住宅建筑設(shè)計(jì)中融合低碳設(shè)計(jì)理念

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摘要：低碳設(shè)計(jì)是今后各行各業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，在住宅建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用低碳設(shè)計(jì)理念，能夠有效處理以往工程設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中所存在的資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、能源消耗等問題。在建筑設(shè)計(jì)過程中結(jié)合低碳設(shè)計(jì)理念，可有效提升建筑工程設(shè)計(jì)水平與質(zhì)量，保證住宅建筑符合綠色環(huán)保理念，為人們提供更加舒適的生活環(huán)境，促進(jìn)建筑領(lǐng)域的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。對(duì)此，首先對(duì)低碳設(shè)計(jì)理念進(jìn)行介紹，然后對(duì)住宅建筑設(shè)計(jì)中低碳設(shè)計(jì)理念的融合策略進(jìn)行分析，并選擇某住宅建筑作為研究對(duì)象，對(duì)低碳設(shè)計(jì)策略進(jìn)行詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：低碳設(shè)計(jì)理念；住宅建筑；融合策略；應(yīng)用

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展理念要求，在住宅建筑工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注低碳設(shè)計(jì)理念的要求，減少二氧化碳排放量和建筑能源耗損，對(duì)此，可應(yīng)用全新設(shè)計(jì)觀念與設(shè)計(jì)形式，提升住宅建筑工程低碳設(shè)計(jì)水平。現(xiàn)階段，低碳設(shè)計(jì)理念已逐漸被推廣應(yīng)用于建筑行業(yè)，在建筑工程設(shè)計(jì)建設(shè)中采用低碳設(shè)計(jì)方式，可有效解決資源耗損較大、工程建設(shè)質(zhì)量等方面問題。因此，亟須對(duì)住宅建筑設(shè)計(jì)中低碳設(shè)計(jì)理念的融合展開深入研究。

1低碳設(shè)計(jì)理念

低碳設(shè)計(jì)理念具體指的是將低碳理論作為基礎(chǔ)，最大程度提升資源的使用率，在建筑工程設(shè)計(jì)過程中，需應(yīng)用各種節(jié)能減耗手段、技術(shù)等，對(duì)資源耗損進(jìn)行有效管控，實(shí)現(xiàn)減排和減耗的目的，可起到保護(hù)環(huán)境的作用，低碳設(shè)計(jì)的內(nèi)涵如下：①依據(jù)建筑物實(shí)際應(yīng)用情況和使用期限，對(duì)各種節(jié)能減排因素進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)規(guī)劃建設(shè)、施工設(shè)計(jì)、投入應(yīng)用等建設(shè)過程中存在環(huán)境問題進(jìn)行全面分析，通過加強(qiáng)建設(shè)活動(dòng)和設(shè)計(jì)的控制力度，有效減少對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)四周環(huán)境的影響，對(duì)建筑工程所在區(qū)域的水文環(huán)境、地理環(huán)境、氣候條件、地貌特征等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，選用節(jié)能減排的建筑組件與結(jié)構(gòu)；②在開展低碳設(shè)計(jì)過程中，需遵照合理使用自然資源和土地資源的理念，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，促進(jìn)能源使用率的提升；③在設(shè)計(jì)期間，需應(yīng)用低碳、環(huán)保等方面能源，盡量減少使用傳統(tǒng)資源，例如，石油、煤炭等，進(jìn)而對(duì)碳排放量進(jìn)行控制，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境所造成的污染；④低碳理念指的是應(yīng)用可回收、可再生、清潔的資源[1]。

2住宅建筑設(shè)計(jì)中低碳設(shè)計(jì)理念的融合策略

2.1朝向

在對(duì)住宅建筑應(yīng)用低碳設(shè)計(jì)理念時(shí)，需對(duì)工程項(xiàng)目施工地區(qū)氣候條件進(jìn)行全面調(diào)查、分析，根據(jù)本區(qū)域日照狀況，合理設(shè)計(jì)出住宅建筑的朝向和位置，確保陽光能夠照射到每個(gè)樓層內(nèi)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，在住宅建筑進(jìn)行選址時(shí)，需對(duì)城市環(huán)境影響因素進(jìn)行綜合考量，防止因未按規(guī)定要求擴(kuò)大住宅建筑面積，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)日照強(qiáng)度、時(shí)長(zhǎng)產(chǎn)生影響。相同地區(qū)，甚至是相同住宅建筑的朝向存在較大差異，使得太陽熱損、光輻射都不一致，在對(duì)住宅建筑的方位進(jìn)行明確時(shí)，需根據(jù)工程建設(shè)地區(qū)的日照情況、氣候條件等方面內(nèi)容。通過綜合考慮該地區(qū)太陽高度角的情況，精確計(jì)算出光照范圍，確保住宅建筑朝向設(shè)計(jì)的科學(xué)性，同時(shí)也可合理縮小朝北與朝東的窗戶面積，以此來擴(kuò)大朝南面窗戶的面積，提升室內(nèi)光照效果。

