低碳設計下的高層住宅建筑設計

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【摘要】從系統(tǒng)分析角度對低碳設計理念下住宅建筑設計技術體系展開研究，能夠為建筑的低碳化發(fā)展指明方向。在此基礎上，結合高層住宅建筑設計實例，從屋面節(jié)能、外墻保溫等多個角度對低碳設計理念運用方法進行探討，為類似工程的建設提供參考。

【關鍵詞】低碳設計理念；高層住宅；建筑設計

引言

在城市碳排放問題日漸嚴重的情況下，建筑、交通等產業(yè)勢必要向低碳化的方向發(fā)展。根據聯合國IPCC組織的報告可知，城市住宅能源需求占全球能源需求的67%以上，產生的二氧化碳排放量超出全球排放量70%[1]。因此在高層住宅建筑設計中，還要加強低碳設計理念的運用，以便通過節(jié)能減排設計促進城市環(huán)境的改善，滿足住宅建筑可持續(xù)發(fā)展需求。

1低碳住宅技術體系分析

運用低碳設計理念實現住宅建筑設計，還要從建筑整體結構構造設計角度出發(fā)，降低建筑物能源消耗和污染排放，使建筑內外環(huán)境得到改善。將低碳自然住宅系統(tǒng)設計當成是前提進行主要技術體系構建，可以得到表1。遵循低碳住宅設計原理，在建筑各部分構造設計中對各種科技手段進行運用，能夠使建筑與環(huán)境較好地結合在一起，通過相互作用減少污染和能耗，繼而使低碳住宅維持平衡運行。

2基于低碳理念的高層住宅建筑設計實踐

2.1工程概況

瀛景•國際康養(yǎng)社區(qū)二期項目位于玉溪市江川縣，總建筑面積約39.45萬m2，用地約17.17萬m2。大部分建筑屬于高層住宅，高度在60~80m范圍內，建筑層數在20~25之間。所在地區(qū)為低維度高原山地季風氣候，全年平均溫度達到15℃，氣候溫和，無酷暑寒冬。在項目設計上，強調通過低碳環(huán)保設計營造舒適建筑內外環(huán)境，做到“恒溫恒濕”，體現現代生活方式。按照設計要求，需要打造空中花園，如圖1所示。作為在建筑頂部、墻體、陽臺等位置實現園林景觀設計的一種低碳技術系統(tǒng)，空中花園采用全新立體綠化技術，能夠起到降溫、隔熱等效果，同時發(fā)揮凈化空氣和美化環(huán)境等作用，大大提升建筑綠化覆蓋率，能夠為高層住宅建筑低碳設計提供新思路。通過加強采光、氣流等各方面控制完成舒適、節(jié)能、環(huán)保的住宅建筑設計，確保建筑在不使用空調暖氣的情況下使室溫在夏季維持在22~26℃范圍內，在冬季處于18~22℃之間，濕度常年在30%~70%范圍內。

2.2屋面節(jié)能設計

在高層住宅建筑低碳設計上，需要對基地太陽輻射、風、光等各種自然因素進行充分利用，使建筑與環(huán)境相協(xié)調。在屋面構造設計上，考慮到項目采用板式布局，擁有較大樓間距，日照充足，還要在屋頂設計厚保溫層，并做好女兒墻的嚴密包裹。通過使隔熱層達到地面凍土層以下，能夠構成閉合保溫隔熱體系，減少能量流失。與此同時，為加強太陽輻射的利用，設計太陽能熱水系統(tǒng)對建筑光熱進行充分利用，達到節(jié)約能源和資源消耗的目標。結合屋面構造，還要在屋面花架上布置集熱器，還應結合建筑方位將太陽能板布置在南偏東15°和45°的位置，使太陽能得到充分利用，有效滿足建筑熱水使用需求。水箱集中布置在屋頂，能夠通過換熱盤管完成二次化熱。在晴朗天氣，集熱器接受太陽能輻射，在水溫超出水箱內水溫5~10K時溫差控制器將發(fā)出控制指令，啟動循環(huán)水泵將熱水輸送到用戶換熱水箱盤管。采用該種設計方式，可以在屋頂種植本土植物，利用植物及其培植基質材料等發(fā)揮熱阻效應，避免太陽輻射較強時屋頂有大量熱量傳入室內。而在屋頂布置雨水收集系統(tǒng)，利用存儲雨水對屋頂花園進行澆灌，能夠節(jié)約水資源。

