“双碳”目标下建筑节能设计探究

2024-03-11夏建红

河北北方学院学报（自然科学版） 2024年1期

夏建红

(闽西职业技术学院文化与旅游学院，福建龙岩 364000)

2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会上发表重要讲话，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。建筑产业的节能降碳仍面临着巨大挑战。因此，在建筑设计的过程中，考虑材料能耗、资源再利用以及空间使用的持续性成为建筑设计的重要指标。本文通过分析低碳材料的节能因素与低碳材料应用，总结建筑设计要素，探究双碳目标下建筑节能设计路径。从而提高低碳材料的使用效率，达到减少能源消耗和碳排放，以及降低劳动力和技术成本的目的，形成可持续的设计。实现资源节约、可持续使用，有利于促进环保材料在建筑中的使用，提高空间利用率和使用时间，减少建筑资源浪费。

1 建筑中的碳排放现状

建筑业的发展显现出两大主要趋势：随着科技的进步，数字技术正在逐步改变传统的建筑方式，使建筑物更加智能化、自适应和可持续。同时，绿色建筑也在积极采用可再生能源和节能技术，以减少对环境的影响。其次，个性化定制和标准化装配的广泛应用，推动了高质量和高效率的发展。定制化的建筑可以满足特定的需求，同时标准化装配的建筑则可以通过预制的构件在工厂内批量生产，大大提高了效率，降低了成本。

这些趋势不仅改变了建筑物的设计和建造方式，也引发了行业一系列广泛而深刻的变革。例如，新的供应链管理、物流技术和工艺的改进，使得建筑物的成本更低、质量更高、效率更高。同时，这些趋势也促进了行业的创新和转型，为未来的建筑业发展开辟了新的道路。其中绿色智能的建筑设计不仅是从数字技术的实现上，还表现在智能化的建筑设计和建筑材料的可再生能源的利用上，从而达到源头降低碳排放量。

目前，对环保材料应用于建筑空间的分析，主要集中在材料的可持续发展与环保理念的传达上。Scott Grinnell(2015)在《新能源新趋势——可再生能源与绿色建筑设计》一书中提出从太阳能设计、替代性建筑物、能源等关键性的绿色建筑搭建因素入手。英国城市规划师霍华德提出了“田园城市”理论，是将人类社区包围于田地或花园的区域中，平衡住宅、工业和农业区域的比例的城市规划理念，从而达到理想绿色空间规划。Peter Hall和Colin Ward在《社会城市》一书中进一步提出田园城市的本质在于可持续性；Sintowoko Daw等人(2021)提出环保产品设计研究课题旨在如何鼓励实施生态友好的概念和实践价值，将环保设计的理念根植于设计情感的表达，从而建立产品设计中的价值体系。

随着“双碳”战略的提出，低碳环保理念逐步深入人心，环境问题受到用户与设计者的日益关注，建筑设计领域的学者们也逐渐在环保问题上提出相关理论并进行相关设计实践，傅筱(2019)等人总结了“回应气候”的被动式绿色建筑设计理论，并整合了建筑形式空间设计策略。葛琳(2020)从节能环保的角度出发对绿色建筑设计的关键技术进行了评价，翟宇(2022)将可再生能源应用于建筑设计材料中。以上学者在建筑空间中从绿色设计、环保等相关理念进行了设计探索。以节能环保为出发点，加强了建筑设计中的绿色发展理念。

低碳环保的新型建筑材料，高强度高性能混凝土、高强度钢筋和高耐久性材料，木结构和竹结构材料现已成为主要的绿色节能材料。在新型宜居城市建设应用中，对生产、加工、运输和电力需求降低。原材料是建筑行业的基石，它们不仅决定了建筑物的质量，同时也影响了生产、加工、运输和电力等方面的需求。随着科技的发展，新型的原材料不断涌现，这些原材料的性能也在逐渐提高，同时也降低了对环境的影响。建筑物的质量得到了提高，对生产、加工、运输和电力等基本要求也降低了。绿色材料不仅可以有效地延长建筑物的使用寿命，同时也可以节省一些建筑材料，提高运输和吊装工作的效率。除了绿色环保建材之外，轻质材料也可以有效地延长建筑物的使用寿命，轻质材料具有轻质、高强度、保温隔热等优点，可以有效地降低建筑物的质量，减少对地基的压力，提高建筑物的安全性。