2.2建筑體型

在住宅建筑工程施工過程中，圍護(hù)墻體所消耗的資源比較多，大約占整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)總體能耗的25%，若外露規(guī)模較大，則能源消耗越多。建筑物體形會(huì)對(duì)外露面積產(chǎn)生影響，若體型指數(shù)較高，則會(huì)消耗更多能源。西方國(guó)家在很多建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，基本應(yīng)用圓塔形設(shè)計(jì)方案，其原理是圓形的周長(zhǎng)一般較短，能夠縮小外露的面積。對(duì)此，在建筑項(xiàng)目形體設(shè)計(jì)過程中，需合理規(guī)劃建筑物外觀形體，降低能源的消耗。

2.3平面設(shè)計(jì)

2.3.1平面開口設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑工程平面開口進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需將建筑物室內(nèi)通風(fēng)條件作為依據(jù)，平面開口位置與風(fēng)流關(guān)系見圖1。通過相關(guān)研究表明，住宅建筑項(xiàng)目北向與南向開口處，會(huì)影響到室內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境，對(duì)此，需對(duì)北向與南向開口軸線的暢通性進(jìn)行改善，以此可使室內(nèi)產(chǎn)生穿堂風(fēng)。在南北方向，若平面開口可實(shí)現(xiàn)軸線對(duì)開，可將室內(nèi)風(fēng)向改變?yōu)橹本€方式進(jìn)行流動(dòng)，如果風(fēng)速越快，則偏離位置的氣流速度越低。通過應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，可提升穿堂風(fēng)的風(fēng)速，然而，室內(nèi)氣流較為混亂，有可能也會(huì)降低室內(nèi)環(huán)境的適宜性和舒適度，特別是在夏季，建筑室內(nèi)的空氣流動(dòng)需盡可能維持在均勻的狀態(tài)，來改善室內(nèi)空氣環(huán)境。因此，需對(duì)平面方面加以關(guān)注，另外，出風(fēng)口、風(fēng)向、出風(fēng)口方位不得在相同軸線上，保證建筑室內(nèi)氣流場(chǎng)的穩(wěn)定性，可使得室內(nèi)中的氣流能夠均勻分布[2]。

2.3.2平面體形設(shè)計(jì)

在對(duì)獨(dú)棟住宅建筑項(xiàng)目的平面體形進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，曲線形展開與直線形展開風(fēng)環(huán)境見圖2。如果風(fēng)向投射面寬或空氣流動(dòng)方向一致，與直線形住宅建筑對(duì)比發(fā)現(xiàn)，曲線形住宅建筑的長(zhǎng)度一般較大，可有效減少建筑項(xiàng)目下風(fēng)向中渦流區(qū)的壓強(qiáng)。因此，可應(yīng)用曲線形方式對(duì)住宅建筑進(jìn)行布局，可使得室內(nèi)風(fēng)環(huán)境達(dá)到最佳效果。

2.3.3平面區(qū)域的合理劃分

在大多數(shù)區(qū)域，夏季溫度高，住宅建筑消耗的能源較多，為了能夠?qū)κ覂?nèi)熱環(huán)境進(jìn)行改善，需確保自然通風(fēng)的暢通性，盡可能降低空調(diào)設(shè)備的能源消耗。在室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，采用隔墻平面規(guī)劃方式，會(huì)影響到室內(nèi)通風(fēng)的效果，例如，當(dāng)廚房溫度過高時(shí)，需規(guī)劃到北面，若廁所濕度較高時(shí)，需規(guī)劃到西面，西面日照充足，此外，臥室則需規(guī)劃到南面，使通風(fēng)效果達(dá)到最佳。建筑平面隔墻布置與室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)關(guān)系見圖3。

2.4剖面設(shè)計(jì)

2.4.1開窗洞口剖面位置與室內(nèi)風(fēng)環(huán)境

在對(duì)住宅建筑的剖面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，開窗洞口方位會(huì)直接影響到室內(nèi)的氣流分布和方向，建筑剖面洞口位置與室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)關(guān)系見圖4，應(yīng)根據(jù)具體狀況，對(duì)洞口剖面方位進(jìn)行優(yōu)化。在一般狀況中，如果氣流高度大約在1.5m時(shí)，則通風(fēng)效果最佳。對(duì)此，在設(shè)計(jì)風(fēng)口方位時(shí)，需考慮到室內(nèi)環(huán)境的舒適性[3]。

