張鵬

(北京清大原點(diǎn)建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030024)

在建筑學(xué)設(shè)計(jì)中，低碳住宅建筑理念被廣泛應(yīng)用。它以人為中心，關(guān)注居住者的舒適性和健康性，追求建筑與自然環(huán)境的和諧共生。通過(guò)采用一系列的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)措施，低碳住宅建筑可以在減少能源消耗、降低碳排放的同時(shí)，提供更優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境。低碳住宅建筑不僅可以帶來(lái)顯著的能源和環(huán)境效益，還能改善人們的居住體驗(yàn)和生活品質(zhì)。居住在低碳住宅中的人們可以享受到更清潔、更健康的室內(nèi)環(huán)境，減少對(duì)空調(diào)、加熱等設(shè)備的依賴。同時(shí)，低碳住宅建筑還可以提供舒適的采光、通風(fēng)條件，為居民創(chuàng)造一個(gè)和諧、宜居的生活空間。

1 低碳住宅設(shè)計(jì)原則

低碳住宅設(shè)計(jì)原則是指在建筑學(xué)設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)低碳建筑的目標(biāo)，需要遵循一系列的指導(dǎo)原則和技術(shù)手段。其原則涵蓋了能源效率、材料選擇、水資源管理、循環(huán)利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和社區(qū)規(guī)劃等方面。遵循這些原則可以實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能減排、資源保護(hù)和環(huán)境改善，為人們提供更舒適、健康的居住環(huán)境。具體來(lái)說(shuō)，包括以下6方面。

(1)能源效率。低碳住宅設(shè)計(jì)應(yīng)注重提高能源利用效率，減少能源的浪費(fèi)[1]。這可以通過(guò)采用高效的建筑外墻隔熱材料、優(yōu)化建筑朝向和窗戶布局、選擇高效的供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還可利用現(xiàn)代科技手段，如：太陽(yáng)能電池板、地?zé)崮芾孟到y(tǒng)等，將可再生能源引入建筑設(shè)計(jì)中。

(2)材料選擇。低碳住宅設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先選擇環(huán)保、可再生材料，減少對(duì)有限資源的消耗和環(huán)境的負(fù)荷。如：使用可再生木材代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磚塊或混凝土材料，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下減少碳排放。此外，還要避免使用有害物質(zhì)和高能耗材料，如：含鉛油漆、裝飾品中的揮發(fā)性有機(jī)化合物等。

(3)水資源管理。低碳住宅設(shè)計(jì)應(yīng)注重水資源的合理利用和節(jié)約?？梢圆捎糜晁占到y(tǒng)，將雨水用于灌溉、沖洗和衛(wèi)生用水等非直接飲用用途。同時(shí)，還要優(yōu)化室內(nèi)水源的利用，減少浪費(fèi)和消耗。

(4)循環(huán)利用。低碳住宅設(shè)計(jì)應(yīng)考慮廢棄物的回收和再利用。在設(shè)計(jì)階段就預(yù)留適當(dāng)?shù)目臻g用于儲(chǔ)存和分類廢棄物，方便進(jìn)行有效的回收和處理。此外，還可以通過(guò)選擇可回收材料、利用再生建筑材料等方式，盡可能減少建筑廢棄物的產(chǎn)生。

(5)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。低碳住宅設(shè)計(jì)不僅要注重能源效率，還要關(guān)注居住者的舒適性和健康性。建筑物的通風(fēng)、采光、溫濕度控制等方面要與自然環(huán)境保持良好的協(xié)調(diào)[2]。同時(shí)，避免使用有害的室內(nèi)裝飾材料和家具，提供清潔、健康的室內(nèi)環(huán)境。

(6)社區(qū)規(guī)劃。低碳住宅設(shè)計(jì)應(yīng)注重社區(qū)層面的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)合理規(guī)劃社區(qū)內(nèi)的公共設(shè)施、綠地和交通網(wǎng)絡(luò)，減少居民對(duì)私人汽車的依賴，鼓勵(lì)步行、騎行和公共交通的使用。同時(shí)，建立社區(qū)間的資源共享機(jī)制，推廣低碳生活方式，形成綠色和諧的社區(qū)環(huán)境。

2 低碳技術(shù)措施

低碳住宅建筑理念在建筑學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常重要，可以通過(guò)采取一系列的低碳技術(shù)措施來(lái)減少建筑的能耗和碳排放。以下是一些常見(jiàn)的低碳技術(shù)措施及其具體方法。

2.1 建筑隔熱技術(shù)