2 低碳材料的调研与分析

根据《中国建筑能耗与碳排放研究报告(2022年)》数据(图1)[2]可以看出建材生产、建筑运行两阶段贡献的碳排放量和能耗量均超过全生命周期总量的95%，因此，做好这两阶段的碳减排是关键，因此，双碳目标下，建筑使用低碳材料是实现双碳目标的主要方式。

图1 2020年中国建筑全过程能耗与碳排放总量及占比情况

低碳材料意指能够在确保使用性能的前提下降低不可再生自然原材料的使用量，使其成为可持续和面向未来的新型材料，并在生产和使用过程中实现了节能减排、低能耗、低污染、低排放、使用寿命长、使用过程中不会产生有害物质，并可以回收再生产的新型材料，其具有很高的可持续性。

在未来，随着技术的不断进步和应用，低碳建筑材料的应用越来越广泛。相信低碳建筑材料将会得到更广泛的应用和推广，为实现可持续发展做出积极的贡献。

3 低碳材料的选择和运维

建筑低碳的根本是材料的选择和运维两个方面，建筑低碳材料的选择原则为(1)对环境无害、能充分利用环境自然资源，如充分利用太阳能，设置保存冷热能源系统，减少人工采暖和空调的使用；(2)在建筑设计、建造和家主材料的选择中，要尽可能不破坏环境生态平衡，使用可持续发展建筑、生态建筑，力求回归大自然、节能环保，资源可再利用；(3)以最能节约能源，最有效利用资源的方式，尽量降低环境负荷，同时为人们提供安全、健康、舒适的工作与生活空间。最终达到人、建筑与环境三者的平衡优化和持续发展。

建筑低碳材料的运维则主要取决于建筑节能技术措施与管理运行方案。建筑节能是指在保证居室热能舒适环境条件下，通过技术进步合理利用，科学管理和经济优化。增强可再生能源的利用，使建筑的使用寿命尽量长。可以从城市地域特色，城市环境影响，日照要求等方面来考虑，优化建筑方位及朝向设计。合理计算门窗与建筑主体结构的比例关系和用材性能。使其获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。保护建筑主体结构，避免日嗮雨淋循环往返造成的结构性破坏，减少空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。

建筑材料的低碳节能不能简单地认为是少用能源，而是在确保室内热舒适环境的前提下的节能。节能的核心是提高能源利用效率，前提是满足人们越来越高的舒适度要求。加强对建筑节能技术措施的管理，采用装配式建筑技术，减少建筑垃圾产生，控制建筑量的高速增长。严把质量关，做到绿色施工，不排放污水、废弃物等。装配式建筑技术还需要考虑建筑材料的生产和废弃物处理阶段。建筑材料的生产过程中会产生大量的碳排放，而建筑废弃物的处理和再利用也是一个重要的环节。因此，建筑能耗的测量必须包括建筑材料生产和废弃物处理阶段的碳排放。

推动绿色建筑向近零能耗方向发展需要各方面的合作。政府可以出台相关政策，鼓励绿色建筑的发展，例如提供补贴、税收优惠等措施。同时，企业也需要积极推动绿色建筑的建设，例如推广节能技术、提高建筑材料的能效等。此外，消费者也需要积极参与，选择绿色建筑和使用节能设备，从而推动绿色建筑市场的发展。

加大先进节能环保技术、工艺和设备的研发力度，对于推动绿色建筑的发展至关重要。政府和企业可以投入更多的资金和人力，开展相关研究和开发工作，推动低碳绿色技术的创新和应用。例如，使用可再生能源和能源储存技术，采用高效建筑保温材料和节能门窗等，这些措施可以大大提高建筑的能效和实用性能。

