浅谈建筑的低碳节能设计

摘 要：全球气候的变化,人们意识到碳排放的危害。地球目前30到40年时间内的气候变化取决于过去的温室气体排放，而我们不得不接受这个事实，正视这一问题。其实，营造“低碳”的建筑环境在技术上并不复杂，甚至有些技术更为简单易行，但它的前提是需要对我们常规的设计和规划以及我们生活、工作、娱乐的方式稍做改变。

关键词：低碳；吸热； 散热；通风；设计Abstract:Global climate change, people are aware of the dangers of carbon emissions. The earth is 30 to 40 years of climate change depends on the greenhouse gas emissions in the past, but we have to accept the reality, face the problem. In fact, to create a "low carbon" building environment is not technically complicated, even some of the technology is more simple, but its premise is the need of our conventional design and planning and the way we live, work, entertainment slightly changed.

Keywords: low carbon; heat; heat dissipation; ventilation; design

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A文章编号：

前言

从全球范围来看，建筑消耗着近50%的能源、水和材料，并在建造及使用过程中产生成堆的垃圾。建筑使用能源以供给舒适生活所需的采暖、制冷以及照明。目前，这些能源绝大部分来自于矿物燃料的燃烧，并释放CO2。即使科技发展提高了能源使用效率，但总消耗量仍持续增长。原因是持续增加的建筑数量和规模，以及建筑中使用的设备与建筑环境规划相关的交通量仍在增长。然而，这些资源并不是取之不尽用之不竭，正在减少，如果我们仍不采取措施采用可持续发展的生活方式，而是仍然不加控制地使用资源、能源、材料，不加控制地产生垃圾和制造污染，环境灾难将不可避免。被动式设计提倡借助自然的力量来利用可再生能源，减少传统能源以及水资源的使用，鼓励“低碳”生活方式，改变人们的思维和行为方式，从而能大大提升建筑和城市设计的效果。

1低碳建筑设计概念

建筑的建造使用可持续性的建筑材料，包括两个方面：“再利用(reuse)”或可以“再循环使用(recycle)”，建造尽量减少现场施工，更多采用工厂预制，采用“现代建造方法”。此设计的热损失约为1千瓦，所以冬季采暖基本上只靠太阳辐射，利用被动式太阳房，太阳能集热器提供热水供热，再加上室内人体和设备的散热即可实现。

通风系统，利用带有“热恢复”性能的通风设备，在冬季利用排风和新风的温差加热新风。根据起居空间布置在南向，在冬天利用南向双层玻璃幕墙来加热新风供风，排风从北向服务空间机械排出。屋顶上布置太阳能光电板和太阳能集热器。充分利用自然采光、自然通风和太阳能控制合理解决了能源和资源问题以及视觉感受和室内热环境舒适度问题。需要说明的是，大部分地区采暖期比较长，冬季采暖要往往消耗大量能源，而夏季气候较凉爽无需考虑空调系统，所以解决好被动供热问题可以大大节约传统能源，减少二氧化碳排放量。

2建造低碳节能设计

2.1温度控制

对于温度控制，我们采用了现在气候控制方面被广泛应用的建筑结构热块( Building Thermal Mass)方法，利用大楼外露吸热材料白天和夜晚的温度变化，均衡温度起伏。通常情况下，该方法需要拆除吊顶，使楼板中的吸热材料充分暴露在空气以及房间使用者的周围，使这些吸热材料在白天温度达到峰值的时候能吸收热量，然后在晚上房间中无人的时候使房间中的空气流通，从而将积蓄的热量从建筑物中排出去。这种方法效果很好，但是在整个夏天，大楼内部正常预期积蓄的热量过多，因此不可避免地，大楼内的温度还是过高。要解决这一问题有两种方法：

1）低获热量

通过建筑物的具体设计降低热负荷，采用带有2+1 三玻中空玻璃的斯堪的纳维亚风格窗户，其通风良好的外层中空腔体中装有软百叶帘。可控的热增量来自于建筑物的传导以及空气向质量较差的建筑物渗入而造成的室外向室内的热传递。我们特别注意从更高水平进行外表隔热（墙体导热系数为0.2 W/m2K）并完全消除冷桥，这些冷桥在U 值升高时会成为重大问题。设计阶段也同样强调了气密性的重要，因此，气密性的设计目标定为气压为50Pa时每小时换气次数为1 次，在内部，我们尽可能延长可用可控的日光，并安装高效的照明和控制设备。由于小型电源和ICT 产生的热增量与建筑的使用和管理方式直接相关，因此设计组在设计阶段基本没有将这些热增量考虑在内。电源被设计为低速且具有占用传感功能的装置，以将风扇和泵所需要的能耗降到最低。

