低碳設(shè)計(jì)下的高層住宅建筑設(shè)計(jì)

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【摘要】從系統(tǒng)分析角度對(duì)低碳設(shè)計(jì)理念下住宅建筑設(shè)計(jì)技術(shù)體系展開研究，能夠?yàn)榻ㄖ牡吞蓟l(fā)展指明方向。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合高層住宅建筑設(shè)計(jì)實(shí)例，從屋面節(jié)能、外墻保溫等多個(gè)角度對(duì)低碳設(shè)計(jì)理念運(yùn)用方法進(jìn)行探討，為類似工程的建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】低碳設(shè)計(jì)理念；高層住宅；建筑設(shè)計(jì)

引言

在城市碳排放問(wèn)題日漸嚴(yán)重的情況下，建筑、交通等產(chǎn)業(yè)勢(shì)必要向低碳化的方向發(fā)展。根據(jù)聯(lián)合國(guó)IPCC組織的報(bào)告可知，城市住宅能源需求占全球能源需求的67%以上，產(chǎn)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(shè)計(jì)中，還要加強(qiáng)低碳設(shè)計(jì)理念的運(yùn)用，以便通過(guò)節(jié)能減排設(shè)計(jì)促進(jìn)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(shù)體系分析

運(yùn)用低碳設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)住宅建筑設(shè)計(jì)，還要從建筑整體結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)角度出發(fā)，降低建筑物能源消耗和污染排放，使建筑內(nèi)外環(huán)境得到改善。將低碳自然住宅系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)成是前提進(jìn)行主要技術(shù)體系構(gòu)建，可以得到表1。遵循低碳住宅設(shè)計(jì)原理，在建筑各部分構(gòu)造設(shè)計(jì)中對(duì)各種科技手段進(jìn)行運(yùn)用，能夠使建筑與環(huán)境較好地結(jié)合在一起，通過(guò)相互作用減少污染和能耗，繼而使低碳住宅維持平衡運(yùn)行。

2基于低碳理念的高層住宅建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐

2.1工程概況

瀛景•國(guó)際康養(yǎng)社區(qū)二期項(xiàng)目位于玉溪市江川縣，總建筑面積約39.45萬(wàn)m2，用地約17.17萬(wàn)m2。大部分建筑屬于高層住宅，高度在60~80m范圍內(nèi)，建筑層數(shù)在20~25之間。所在地區(qū)為低維度高原山地季風(fēng)氣候，全年平均溫度達(dá)到15℃，氣候溫和，無(wú)酷暑寒冬。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，強(qiáng)調(diào)通過(guò)低碳環(huán)保設(shè)計(jì)營(yíng)造舒適建筑內(nèi)外環(huán)境，做到“恒溫恒濕”，體現(xiàn)現(xiàn)代生活方式。按照設(shè)計(jì)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(yáng)臺(tái)等位置實(shí)現(xiàn)園林景觀設(shè)計(jì)的一種低碳技術(shù)系統(tǒng)，空中花園采用全新立體綠化技術(shù)，能夠起到降溫、隔熱等效果，同時(shí)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?yàn)楦邔幼≌ㄖ吞荚O(shè)計(jì)提供新思路。通過(guò)加強(qiáng)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(shè)計(jì)，確保建筑在不使用空調(diào)暖氣的情況下使室溫在夏季維持在22~26℃范圍內(nèi)，在冬季處于18~22℃之間，濕度常年在30%~70%范圍內(nèi)。

2.2屋面節(jié)能設(shè)計(jì)

在高層住宅建筑低碳設(shè)計(jì)上，需要對(duì)基地太陽(yáng)輻射、風(fēng)、光等各種自然因素進(jìn)行充分利用，使建筑與環(huán)境相協(xié)調(diào)。在屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)上，考慮到項(xiàng)目采用板式布局，擁有較大樓間距，日照充足，還要在屋頂設(shè)計(jì)厚保溫層，并做好女兒墻的嚴(yán)密包裹。通過(guò)使隔熱層達(dá)到地面凍土層以下，能夠構(gòu)成閉合保溫隔熱體系，減少能量流失。與此同時(shí)，為加強(qiáng)太陽(yáng)輻射的利用，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)對(duì)建筑光熱進(jìn)行充分利用，達(dá)到節(jié)約能源和資源消耗的目標(biāo)。結(jié)合屋面構(gòu)造，還要在屋面花架上布置集熱器，還應(yīng)結(jié)合建筑方位將太陽(yáng)能板布置在南偏東15°和45°的位置，使太陽(yáng)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(guò)換熱盤管完成二次化熱。在晴朗天氣，集熱器接受太陽(yáng)能輻射，在水溫超出水箱內(nèi)水溫5~10K時(shí)溫差控制器將發(fā)出控制指令，啟動(dòng)循環(huán)水泵將熱水輸送到用戶換熱水箱盤管。采用該種設(shè)計(jì)方式，可以在屋頂種植本土植物，利用植物及其培植基質(zhì)材料等發(fā)揮熱阻效應(yīng)，避免太陽(yáng)輻射較強(qiáng)時(shí)屋頂有大量熱量傳入室內(nèi)。而在屋頂布置雨水收集系統(tǒng)，利用存儲(chǔ)雨水對(duì)屋頂花園進(jìn)行澆灌，能夠節(jié)約水資源。

2.3外墻保溫設(shè)計(jì)