建筑隔熱技術(shù)可以有效地減少能源消耗和碳排放。例如，某市一鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1座低碳住宅項(xiàng)目采用了優(yōu)化的建筑隔熱技術(shù)。該項(xiàng)目在墻體和屋頂上使用了高效的保溫材料，如：巖棉板和聚苯板，形成了良好的隔熱層。此外，該項(xiàng)目還采用了雙層玻璃窗戶，并在窗戶玻璃之間灌注了氬氣，提高了窗戶的隔熱性能。這些隔熱技術(shù)措施有效降低了建筑的熱能損失，減少了對(duì)供暖和空調(diào)系統(tǒng)的依賴，從而實(shí)現(xiàn)了低碳的建筑目標(biāo)。通過(guò)綜合應(yīng)用建筑隔熱技術(shù)，可以大幅度減少建筑能耗，提高建筑能源利用效率，從而推進(jìn)低碳住宅建筑的發(fā)展[3]。建筑隔熱技術(shù)的具體方法包括以下4個(gè)方面。

(1)外墻隔熱材料。選擇高效的外墻隔熱材料能夠減少建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與室內(nèi)外溫差之間的熱傳導(dǎo)，從而降低能量損耗。常見(jiàn)的外墻隔熱材料包括：巖棉、聚苯板、聚氨酯泡沫等，它們都具有良好的隔熱性能。這些材料可以在建筑外墻的內(nèi)部或外部進(jìn)行安裝，形成1個(gè)隔熱層，阻止熱能的傳遞。

(2)窗戶隔熱。窗戶是建筑中熱能交換最直接的部分，因此，提升窗戶的隔熱性能對(duì)于降低能源消耗非常重要。采用雙層或3層玻璃窗戶可以有效減少室內(nèi)外溫差的傳導(dǎo)，同時(shí)在玻璃層之間填充氣體，如氬氣或充氣型空氣，以增加隔熱效果。此外，還可以使用低放射率涂層材料來(lái)反射室內(nèi)熱量，減少熱能的散失。

(3)屋頂隔熱。屋頂是建筑中受熱最直接的區(qū)域之一，優(yōu)化屋頂隔熱可以有效減少室內(nèi)外溫差對(duì)建筑的影響。在屋頂上設(shè)置隔熱層，如隔熱板、隔熱膜等，可以阻擋熱量向室內(nèi)傳導(dǎo)[4]。此外，可以結(jié)合綠色屋頂技術(shù)，通過(guò)在屋頂上種植植物形成生態(tài)覆蓋層，利用植被的保溫和蒸發(fā)散熱效果進(jìn)一步提高屋頂?shù)母魺嵝阅堋?/p>

(4)防冷橋設(shè)計(jì)。冷橋是指建筑結(jié)構(gòu)中易導(dǎo)熱的部位，導(dǎo)致熱能更容易流失。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)處理，減少或消除冷橋的存在可以提高建筑的隔熱性能。例如，在墻體結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔熱層、斷橋鋁門(mén)窗等，避免直接導(dǎo)熱路徑的形成。

2.2 優(yōu)化建筑朝向和窗戶布局

通過(guò)合理規(guī)劃建筑朝向和窗戶布局，可以最大程度地利用自然光和太陽(yáng)光的熱能，減少對(duì)人工照明和暖通設(shè)備的需求，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。例如，某市一鄉(xiāng)鎮(zhèn)的住宅項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中充分考慮了優(yōu)化建筑朝向和窗戶布局。該項(xiàng)目朝向選擇了北朝南，以避免過(guò)熱。主要生活區(qū)域的窗戶布局以南向?yàn)橹鳎么竺娣e的玻璃窗實(shí)現(xiàn)充分的自然光線和太陽(yáng)能的收集。同時(shí)，窗戶上采用了高效隔熱玻璃，并配備了遮陽(yáng)裝置，在保證光線透過(guò)的同時(shí)減少熱量的傳輸。此外，根據(jù)周圍環(huán)境的遮擋物和建筑的隔熱需求，窗戶的形狀和大小也進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，以最大限度地減少熱損失。具體來(lái)說(shuō)，優(yōu)化建筑朝向和窗戶布局的方法包括以下3個(gè)方面。

(1)合理確定建筑朝向。根據(jù)不同區(qū)域的氣候條件和太陽(yáng)路徑，合理選擇建筑的朝向。在南半球，南向朝向可以最大限度地獲得太陽(yáng)輻射，而在北半球，朝向則應(yīng)考慮最大程度地避免夏季過(guò)熱和冬季過(guò)冷。通過(guò)旋轉(zhuǎn)和調(diào)整建筑的方向，使主要生活區(qū)域朝向陽(yáng)光充足的方向，可以實(shí)現(xiàn)自然采光和自然通風(fēng)的最佳效果。