2.4.2建筑剖面形式與通風(fēng)方式為改善住宅通風(fēng)環(huán)境，在住宅設(shè)計(jì)中，可采用以下兩種通風(fēng)形式，分別是熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)，也可將這兩種形式相融合。為了能夠?qū)κ覂?nèi)通風(fēng)效果進(jìn)行改善，在選用建筑剖面方式時(shí)，需參考各種通風(fēng)形式。平面進(jìn)深、建筑體體形朝向等均會(huì)對(duì)風(fēng)壓通風(fēng)產(chǎn)生較大影響，為了提升熱壓通風(fēng)性能，需加強(qiáng)對(duì)建筑室外與室內(nèi)自然通風(fēng)環(huán)境的控制。在對(duì)住宅建筑項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用熱壓通風(fēng)的方式，常見有通風(fēng)中庭式和通風(fēng)塔式。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理使用熱壓通風(fēng)的方式，可有效提升建筑室內(nèi)通風(fēng)條件。各種不同熱壓通風(fēng)建筑剖面形式見圖5。

2.5立面設(shè)計(jì)

2.5.1立體綠化與立面色彩在對(duì)住宅建筑的立面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可推廣應(yīng)用立體綠化設(shè)計(jì)方式。另外，還需設(shè)置自動(dòng)噴淋設(shè)備，建立綠色屏障。

2.5.2立面遮陽設(shè)計(jì)

夏季氣溫較高，對(duì)建筑物的遮陽效果提出了更高的要求，因此，在立面設(shè)計(jì)時(shí)需應(yīng)用遮陽組件，并且還需考慮到是否會(huì)影響到室內(nèi)的通風(fēng)條件，防止出現(xiàn)陽光直射和室內(nèi)溫度較高的情況，最大程度發(fā)揮出遮陰的效果。因此，在對(duì)住宅建筑立面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)建筑建設(shè)區(qū)域環(huán)境特征，選用遮陽設(shè)備[4]。2.5.3立面導(dǎo)風(fēng)設(shè)計(jì)如果建筑工程的通風(fēng)條件比較好，則能耗損失一般較低，可將高熱空氣循環(huán)到室外，使得室內(nèi)環(huán)境更加舒適。因此，在住宅建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，需重視平面設(shè)計(jì)、場(chǎng)地規(guī)劃等，改善自然通風(fēng)的效果，與此同時(shí)，在住宅建筑立面設(shè)計(jì)時(shí)，需應(yīng)用導(dǎo)風(fēng)設(shè)計(jì)方式，具體可布置導(dǎo)風(fēng)板、立面開口等。

2.6建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)低碳設(shè)計(jì)

外墻是住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中十分重要的組成部分之一，住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的磚石結(jié)構(gòu)有較大差異，可應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，發(fā)揮良好的承重作用。為了能夠充分發(fā)揮出外墻結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能，需對(duì)外墻的重量進(jìn)行嚴(yán)格控制，在對(duì)外墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，需應(yīng)用適宜的施工技術(shù)和重量較輕的保溫材料。因此，需選用適當(dāng)?shù)牟牧希苊鈶?yīng)用巖棉板、聚苯乙烯泡沫板等材質(zhì)輕盈的施工材料。

2.7可持續(xù)清潔能源的利用

在設(shè)計(jì)住宅建筑時(shí)，大多數(shù)設(shè)計(jì)工作者未與低碳設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，同時(shí)也未對(duì)建筑工程項(xiàng)目周圍水文環(huán)境、地質(zhì)條件、氣候環(huán)境等方面進(jìn)行綜合考慮。在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需依據(jù)低碳設(shè)計(jì)理念的要求，合理應(yīng)用自然環(huán)境中的再生資源。

3基于低碳理念的住宅建筑設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1工程概況

某住宅工程項(xiàng)目的建筑總體面積約為39.45萬m2，占地面積約為17.17萬m2，建筑高度為60m~80m，層數(shù)則在20~25范圍內(nèi)。該工程區(qū)域維度較低，項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)儆诟咴降丶撅L(fēng)氣候，全年溫度都在15℃以上，氣候宜人，四季如春。在該住宅工程設(shè)計(jì)時(shí)，需融入低碳設(shè)計(jì)理念，保證住宅建筑室外和室內(nèi)環(huán)境的舒適性。依據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，需將陽臺(tái)、建筑頂部、墻體結(jié)構(gòu)等布置成空中花園，充分體現(xiàn)出低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，在空中花園設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用新型立體綠化工藝，可起到隔熱、降溫的作用，與此同時(shí)，還可美化環(huán)境、改善空氣質(zhì)量，增加建筑綠化面積。此外，需對(duì)氣流、采光等方面進(jìn)行控制，保證住宅建筑設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

3.2屋面節(jié)能設(shè)計(jì)