運(yùn)用低碳設(shè)計(jì)理念，還要做好建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)減少氣候?qū)w侵蝕使室內(nèi)能源損耗得到降低。作為能耗較大的部位，外墻能耗占據(jù)建筑總能耗30%左右，具體數(shù)值主要由墻體面積決定。但通過(guò)采用保溫效果好的砌筑材料和保溫結(jié)構(gòu)，能夠避免冷橋現(xiàn)象的發(fā)生，使建筑熱損失減少4%~13%。項(xiàng)目外墻系統(tǒng)主體為鋼筋混凝土，采用保溫砂漿實(shí)現(xiàn)飾面層處理，增強(qiáng)建筑保溫性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，需要采用輕質(zhì)多孔材料進(jìn)行保溫層鋪貼，在基地上需要鋪設(shè)抹面砂漿和耐堿玻纖網(wǎng)格布，然后利用抹面膠漿和彈性膩?zhàn)舆M(jìn)行處理，最后進(jìn)行飾面層施工。高層建筑風(fēng)荷載較大，外墻承受較大風(fēng)荷載，導(dǎo)致墻體容易產(chǎn)生負(fù)風(fēng)壓。同時(shí)受材料自重作用，容易發(fā)生脫落，影響保溫性能，還要補(bǔ)充機(jī)械固定防護(hù)措施，并做好空氣對(duì)流層的布置，利用中間空氣層將保溫板上凝結(jié)水帶走，確保保溫材料維持干燥、有效。采用該種設(shè)計(jì)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(zhǎng)，因此能夠充分體現(xiàn)低碳理念。

2.4自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目所在地區(qū)夏季室外溫度不高，還要加強(qiáng)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)使室內(nèi)維持體感舒適溫度，使建筑對(duì)空調(diào)的依賴性得到降低，滿足低碳環(huán)保設(shè)計(jì)要求。結(jié)合地區(qū)風(fēng)環(huán)境條件，需要使建筑主立面迎向西南面，風(fēng)向以夏季風(fēng)為主導(dǎo)，窄端切角則面向西北向。此外，每棟建筑采用雙向開窗設(shè)計(jì)，使室內(nèi)獲得風(fēng)壓通風(fēng)，加速室內(nèi)空氣流動(dòng)。

2.5門窗低能設(shè)計(jì)

在冬季寒冷季節(jié)，門窗將成為高層住宅頻繁進(jìn)行熱交換的部位，產(chǎn)生的能源損失將達(dá)到維護(hù)墻體的4~6倍。運(yùn)用低碳設(shè)計(jì)理念，還要使門窗能耗得到減少。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目采用阻熱設(shè)計(jì)方案對(duì)門窗結(jié)合空隙進(jìn)行處理。如在窗框和窗洞結(jié)合位置，利用雙層中空玻璃和LOW-E涂層能夠形成內(nèi)外雙向阻隔，避免室內(nèi)外熱量通過(guò)門窗傳遞。此外，結(jié)合采光通風(fēng)需求，嚴(yán)格按照低能耗設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)窗墻比進(jìn)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(guò)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(yáng)角度較高，陽(yáng)光主要對(duì)屋頂進(jìn)行照射，因此墻面還要完成大開窗設(shè)計(jì)，利用自然光加強(qiáng)室內(nèi)照明，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。南向房間為直射光，進(jìn)入房間容易引發(fā)眩光問(wèn)題，并將造成室內(nèi)過(guò)熱，還要選用一側(cè)反光的單向玻璃，通過(guò)減少輻射和提供柔和擴(kuò)散光線體現(xiàn)低碳思想。

2.6其他節(jié)能設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)挑出的陽(yáng)臺(tái)還要完成陽(yáng)光間設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式采暖，減少建筑能耗。冬季可以直接將陽(yáng)臺(tái)位置門窗打開，利用太陽(yáng)輻射對(duì)室內(nèi)進(jìn)行加熱，夜晚關(guān)閉門窗可以起到緩沖作用，使室內(nèi)散熱得到減少。在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)上，可以在陽(yáng)臺(tái)位置種植喜陽(yáng)植物，并在部分通風(fēng)設(shè)備四周種植半耐陰植物，遮擋陽(yáng)光的同時(shí)調(diào)節(jié)周圍溫濕度，形成良好的環(huán)境小氣候，通過(guò)降低室內(nèi)制冷負(fù)荷減少能耗與污染的產(chǎn)生。采取該種設(shè)計(jì)方法，不僅可以達(dá)到低碳環(huán)保設(shè)計(jì)要求，也體現(xiàn)空中花園的層次感，增強(qiáng)建筑美感[3]。此外，建筑各系統(tǒng)均采用隔音構(gòu)造，能夠使樓層間和室外的噪聲得到有效隔絕，營(yíng)造良好室內(nèi)環(huán)境。

3結(jié)論

在高層住宅建筑得到廣泛建設(shè)的背景下，還要盡快解決建筑能耗高、碳排放量大等問(wèn)題，通過(guò)運(yùn)用低碳設(shè)計(jì)理念推動(dòng)建筑的綠色化發(fā)展。在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，還要熟練掌握低碳住宅技術(shù)體系結(jié)構(gòu)組成，結(jié)合實(shí)際需求對(duì)各種低碳環(huán)保技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，從而在達(dá)到工程建設(shè)質(zhì)量和安全要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑低碳環(huán)保設(shè)計(jì)，推動(dòng)建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]宋金昭，翟佳瑤，王曉平，等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)，2019，33（8）：213-221.

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

[3]周建波.低碳概念下建筑設(shè)計(jì)與室內(nèi)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(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司