2）吸热材料的散热

除了尽可能降低热增量，使楼板中的热量以更有效的方式散出，从而使楼板在更长的时间内保持凉爽，能进一步帮助降低散热需求。对于这种情况，作为工程师可以采用瑞典率先使用的方法，让新风首先在预制楼板中循环，然后进入房间，实现通风。利用预制板上的空心孔（这种预制板最早使用时是为了减轻重量和材料含量），这些孔可用作通风管道。通过使凉爽的新风穿过楼板，这些空气吸收楼板中散发的热量然后进入房间，此时空气的温度接近于室温，空气穿过建筑，实现通风，然后被排出。在冬季则按照完全相同的方式利用高效（>90%）热回收装置进行热传递，从而从排风中回收热量。

2.2通风设计

在整体舒适度、冬季和夏季空气质量和照明等方面，设计核心方法中考虑了这两种可能性：“整体建筑通风”，此理论将过道和空气流通空间作为回风路径的一部分，将压力损失降至最低并尽可能充分利用“新风”。“平衡负荷”：通过将通风系统和建筑设计为一个整体系统的两个组成部分，两者一前一后和谐运作。利用通风良好的楼板作为散热器和吸热器，这样我们可以充分平衡负荷，从而完全成功地摆脱对分布式供暖系统的需求。此方法已被广泛利用。

将表面积很大的房顶用作供暖和散热表面，与有限的供暖需求正确结合，这意味着外部温度为-4℃时，楼板的温度只需要达到23℃（最高）。相反，在夏季，楼板温度只要达到19-20℃就能营造出有效舒适的凉爽环境。因为，吸热材料对温度变化所作的反应缓慢，这有助于为房间使用者提供一个更加舒适的环境。例如在冬季，如果楼板温度为21℃，而此时门大开使冷空气进入房间，那么楼板像一个散热器一样，使室内的温度逐渐回升——必要时将通过排风的热传递作用使室内温度回到原来的温度。同样，如果突然有许多人涌入房间，楼板会帮助吸收热量，使房间温度达到凉爽的程度。建筑成为有效的缓冲器，也可叫做调节器，而其结构便是通风系统。但是，为了使建筑的这种作用得到适当发挥，建筑设计中需要按楼板的这种运作方式设计楼板。设计组中的所有成员需要从最初阶段就开始密切合作， 建筑和工程设计顾问尤其应当如此。建筑设计需要与工程设计携手合作，了解建筑物理知识，这样建筑的各个部分都能作为单个协调系统运作。如果方法得当，那我们就有可能建成一座不仅外型美观而且功能实用的建筑。

玻璃幕墙方面可以采用温控且通风良好的预制板结构，在整个中央空间，这是唯一的环控措施。为确保这一措施的有效性，将夹层地面设计施工为搭建于混凝土热质巨柱之上的超大混凝土台，边缘处用玻璃铺设， 除穿过数段桥状边缘外， 未延伸至周围区域。混凝土台在其平面图中呈现为可穿透型，可使空气和光线在其四周流动。利用大楼本身作为空气流通的一部分的想法，不仅满足了舒适度，还尽可能降低了风扇的能耗。因此，冬季的回风通道来自南面上部，面向玻璃幕墙，以获取多余的太阳能，然后传至上面的屋顶。整个屋顶像一间机房，回风集气室内有高效热回收气体处置装置，将空气输入可通风板。

夏季时，空气在高空直接通风，经“通风管道”排出。采用“通风管道”设计的另一目的是将日光充分引入大楼内部。屋顶照明可以远程控制，让凉风进入，作为综合模式通风手段的组成部分。天窗由送风机驱动，确保空气流通与预计的一致。这一功能在夜间显得尤为重要。当外界温度较低时，空气下沉，通过打开的采光天窗进入大楼内部，然后经强制送风通风，经过热质超大 “混凝土台”，降低该结构的温度， 最后经中央 “管道”排出。

3结语

低碳建筑设计的宗旨是通过建筑设计达到尽量低的二氧化碳排放量，这是可持续发展建筑设计最好的动力，通过它可以引进其它有关可持续发展的因素如材料、能源的应用、健康生态的室内外环境等。低碳建筑不仅是因为它有助于解决我们所面临的挑战，还因为它有助于以低成本、高效益地解决问题。此外，从长远来看，它在能源安全和应对社会事务方面还会带来很多额外的好处。