(2)窗戶布局設(shè)計(jì)。在確定建筑朝向后，需要合理規(guī)劃窗戶的位置、大小和類型。首先，將主要生活區(qū)域的窗戶布置在朝陽(yáng)的一側(cè)，以便充分利用自然光和太陽(yáng)輻射。其次，根據(jù)不同朝向和周圍環(huán)境遮擋物的情況，合理安排窗戶的形狀和大小，以最大程度地減少能量損失和熱橋效應(yīng)。

(3)考慮通風(fēng)與隔熱的平衡。在窗戶布局中需要平衡自然通風(fēng)和隔熱效果。合理布置窗戶位置和采用可開(kāi)啟的窗戶，以方便實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，增強(qiáng)室內(nèi)空氣流通。同時(shí)，結(jié)合適當(dāng)?shù)母魺岽胧?，如隔熱材料和符合隔熱要求的窗框，以提高建筑的整體隔熱性能。

2.3 高效供熱與制冷系統(tǒng)

高效供熱與制冷系統(tǒng)旨在減少能源消耗，提高供熱和制冷效率，以降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，并減少溫室氣體排放。通過(guò)采用地源熱泵系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、高效供熱與制冷設(shè)備以及能源回收系統(tǒng)等方法，可以實(shí)現(xiàn)低能耗、高效供熱和制冷的目標(biāo)，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，減少溫室氣體的排放。下面詳細(xì)介紹4種常見(jiàn)的高效供熱與制冷系統(tǒng)方法。

(1)地源熱泵系統(tǒng)(GSHP)。地源熱泵系統(tǒng)利用地下土壤或地下水中儲(chǔ)存的熱能進(jìn)行供熱和制冷。其工作原理是通過(guò)熱泵將地下的低溫?zé)崮芴嵘竭m宜的供暖溫度或制冷溫度[5]。該系統(tǒng)可以利用地下穩(wěn)定的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)高效供熱和制冷，大幅度減少能源消耗。例如，某一城市住宅區(qū)采用了地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供熱和制冷，通過(guò)地下水的熱能轉(zhuǎn)換為供暖和制冷能力，實(shí)現(xiàn)了高效的能源利用。

(2)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)能，將其轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)供應(yīng)熱水。該系統(tǒng)利用太陽(yáng)能資源進(jìn)行供熱，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，并且具有較高的能源利用效率。例如，某一低碳社區(qū)采用了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，利用陽(yáng)光直接加熱水來(lái)滿足居民的熱水需求，降低了能源消耗和溫室氣體排放。

(3)高效供熱與制冷設(shè)備。在低碳住宅建筑中，選擇高效供熱與制冷設(shè)備也是關(guān)鍵措施之一。選用高效熱泵、高效空調(diào)機(jī)組和高效鍋爐等設(shè)備，能夠提高能源利用效率，減少能源消耗和溫室氣體排放。這些設(shè)備采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)，具有更高的熱量或冷量輸出比，可以實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的供熱和制冷效果。

(4)能源回收系統(tǒng)。能源回收系統(tǒng)是指通過(guò)對(duì)廢熱或廢冷進(jìn)行回收和再利用來(lái)提高供熱和制冷系統(tǒng)的能源利用效率。如：在建筑通風(fēng)系統(tǒng)中，可以采用熱交換器回收排出室內(nèi)空氣中的熱能，用于加熱進(jìn)入室內(nèi)的新鮮空氣，可以減少對(duì)傳統(tǒng)供熱設(shè)備的依賴，提高能源利用效率。

2.4 雨水利用

雨水利用旨在最大程度地利用雨水資源，減少對(duì)自來(lái)水的依賴，并降低水資源消耗和環(huán)境影響。通過(guò)設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)、進(jìn)行雨水過(guò)濾與處理，以及采用合理的雨水利用策略和設(shè)計(jì)，可以最大程度地利用雨水資源。下面將詳細(xì)介紹雨水利用的具體方法

(1)雨水收集系統(tǒng)。雨水收集系統(tǒng)是指通過(guò)建筑物屋頂和排水系統(tǒng)，收集和儲(chǔ)存雨水以供后續(xù)使用。在低碳住宅建筑設(shè)計(jì)中，可以設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)來(lái)收集屋頂?shù)挠晁?。收集的雨水?jīng)過(guò)初步過(guò)濾和沉淀處理后進(jìn)入儲(chǔ)水裝置，如雨水桶、水池或地下水庫(kù)，并通過(guò)管道系統(tǒng)連接到需要使用水的設(shè)備上。居民可以利用這些收集的雨水來(lái)滿足澆花、沖廁、洗衣等非飲用水需求。這樣不僅減少了對(duì)自來(lái)水的使用，還能夠降低污水排放和環(huán)境污染。例如，某城市的1座低碳住宅項(xiàng)目設(shè)置了雨水收集系統(tǒng)，在屋頂設(shè)置雨水收集裝置，并將收集到的雨水用于灌溉花園和沖廁，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水的目標(biāo)。