此外，提高建筑的实用性能和一体化程度也是推动绿色节能建筑发展的重中之重。建筑的一体化程度是指建筑与周围环境的协调性和融入度，体现在使用过程中的功能性和舒适性。通过提高实用性能和一体化程度，可以更好地实现绿色建筑的功能和价值，提高人们的生活质量。

总之，建筑能耗的测量需要全面考虑建筑的整个生命周期，推动绿色建筑向近零能耗方向发展是全球的趋势，加大先进节能环保技术、工艺和设备的研发力度对于推动绿色建筑的发展至关重要，同时提高建筑的实用性能和一体化程度也是实现绿色建筑价值的重要方面。

4 双碳目标下的建筑节能设计实践

低碳设计理念倡导在建筑的整个生命周期中最大限度地节约资源，以减少污染和碳排放，从而提供人与自然和谐共处的可能性。在此基础上，绿色设计倡导资源的回收和再利用，这就要求空间设计不仅要保持对节能和资源节约的关注，还要进一步推动设计师对材料的循环利用，实现资源的可持续和可循环。随着人们对用户体验的要求越来越高，仅仅从节约资源的角度来满足人们的空间使用需求已不可行。因此，这不仅要求设计师考虑空间的环境友好性，还需要考虑用户体验，以提高空间的利用率，延长使用时间。

低碳设计需要节约资源的原则，这既是低碳设计的必然要求，也是设计师应该遵循的准则。一方面，资源节约不仅体现在选材上，还体现在选材的便利性上。通过从当地来源选择可再生材料，可以有效地利用当地资源，因地制宜，减少运输过程中的碳排放。

可持续利用已成为低碳设计的原则之一。在节约资源的前提下，可持续使用的产品将进一步增加人类在产品过程中的使用时间，从而减少资源浪费。同时，可持续利用的原则在空间设计中也尤为必要。可持续设计不仅可以回收材料，还可以整合现有资源形成新产品，达到低碳设计的最终目的。

低碳设计不仅基于材料的可持续性和现有能源的减少，而且体现用户的使用市场和效率，以达到情感化的用户体验，从而延长空间使用的效率和持续时间，减少用户在空间利用中造成的资源浪费。

世界上第一个零碳建筑对阳光、空气、污水及建材的循环利用，使可再生能源能满足日常需求，从而实现零碳排放。伦敦贝丁顿零碳社区是一个集成了可持续理念和先进技术的建筑典范。该社区的设计理念体现了对环境和资源的尊重，通过使用可再生能源、优化能源利用和实施资源循环利用等策略，实现了零碳排放的目标。此外，社区的成功建设也为后续的零碳建筑项目提供了宝贵的实践经验。

随着建筑技术和材料的革命性发展，可持续发展的未来趋势正朝着更加环保、高效和低碳的方向发展，将有助于传播绿色建筑理念，提升行业的整体水平。为构建可持续的建筑环境提供有力支持。此外，鼓励企业开展零碳建筑试点也是推动可持续发展的重要途径。这将为企业提供实际操作的机会，通过实践了解零碳建筑的设计、建设和运行维护等方面的要求。上海世博会零碳馆的建成展示了中国在零碳建筑领域的努力和实践，为后续的零碳建筑发展提供了宝贵的经验。

伦敦贝丁顿零碳社区作为世界上第一个零碳建筑，展示了可持续发展的未来趋势。它所代表的环保理念和技术创新，为未来的建筑设计和城市建设提供了重要参考。随着技术的不断进步和全球对可持续发展的需求日益增长，我们有理由相信，未来的建筑将更加环保、高效和低碳，可以为人类创造一个更加美好的居住环境。零碳建筑在提高能源利用效率的同时，还可以降低能源消耗，是实现节能绿色建筑和“双碳”生活目标提供有效途径。建筑设计中影响建筑能效和碳排放的因素包括住宅周围保护结构的热性能、公共建筑的能效、化石能源使用比例以及建筑的空间布局。例如，成都约有2.4亿平方米的建筑没有进行节能设计，这类建筑消耗大量能源，是既有建筑节能改造的重点目标。减少建筑运营过程中二氧化碳排放的主要方法是通过节能改造来减少能源需求。