基于“双碳”目标的第四代住宅绿色建筑设计策略

2024-03-30 15:10
关键词:双碳住宅建筑设计

苏 丽

常德城发项目咨询管理有限公司 湖南 常德 415000

双碳是指碳达峰和碳中和,即在某一时间点实现二氧化碳排放量的峰值,之后逐步减少排放量,最终实现碳排放与碳吸收的平衡。这是为了应对全球气候变化和推动可持续发展而提出的战略性举措。其目标的实现需要各个行业和领域的共同努力,包括建筑行业。建筑行业是全球最大的能源消耗行业之一,也是温室气体排放的重要来源。根据统计数据,2022年中国建筑业的碳排放量占全国总排放量的比重已经超过50%。尤其是建筑材料的能耗和碳排放已经远远超过其他行业,成为碳排放的主要来源之一[1]。因此,建筑行业应当紧急行动起来,积极推进绿色转型,为实现双碳目标作出积极贡献。

第四代住房是绿色建筑的一种演变形式,在2021年发布的《T∕CECS 855-2021 城市森林花园住宅设计标准》中,对这类住宅的建筑布局进行了分类,主要分为以下三种类型:空中户属庭园住宅、空中共享园林住宅、空中共享园林住宅(空中停车)(完全体)。这种建筑不再是单调的钢筋水泥建筑,而是致力于在城市中打造具有自然氛围的建筑群。通过运用绿化设计和可持续技术,它将使城市变成一个犹如森林般的生态系统,与自然环境和谐共生。

1 绿色建筑设计存在的问题

1.1 成本较高

绿色建筑设计所需的高性能材料和技术在刚刚进入市场时价格比较昂贵,导致建筑项目的成本增加。这主要是因为这些材料和技术相对较新,市场供应相对较少,生产规模较小,从而导致了较高的制造成本。同时,一些高性能材料和技术要求施工人员和维修人员具备更高的专业知识和技能,使得相应的培训和人力成本也会增加。此外,绿色建筑需要更频繁地检查和维护,以确保其性能和效果,进而增加了人力成本。但是,随着绿色建筑的不断发展和市场需求的增加,相关的高性能材料和技术正在逐渐成熟和普及,成本会出现降低的趋势[2]。

1.2 材料的选择和使用存在缺陷

尽管绿色建筑设计在能源消耗和环境保护方面有很大的优势,但在建筑材料的选择和使用上仍存在一些不足。一些绿色建筑设计在使用过程中会产生大量的建筑废弃物,尽管这些废弃物可以进行回收和再利用,但处理和管理废弃物仍然需要耗费一定的资源和成本。另外,一些绿色建筑设计过于追求高科技和高性能,忽视了传统建筑文化和自然环境的融合,导致建筑与周围环境和人文景观的脱节。

1.3 设计方案与实际相偏离

在建筑设计过程中设计人员由于各种因素,没有充分开展前期准备工作,使得建筑施工过程中无法满足设计方案中的各项要求,如空间布局、通风采光、隔音效果等,导致建筑物无法满足设计方案中的功能需求,从而降低建筑物的使用价值。并且设计方案中的结构计算和构造设计存在误差或不准确,导致施工过程中出现结构偏差。此外,设计方案的实施过程中,监理和管理不当导致设计方案与实际相偏离[3]。例如,监理人员未能及时发现并纠正施工中的问题,或者施工管理不严格,导致施工过程中出现偏差,进而影响建筑整体施工质量。

2 “双碳”目标下第四代住宅绿色建筑设计的意义和原则

2.1 第四代住宅绿色建筑设计的意义

第四代住宅绿色建筑设计有利于实现资源的高效利用和低碳排放,为应对全球气候变化作出贡献。通过减少能源消耗和碳排放,减少对环境的压力,实现经济、社会和环境的协调发展。在设计中注重居住者的健康和舒适,提供良好的室内环境。不仅能够改善居住者的生活品质,还有助于提高工作和学习的效率。并且长期来看,绿色建筑设计实现节约成本的效果,虽然需要一定的投资成本,但通过节约能源和资源,可以降低建筑运营和维护的成本。此外,第四代住宅绿色建筑设计注重生态保护,减少对自然环境的破坏。通过保护生态系统和生物多样性,可以维持生态平衡,保护珍稀物种和生态环境的可持续发展。