(2)雨水過(guò)濾與處理。為了確保收集到的雨水的質(zhì)量和安全性，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾和處理。常見(jiàn)的過(guò)濾方法包括：使用沉淀池、濾網(wǎng)、過(guò)濾器等設(shè)備來(lái)去除雨水中的雜質(zhì)和污染物。此外，可以采用適當(dāng)?shù)乃|(zhì)處理技術(shù)，如消毒、紫外線輻射等來(lái)殺滅細(xì)菌和病毒，確保雨水的衛(wèi)生安全。這樣可以保證收集到的雨水達(dá)到可以用于非飲用水需求的水質(zhì)要求。例如，某城市的1座低碳公寓項(xiàng)目設(shè)置了雨水過(guò)濾和處理系統(tǒng)，通過(guò)多級(jí)過(guò)濾和消毒等步驟，將收集到的雨水用于沖洗馬桶和灌溉綠化，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)利用雨水的目標(biāo)。

(3)雨水利用策略與設(shè)計(jì)。在低碳住宅建筑設(shè)計(jì)中，還可以采用一些雨水利用策略和具體設(shè)計(jì)來(lái)最大程度地利用雨水資源?？梢栽诮ㄖO(shè)計(jì)中合理設(shè)置雨水收集裝置的位置和容量，充分利用建筑物的屋頂面積和地勢(shì)條件。同時(shí)，結(jié)合建筑設(shè)備和園林綠化設(shè)計(jì)，將雨水用于沖洗馬桶、灌溉植物和充當(dāng)消防水源等多個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)多功能利用。這樣不僅提高了雨水利用的效率，也使得雨水利用更加便捷和可持續(xù)進(jìn)行。

3 成功案例應(yīng)用分析

本項(xiàng)目是1個(gè)位于城市郊區(qū)的低碳住宅建筑項(xiàng)目，總建筑面積約為5 000m2，共有100套住宅單元。項(xiàng)目采用了一系列低碳設(shè)計(jì)原則和技術(shù)措施，包括：被動(dòng)式設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能光伏電池板、雨水收集利用系統(tǒng)等，旨在最大程度地減少能源消耗和環(huán)境負(fù)荷。

(1)被動(dòng)式設(shè)計(jì)原則的應(yīng)用：該項(xiàng)目采用了被動(dòng)式設(shè)計(jì)原則，通過(guò)優(yōu)化建筑形態(tài)和立面設(shè)計(jì)，最大程度地減少與環(huán)境的能量交換，降低能源消耗。首先，建筑立面采用高效隔熱材料和雙層玻璃窗，有效隔斷室內(nèi)外熱量交換，減少空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。其次，通過(guò)合理的建筑朝向和開(kāi)窗設(shè)計(jì)，最大限度地利用自然光和通風(fēng)，減少室內(nèi)照明和通風(fēng)設(shè)備的使用。

(2)太陽(yáng)能光伏電池板的應(yīng)用：為了減少對(duì)傳統(tǒng)電力資源的依賴，該項(xiàng)目在屋頂設(shè)置了太陽(yáng)能光伏電池板。這些光伏電池板可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，供住宅單元使用。光伏電池板利用了可再生能源，無(wú)排放，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，因此，在減少能源消耗和環(huán)境負(fù)荷方面發(fā)揮重要作用。

(3)雨水收集利用系統(tǒng)的應(yīng)用：在該項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了雨水收集利用系統(tǒng)來(lái)最大程度地利用雨水資源。屋頂設(shè)置了雨水收集裝置，將雨水收集到儲(chǔ)水裝置中。收集到的雨水經(jīng)過(guò)過(guò)濾和處理后，可以用于沖洗馬桶、灌溉花園等非飲用水需求。這樣既減少了對(duì)自來(lái)水的使用，降低了自來(lái)水污水的排放，又節(jié)約了水資源。此外，雨水收集利用系統(tǒng)還可以作為消防水源，增加建筑的安全性。

通過(guò)以上的低碳設(shè)計(jì)原則和技術(shù)措施的應(yīng)用，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了能源消耗和環(huán)境負(fù)荷的最小化。

4 結(jié)語(yǔ)

低碳住宅建筑理念在建筑學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是1種可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，能夠減少對(duì)自然資源的消耗，降低環(huán)境污染，并通過(guò)創(chuàng)新的技術(shù)手段提高建筑的能源效率和舒適性。這種設(shè)計(jì)理念不僅符合可持續(xù)發(fā)展的要求，還能夠滿足人們對(duì)宜居環(huán)境的需求，促進(jìn)建筑行業(yè)向更加環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。因此，在今后的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)該積極應(yīng)用低碳住宅建筑理念，推動(dòng)綠色建筑的普及和發(fā)展。