“双碳”背景下高层建筑设计.pdf

2023年8 月“双碳”背景下高层建筑设计陈伟（中国二十冶集团有限公司，上海2 0 1 9 0 0）摘要：社会的发展离不开能源的供应，节能减排是未来趋势，也是全世界目前面临的重要任务，建筑行业也应该响应国家准则，做好一系列低碳设计、低碳建设、低碳运营计划，给世界打造一个生态、健康的居住环境。关键词：节能；减碳；可持续发展0引言建筑行业社会能源消耗量大，近些年国家也颁布了针对碳排放的条例，建筑碳排放计算标准（GB/T51366-2019）超低能耗建筑评价标准（T/CSUS15-2021）绿色建筑被动式设计导则（T/CECS870-2021)绿色建造技术导则（试行）等文件的出台，促进了建筑领域绿色低碳发展的飞速进步。2 0 2 0 年9月国家明确提出2 0 3 0 年“碳达峰”与2 0 6 0 年“碳中和”目标，俗称“双碳”。1双碳背景下高层建筑设计的实际运用研究在建筑设计中通过何种途径来为节能减碳做出贡献，在满足维护结构、墙体、外门窗、屋顶等规范要求的数值之余，我们要充分考虑相关举措。1.1建筑规划布局合理的建筑朝向对建筑的使用、节能等有极大意义。通过朝向、建筑形式以及构成的综合作用来实现环境目标，采用智能化建筑结构来创造可对气候做出反应的外墙系统，将自然采光最大化，强化自然通风，控制太阳热的吸收和散失。高层建筑在有限的地面空间中争取更多的建筑面积，不但有利于节约市政设施，而且也有利于节约土地。节约的土地可用作绿化等用地，改善城市人居环境，朝向尽量选择南北向，综合考虑所在地区的主导风向，避免主朝向东西向的配置，近些年全球变暖，西晒较前些年更加严重，朝西的房间唯有增加空调消耗才能提高室内环境的舒适性。所以合理的朝向对节能、自然通风以及室内的使用都具有一定程度的意义。1.2建筑平面设计高层建筑设计中通常做法是将楼梯间、电梯间、管道井、卫生间、茶水间等核心设于中心，使功能房间设于四周，以此实现自然通风、自然采光。这种设计对结构受力与抗震比较有利，同时设备管线也最短。目前世界上比较有名的建筑物，如3 0 年代的“帝国大厦”、纽约的世贸大厦、近代的上海金茂大规划设计文章编号：2 0 9 5-4 0 8 5(2 0 2 3)0 8-0 1 0 1-0 2厦、国际金融中心、上海中心等，均采用此类设计手法。但唯一的缺点是电梯厅，楼梯间不能自然采光、通风，只能通过机械通风来满足室内的舒适性及消防问题。1.3绿色建材的选择工业化之后的高层建筑外墙大多采用的是玻璃幕墙，玻璃幕墙的采用同战后玻璃工业、化学工业、空调工业和机械化施工工业的进步发展是分不开的，玻璃幕墙也能够最大化的开阔视野。虽然本身造价比较高，但自身荷载也比砌体结构轻，降低了结构成本，为全世界高层建筑的发展带来了新气象，拉近了建筑与自然的距离，将传统封闭式空间进行了一次大的建筑革命。但同时其造成的热损失也是非常严重的，增加了建筑物的能耗，造成一定的光污染，因此成了不可忽视的问题 。2案例分析近期笔者进行了案例分析，该案例中针对双碳展开的建筑设计措施有以下几点。2.1创造自然通风条件，减少空调使用本设计中结合当地主导风向，夏季主导风向东南东4 1.5 7%，冬季主导风向北北西 北北东3 2.4 2%，全年主导风向东北东 东南东3 0.3 2%。两个楼梯及电梯分别设置在当地主导风向的相反方向一一西南角与东北角，让中间形成可以南北通透的大空间。在平面的东南角，考虑内凹空间，将外窗的开启面积提升到最大化，为自然通风创造有利条件。