2.3外墻保溫設計

運用低碳設計理念，還要做好建筑圍護結構的設計，通過減少氣候對墻體侵蝕使室內能源損耗得到降低。作為能耗較大的部位，外墻能耗占據建筑總能耗30%左右，具體數值主要由墻體面積決定。但通過采用保溫效果好的砌筑材料和保溫結構，能夠避免冷橋現象的發(fā)生，使建筑熱損失減少4%~13%。項目外墻系統(tǒng)主體為鋼筋混凝土，采用保溫砂漿實現飾面層處理，增強建筑保溫性。在結構設計上，需要采用輕質多孔材料進行保溫層鋪貼，在基地上需要鋪設抹面砂漿和耐堿玻纖網格布，然后利用抹面膠漿和彈性膩子進行處理，最后進行飾面層施工。高層建筑風荷載較大，外墻承受較大風荷載，導致墻體容易產生負風壓。同時受材料自重作用，容易發(fā)生脫落，影響保溫性能，還要補充機械固定防護措施，并做好空氣對流層的布置，利用中間空氣層將保溫板上凝結水帶走，確保保溫材料維持干燥、有效。采用該種設計方法，不僅可以取得理想外墻保溫效果，也能使建筑使用年限得到延長，因此能夠充分體現低碳理念。

2.4自然通風設計

項目所在地區(qū)夏季室外溫度不高，還要加強自然通風設計使室內維持體感舒適溫度，使建筑對空調的依賴性得到降低，滿足低碳環(huán)保設計要求。結合地區(qū)風環(huán)境條件，需要使建筑主立面迎向西南面，風向以夏季風為主導，窄端切角則面向西北向。此外，每棟建筑采用雙向開窗設計，使室內獲得風壓通風，加速室內空氣流動。

2.5門窗低能設計

在冬季寒冷季節(jié)，門窗將成為高層住宅頻繁進行熱交換的部位，產生的能源損失將達到維護墻體的4~6倍。運用低碳設計理念，還要使門窗能耗得到減少。在實際設計中，項目采用阻熱設計方案對門窗結合空隙進行處理。如在窗框和窗洞結合位置，利用雙層中空玻璃和LOW-E涂層能夠形成內外雙向阻隔，避免室內外熱量通過門窗傳遞。此外，結合采光通風需求，嚴格按照低能耗設計標準對窗墻比進行控制，確保北向窗墻面積不超25%，東西向不超30%，南向則不超35%，從而通過減少窗子開啟方向使能耗得到減少。而建筑西南面夏季太陽角度較高，陽光主要對屋頂進行照射，因此墻面還要完成大開窗設計，利用自然光加強室內照明，實現能源節(jié)約。南向房間為直射光，進入房間容易引發(fā)眩光問題，并將造成室內過熱，還要選用一側反光的單向玻璃，通過減少輻射和提供柔和擴散光線體現低碳思想。

2.6其他節(jié)能設計

在項目設計過程中，針對挑出的陽臺還要完成陽光間設計，實現被動式采暖，減少建筑能耗。冬季可以直接將陽臺位置門窗打開，利用太陽輻射對室內進行加熱，夜晚關閉門窗可以起到緩沖作用，使室內散熱得到減少。在遮陽設計上，可以在陽臺位置種植喜陽植物，并在部分通風設備四周種植半耐陰植物，遮擋陽光的同時調節(jié)周圍溫濕度，形成良好的環(huán)境小氣候，通過降低室內制冷負荷減少能耗與污染的產生。采取該種設計方法，不僅可以達到低碳環(huán)保設計要求，也體現空中花園的層次感，增強建筑美感[3]。此外，建筑各系統(tǒng)均采用隔音構造，能夠使樓層間和室外的噪聲得到有效隔絕，營造良好室內環(huán)境。

3結論

在高層住宅建筑得到廣泛建設的背景下，還要盡快解決建筑能耗高、碳排放量大等問題，通過運用低碳設計理念推動建筑的綠色化發(fā)展。在工程設計實踐中，還要熟練掌握低碳住宅技術體系結構組成，結合實際需求對各種低碳環(huán)保技術進行運用，從而在達到工程建設質量和安全要求的基礎上，實現建筑低碳環(huán)保設計，推動建筑業(yè)的高質量發(fā)展。

參考文獻

[1]宋金昭，翟佳瑤，王曉平，等.基于系統(tǒng)動力學的城市住宅碳減排潛力研究：以西安市為例[J].重慶理工大學學報：自然科學，2019，33（8）：213-221.

[2]劉德建.低碳節(jié)能建筑設計和綠色建筑生態(tài)節(jié)能設計研究[J].建筑技術開發(fā)，2020，47（19）：141-142.

[3]周建波.低碳概念下建筑設計與室內外環(huán)境融合分析[J].工業(yè)建筑，2020，50（8）：211.

作者：金艷 楊先瑞 單位：云南省設計院集團有限公司