗墻比、降低建筑物層高。在完成設計優化后，采用BIM技術重新計算建筑物全壽命周期碳排量，最終建筑設計低碳性順利達標，BIM技術的應用價值可見一斑。

3結論

綜上所述，低碳建筑設計方法的應用需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的設計方向選擇、設計優化路徑、合理應用BIM技術等內容，則提供了可行性較高的低碳建筑設計方法應用路徑。為更好開展低碳建筑設計，全壽命周期理念的引入、新低碳環保節能技術的針對性應用均需要得到重點關注。

參考文獻

[1]付維.低碳建筑設計理念及其在建筑規劃設計中的運用研究[J].居舍，2019（17）：88.

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

[3]朱文莉，王曉軍，趙強.低碳建筑設計模式研究———英國皇家建筑師協會氣候變化應對策略[J].工業建筑，2016，46（8）：169-172.

作者：何立群 單位：江西同濟建筑設計咨詢有限公司