高层建筑低碳建筑的设计方法及措施研究

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摘 要：文章主要我国发展低碳经济和低碳建筑的必要性，在这个基础上，分析了高层建筑的特点与低碳节能设计的必要性，从中提出了高层建筑低碳建筑的设计方法，并针对高层建筑低碳建筑的设计的措施进行了分析与研究。

关键词：高层建筑；低碳；设计方法；措施

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

近年来，我们人类赖以生存的自然环境不断恶化，不仅气候异常，而且灾害频发。全球气候异常主要体现在全球的气候变暖，有关专家表示气候变暖是由于过多的二氧化碳等气体的排放所导致的。于是，在应对全球气候变暖的进程中，减少温室气体排放被放到了首要位置，“低碳”也成为当前最为热门的新名词。

一、我国发展低碳经济和低碳建筑的必要性

低碳经济，是为缓解气候不利变化，依靠技术创新和政策措施建立的较少排放温室气体的经济发展模式，是低碳发展、低碳产业、低碳技术、低碳生活等一类经济形态的总称。发展低碳经济，是中国作为一个负责任的大国所应当有的表现。不仅是对世界环境的负责，也是对自身发展的负责。低碳经济，在某些发达国家已经发展的相当成熟，并且是今后必然的全球经济发展趋势。作为一个碳排放大国，中国能否抓住这次挑战和机遇，直接影响到全球的节能减排工作进程和中国以后在国际舞台上的声望和地位。令人欣喜的是，对此中国没有沉默，2009年8月12日，温总理在国务院常务会议上，首次提出中国将培育低碳经济作为新的增长点，培育以低碳排放为特征的新的经济增长点，加快建设以低排放为特征的工业、建筑、交通体系。在此后召开的联合国气侯变化大会上，更是主动提出了“2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%到45%”的庄严承诺。

建筑是温室气体排放的主要来源之一，对气候变化有着重要影响。有资料显示，发达国家建筑使用能耗占其全社会总能耗的30%至40%，我国的建筑使用能耗占全社会总能耗约28%，预计今后这一比例还将继续增加。我国拥有世界上最大的建筑市场。全国房屋总面积已超过400亿平方米，今后我国每年还将新增建筑面积16亿—20亿平方米，到2020年新增建筑面积将达200多亿平方米。同时，随着经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，中国城乡居民的消费结构从“衣、食”逐步向“住、行”方向升级，生活从生存型向舒适型转变，对建筑面积、建筑室内环境舒适度等居住条件的要求逐渐提高，导致建筑能耗持续上升，并将成为未来20年能耗和排放的主要增长点。如果推进建筑节能减排，将大大缓解我国节能减排的压力，有效保护环境，节约其它能源。

二、高层建筑的特点与低碳节能设计的意义

高层建筑体形庞大，容积率过高，相邻建筑互相遮挡，不通透，形成大面积阴影区，从而使城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略了对于生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响建筑使用效率，浪费巨大。所以，高层建筑的低碳节能设计是当代建筑设计的重要问题。

三、高层低碳建筑设计的主要方法

在高层低碳建筑设计阶段，采光很重要，自然采光主要指白天充分利用阳光来为空间照明的方式。另外，把先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合，调整建筑耗能比例结构，降低对矿物燃料的消耗量和依赖性，达到保护环境、节约能源和减排二氧化碳的目的，营建低能耗高舒适性的健康环境。

3.1主动建筑低碳设计

高层建筑立面选择素混凝土，节省了一次性瓷砖贴面、花岗岩大理石和粉刷层，避免了开采石材时对大自然造成的人为破坏；水泥就地取材和搅拌成混凝土，减少了在运输过程当中对能源造成的浪费。提倡种植屋面，对屋面进行绿化，实现低碳建筑吸收二氧化碳的要求 优化建筑结构，减少钢材与混凝土的用量，实现低碳建筑减少二氧化碳排放的要求。

主动式自然采光设计主要指采用镜面反射采光，利用导光管导光、光纤导光，棱镜组传光，用卫星反射镜采光，光伏效应间接采光等技术来进行采光设计。它不仅改善室内光照环境，而且在无天然光的房间也能享受到阳光照明，可以减少人工照明用电，节约能源，减少CO2的排放。

3.2 被动建筑低碳设计

被动式自然采光设计主要指白天充分利用阳光来为空间照明，进行学习、工作、生活与生产的传统的节能方式设计。尽管这种免费的且取之不竭的能源在利用上会受到一定限制，但是完全可以通过各种技术方法与手段提高高层建筑采光效果。护结构的热损耗较大，在外墙使用外保温，使用中空玻璃，使用保温屋面，是高层建筑节能的主要实现方式。

3.3新能源与新材料的使用

减少化学燃料的使用，尽可能的利用太阳能、地热能、风能、生物质能等可再生能源；因地制宜，利用周边的工业项目的余气、余热等废气对建筑进行供冷、供热，新能源的应用是必然应该用绿色建材，外墙采用的是无污染、无放射的聚氨酯硬质泡沫材料和保温隔热涂料；外墙保温及饰面系统、建筑保温绝热板系统、隔热水泥模板外墙系统的应用与发展显示出新建材在节能减排中起的重要作用。最新材料Micronal PCM是由聚合物外壳和石蜡囊材组成的微胶囊相变材料，它能将温度维持在令人舒适的范围，并对环境的副作用极少，成为室内装饰的新的风向标。

四、高层低碳建筑设计的具体措施

4.1 优化建筑位置及朝向设计

高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响，容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量 从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器， 阳光不仅对人的身体健康有着很大的益处，对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理，合理地确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。不同朝向、不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同。尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多 在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些， 从而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

4.2 优化围护结构墙体设计

（1）外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重。因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块 黏土空心砖与实心砖复合墙体黏土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求 围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同，所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更好些。

（2）高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板 PG板)，岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。轻质的外保温复合墙体存在以下不足之处：抗震能力差、易松散、与结构构件结合不好、整体性能差; 不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材、安装装饰构件等;不能承受有振动的凿刨装修，如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥; 墙表面易出现裂纹 除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%～13%，因此，应引起设计者重视，采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥另外，高层建筑护墙体耗能较大，占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多，也不宜复杂。

（3）高层建筑的风环境是影响建筑耗能因素之一。在冬季，风力对建筑的热损失很大， 增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大 由于建筑某些部位处理不当， 墙体内部易产生冷凝水。因此， 建筑保温材料的选用以及建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。

五、结束语

总之，保护环境、减少温室气体排放已经到了刻不容缓的地步，而低碳建筑的发展能够有效缓解我国的碳排放压力，为世界环境的改善作出贡献。我们已经可以看到，低碳建筑是未来建筑业发展的必然趋势，对于企业来说是一次重新洗牌的威胁，同样也是机会，对我国低碳经济的发展也具有重大意义。低碳建筑应从各地的实际出发，采取适度的技术和产品，让技术和产品相匹配，不只包括造价，还有各方面功能，都需要用低碳理念设计出来的。建设绿色低碳家园是我们的共同追求目标。

参考文献

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