2.2 第四代住宅绿色建筑设计的原则

基于“双碳”目标的第四代住宅绿色建筑设计旨在解决传统绿色建筑设计存在的问题,并进一步推动绿色建筑发展。因此,设计的核心原则可以分为三点。第一,高效节能原则。通过采用节能设备和技术,如太阳能光伏发电系统、地源热泵、高效绝缘材料等,减少建筑的能源消耗[4]。同时,通过合理的建筑布局和朝向设计,最大限度地利用自然光和自然通风,减少对人工照明和空调系统的依赖,降低能源消耗。第二,低碳排放原则。除了采用高效节能设备和技术外,还可以采用可再生能源,如太阳能、风能等,减少对化石燃料的依赖。此外,还可以采用碳中和技术,如碳捕获和储存技术,将建筑运营过程中产生的二氧化碳捕获和储存起来,减少碳排放。第三,可持续发展原则。在设计和建设过程中,需要考虑材料的可持续性,选择环保材料和可回收材料,减少对自然资源的消耗。同时,还需要考虑建筑的生命周期成本和环境影响,综合评估建筑的经济、社会和环境效益,确保建筑在长期运营中能够实现可持续发展。

3 基于“双碳”目标第四代住宅绿色建筑设计的优化策略

3.1 优化建筑能源效率

3.1.1 充分利用可再生能源,优先选择高效节能设备

在双碳目标下,第四代住宅绿色建筑设计需要充分利用太阳能、风能等可再生能源来供应建筑的能源需求。在建筑物的屋顶通过合理布局安装太阳能光伏发电系统,将太阳能转化为电能供应给建筑的电力需求,最大限度地利用太阳能资源。还可以选择高效的太阳能热水器和合理设计水管路线,利用太阳能将水加热,提供建筑的热水需求。并根据建筑所在地风能资源的情况,通过风力涡轮机或风力发电机利用风能,减少对传统能源的依赖,降低能源消耗。同时利用地热能源作为供暖和制冷的能源来源,通过地源热泵系统将地下的热能转移到建筑内部,实现能源的高效利用。还可以利用可再生的生物质能源,如木屑、秸秆等作为燃料,通过生物质能发电或生物质能供暖系统,提供建筑的能源需求。另外,在照明系统、空调系统、暖通设备等方面优先选择高效节能设备,如LED照明、地源热泵等。这些设备和技术可以有效地减少能源消耗和碳排放,提高建筑能源效率。并通过智能控制系统,实时监测和控制建筑内部设备的能源消耗,根据实际需求,合理调节设备的工作模式和能耗,以达到最佳的能源利用效率。还需要定期对建筑内的设备进行维护和检查,确保其正常运行和高效工作,及时修复故障和更换老化设备,以保持设备的高能效状态,不仅有助于保护环境,还可以减少能源成本。

3.1.2 优化建筑内部布局和设计,合理选择建筑材料

设计人员需要考虑建筑内部功能区域的布局,合理安排工作区、休息区和公共区域的位置,减少能源的浪费。合理地建筑布局和朝向可以最大限度地利用自然光和自然通风。例如,在南向的窗户上安装遮阳设备,减少夏季阳光直射进入建筑内部的热量,还可以使室内空间能够更好地受益于自然通风,减少对空调系统的使用。并采用高效绝缘材料和隔热材料来构建建筑外墙,选择高隔热性能的窗户,如双层或三层中空玻璃窗,减少热量传导和散失。同时选择高反射率的屋顶材料、高隔热的外墙材料等,减少建筑物对外界热量的吸收,降低室内温度[5]。此外,还可以使用低碳材料,减少资源消耗和环境影响,例如:使用高强度钢材替代普通钢材,降低材料的用量和碳排放;使用高性能混凝土替代普通混凝土,减少水泥的使用量和碳排放,进而提高建筑能源效率,并为可持续发展作出贡献。

3.2 运用碳中和技术和智能化技术

3.2.1 碳中和技术的应用

碳中和技术是实现“双碳”目标的重要手段之一。在第四代住宅绿色建筑设计中,设计人员可以运用碳中和技术来减少建筑的碳排放,并将剩余的碳排放抵消,以实现碳中和的目标。通过碳捕获、碳储存等技术将建筑运营过程中产生的二氧化碳捕获和储存起来,防止其进入大气中,减少建筑的碳排放,实现碳排放与碳吸收的平衡。还可以在设计中通过增加植物覆盖面积,例如在建筑屋顶、墙面或庭院种植植物,来利用植物的光合作用,将二氧化碳转化为有机物质,同时释放氧气。这个过程可以帮助减少大气中的二氧化碳浓度,提高空气质量,并将其储存在植物体内。同时选择具有高碳吸收能力的植物品种,如大型乔木和灌木,提高碳吸收效率,减少对环境的负面影响,推动可持续发展。