在對(duì)住宅建筑進(jìn)行低碳設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用光、太陽輻射、風(fēng)等自然條件中的能源，使建筑物能夠與自然環(huán)境相結(jié)合。在設(shè)計(jì)屋面結(jié)構(gòu)時(shí)，使用板式布局，增加樓間距，提升光照條件，在屋頂位置做好保溫措施。在地面凍土層下方設(shè)置隔熱層，可組成閉合保溫隔熱系統(tǒng)，有效控制能源流失。根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)，還需將集熱器安裝在屋面花架中，在太陽能板安裝時(shí)，需依據(jù)建筑位置將其安裝在南偏東45°與15°處，充分利用太陽能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)熱水資源。將全部水箱安裝在屋頂處，應(yīng)用換熱盤管進(jìn)行再次熱化。晴天光照比較強(qiáng)，太陽能輻射被集熱器所吸收，如果水溫大于水箱中水溫5K～10K，則溫差控制設(shè)備會(huì)自動(dòng)發(fā)出控制指示，此時(shí)開啟圖5各種不同熱壓通風(fēng)建筑剖面形式循環(huán)水泵，可將熱水運(yùn)送到水箱盤管內(nèi)。應(yīng)用此類設(shè)計(jì)形式，能夠在屋頂位置種植一些植被，通過培植基質(zhì)材料和植物等方式起到熱阻的作用，防止因太陽輻射導(dǎo)致室內(nèi)出現(xiàn)高溫的情況。另外，對(duì)于雨水收集系統(tǒng)，可設(shè)置在屋頂處，將收集的雨水用于澆灌植被，可節(jié)約大量的水資源。

3.3外墻保溫設(shè)計(jì)

在應(yīng)用低碳設(shè)計(jì)理念時(shí)，需合理設(shè)計(jì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，減少室內(nèi)能源消耗。根據(jù)調(diào)查研究，外墻結(jié)構(gòu)所消耗的能源大約占建筑能耗總量的30%，實(shí)際數(shù)值取決于墻體結(jié)構(gòu)的面積。如果應(yīng)用保溫性能高的砌筑材料，可有效防止出現(xiàn)冷橋情況。外墻的主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，如果應(yīng)用保溫砂漿對(duì)飾面層進(jìn)行施工，則可提升住宅建筑的保溫效果。在設(shè)計(jì)外墻結(jié)構(gòu)時(shí)，保溫層鋪貼需使用輕質(zhì)多孔材料，應(yīng)布置耐堿玻纖網(wǎng)格布與抹面砂漿，隨后使用彈性膩?zhàn)优c抹面膠漿進(jìn)行施工。由于住宅工程項(xiàng)目建設(shè)的高度比較高，因此，建筑風(fēng)荷載也比較大，而外墻則需承受較大風(fēng)荷載，使墻體出現(xiàn)負(fù)風(fēng)壓的現(xiàn)象。通過應(yīng)用此類型設(shè)計(jì)形式，不但可充分發(fā)揮出外墻保溫性能，而且還可延長(zhǎng)住宅建筑的使用壽命。

3.4自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

夏季建筑室外溫度較高，因此，需合理設(shè)計(jì)自然通風(fēng)效果，改善室內(nèi)環(huán)境的舒適度，減少空調(diào)的使用次數(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保設(shè)計(jì)的目的。根據(jù)該區(qū)域風(fēng)環(huán)境情況，建筑立面應(yīng)設(shè)計(jì)成朝西南方向，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)橄募撅L(fēng)，而窄端切角需朝西北方向。另外，每一棟住宅建筑需應(yīng)用雙向開窗設(shè)計(jì)形式，可滿足室內(nèi)的風(fēng)壓通風(fēng)要求，加速室內(nèi)空氣循環(huán)。

3.5門窗低能設(shè)計(jì)

在冬季環(huán)境下，門窗發(fā)揮著熱交換的作用，所消耗的能源比較高。對(duì)此，需應(yīng)用門窗低能設(shè)計(jì)形式，減少門窗能源消耗。在設(shè)計(jì)時(shí)，使用阻熱設(shè)計(jì)方案，可有效處理門窗結(jié)合位置的間隙。由于朝南房間受到太陽直射的影響，會(huì)使得房間出現(xiàn)眩光現(xiàn)象，且會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高，因此，可采用單側(cè)反光單向玻璃，降低熱輻射。

4結(jié)語

綜上所述，我國(guó)對(duì)環(huán)保事業(yè)的不斷重視，推動(dòng)了低碳型建筑的革新和發(fā)展。然而，現(xiàn)階段在住宅建筑工程設(shè)計(jì)時(shí)，低碳設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用比較少，阻礙了建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)當(dāng)前住宅建筑工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題和不足進(jìn)行全面分析，并采取有效的解決措施，對(duì)人們的住房要求進(jìn)行調(diào)查分析，堅(jiān)持低碳設(shè)計(jì)理念，為人們營(yíng)造出舒適的生活環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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作者:肖凌 單位:甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司