3.2.2 智能化技术的应用

在建筑设计中的应用智能化技术,通过集成各种传感器和自动化设备,实现对建筑内部环境的智能控制。例如,智能温度控制系统可以根据人员活动和房间使用情况,自动调节室内温度,以提供舒适的环境同时降低能源消耗。智能照明系统可以根据光线强度和人员活动情况,自动调节照明亮度和时间,以提高能源利用效率。还可以通过收集和分析建筑内部的各种数据,如用电量、水量、温度等,识别能源消耗的高峰期和低谷期,并制定相应的能源管理策略。在设计中还可以应用智能水管理系统,监测和控制建筑内部用水的系统。例如:监测浴室、厨房和洗手间等区域的用水量,以及水龙头、淋浴和马桶等设备的使用情况,当检测到没有人使用洗手间时,系统可以自动关闭水龙头和冲水装置,减少无效的用水。还能够利用系统检测水质情况,例如水的浑浊度、pH值和污染物含量等,及时发现水质问题并采取相应的措施,保证用水的安全和健康。并根据不同时间段和人员活动情况,预测用水需求,自动调整用水设备的运行模式,实现用水的节约和合理利用,提高用水效率。同时设计人员还可以利用人工智能和机器学习技术,预测建筑未来的能源需求和运营状况,从而提前采取相应的措施,降低能源浪费和运营成本。

3.3 注重室内环境的舒适性

传统建筑材料和家具中常含有挥发性有机化合物(VOC),如甲醛等,这些物质会释放到室内空气中,对人体健康产生负面影响。长期暴露在高VOC浓度环境中会导致头痛、眼痛、呼吸道疾病等健康问题。因此,在第四代住宅绿色建筑设计中,室内环境舒适性是一个重要的考虑因素,关注室内空气质量,采用低挥发性有机化合物(VOC)的涂料、胶水和家具,这些材料在制造过程中使用的化学物质含量较低,会释放较少的有害物质到室内空气中。低VOC的涂料和胶水可以减少室内有害气体的释放,而低VOC的家具则采用无毒、环保的材料制造,减少对室内空气质量的污染。此外,设计还会考虑室内通风系统的设计。通过合理的室内通风系统,能够及时排除室内的污染物和异味,保持室内空气的流通和新鲜。采用高效过滤器和空气净化设备,可以进一步提高室内空气质量,去除细微颗粒物和有害气体,为居住者提供一个健康、舒适的室内环境。不仅提高了居住者的生活质量,也提升了整个建筑的可持续性和环保性能。

3.4 加强建筑与自然环境的融合

第四代住宅绿色建筑设计注重建筑与自然环境的融合,通过绿色景观设计、生态水体设计等手段,使建筑与周围的自然环境相互融合,形成一个生态友好的建筑生态系统。例如,在建筑周围设置绿化带和花园,种植各种植物,增加绿色空间,提供更多的氧气和阴凉空间,改善周围的气候和空气质量。设计人员还可以考虑在建筑物周围设置雨水收集和利用系统,通过收集和利用雨水来满足建筑的非饮用水需求,减少对自来水的依赖。同时,在建筑设计中考虑生态水体的设计,如人工湖泊、水景等,为居住者提供一个美丽、宜人的生活环境,增加建筑的观赏性和舒适性。另外,设计人员还可以考虑在建筑物周围设置绿色屋顶和垂直绿化,通过植物的光合作用,吸收二氧化碳,释放氧气,提高空气质量,减少建筑对气候的影响。同时,绿色屋顶和垂直绿化还可以减少建筑物对外界热量的吸收,降低室内温度,减少空调系统的使用,提高建筑的生态性能,降低对自然资源的消耗和环境的破坏。

3.5 加强建筑与社区的互动与共享

第四代住宅绿色建筑设计还应加强建筑与社区的互动与共享,通过共享能源系统、共享空间和共享设施等方式,实现资源的共享和优化利用。建筑可以通过安装光伏发电系统和风力发电系统,将多余的电力供应给周围的社区,以实现能源的共享。同时,建筑可以设置共享空间,如公共花园、健身房、儿童游乐区等,供社区居民共同使用,提高社区的社交性和互动性。建筑还可以设置共享设施,如共享车库、共享洗衣房等,供社区居民共同使用,减少资源的浪费和环境的负担。通过加强建筑与社区的互动与共享,可以提高资源的利用效率,减少能源的消耗和碳排放,促进社区的可持续发展和绿色生活方式的普及。

4 结语

综上所述,第四代住宅绿色建筑设计策略是基于“双碳”目标的,即减少碳排放和碳消耗。其核心理念是通过利用可再生能源、提高能源利用效率和优化建筑材料选择来降低住宅建筑的能源消耗和碳排放。因此,在设计中应该优化建筑能源效率,运用碳中和技术和智能化技术,注重室内环境的舒适性,加强建筑与自然环境的融合、加强建筑与社区的互动与共享,进而推动第四代住宅绿色建筑的实施,为人们提供舒适、健康、节能的居住环境。

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