外面设置铝合金格栅，减少夏季极端天气的暴晒，将热空气屏蔽在内凹空间之外，温度至少比周边室外低2 度，起到了较好的遮阳作用，降低能耗。内凹空间设置空中绿植，以此产生氧气和吸收二氧化碳，热岛与西北角的格栅部分形成主导风向的通风对流。遮阳和绿化结合，为降低室内温度，减少空调运行提供了最有效的方式。冬季西北侧设备平台处的内侧设置蒸压加气混凝土砌块，减少冬季空调的热损失和冬季主导风的冷风渗透。.101规划设计2.2空间可分可合，为空间提供变化本建筑结构体系采取框架核心筒结构，中心部位尽量全部采取框架柱，剪力墙结构部分设置在电梯、楼梯及周边管井，让中心区域各空间内通透性更好。本设计中柱跨为8.7 m8.7m，考虑到一层及地下室柱子大小为1.1 m1.1m，地下室一跨内还可以放得下3 辆车。平面设计中四周可作为独立的单间办公室，中心区域设计成开放式办公，或者留两个柱跨布置大会议室，楼梯核心筒设置在四周，给开放空间提供最大的可变性。室内隔墙采用轻质隔墙，轻质隔墙密度面密度小于8 0 kg/m，这样一栋楼整体荷载会减少许多，降低了建筑物前期投资，后期拆除也减少了整栋楼的碳排放。2.3楼梯间设置于东西侧，减少了西晒高层建筑中大多数楼梯间处于不采光、不通风状态，完全靠正压送风机来防烟，基本采光靠人工照明，给人带来一定的不适感。楼梯间放在建筑物的斜对角位置，结合框筒结构设置核心筒，剪力墙设置在电梯，楼梯的四周增加主体建筑结构的刚度、抗剪性能，同时又能够让楼梯间与电梯厅可以自然采光。东西侧的楼梯间兼具东西遮阳作用。2.4空调采用小型集中式空调集中式中央空调需要设置集中的冷热源设备房及水泵房，在通过管井将冷热媒输送到各负荷楼层，这种空调设备房面积较大，建筑里面为空调考虑的竖井加大了建筑的公摊面积，冷水从地下室通过加压泵输送到楼梯上部会增加前期投资，运营维护费用较高。本项目中高层各楼层空调采取VRV空调，VRV空调系统独立控制，减少了由集中风管输送冷热源带来的损耗，比中央空调更节能环保。建筑没有了风管的管道层可以使室内净高最大化。室外机集中设置在设备平台处，将它设置在不太重要的次要朝向和东西侧，提高遮阳作用。2.5屋顶绿化绿色是生命的原色，也是生命的象征。植物正因为具有绿色才有可能进行光合作用，使建筑与大自然融为一体。长时间的室内空间，会使人体出现身体不适、空调病及关节炎等。加强室内室外的互动，为人们提供一个休息和消除疲劳的舒适场所。标准层东南角活动室盆栽，1 8 层东南角室外露台空中绿化（如图1）屋顶层绿化、绿化的覆土层对室内的保温性能及隔热起到了较大的作用，外屋顶采取绿化设计可以减少阳光摄人量，屋面减少暴晒，是一项利于节能、保持生态、调节气候、净化空气遮阴覆盖，降低室温的重要举措。利用植物光合作用和蒸腾特性，能够吸102CREATELIVING收二氧化碳，起到固碳，吸尘、降温的作用，实现建筑自身的碳中和 2 室内空间室外平台8700图1 室外平台平面图2.6双层表皮外墙立面材料主要由铝板、铝合金格栅、铝合金中空玻璃幕墙等组成。铝板部分外表皮厚度为700mm，中间留有空腔，夏季将热辐射阻挡在铝板之外，不与保温层直接接触，加强了墙体的保温性能及防水性能。东南角局部内凹空间外侧为铝合金格栅，铝合金格栅与内侧的玻璃的间距为2.0 m，减少阳光与外墙玻璃的直射，而且还能最大化的解决通风问题，内侧玻璃窗可以开启到最大化，优化室内的通风对流。在平面的西北侧留设室外机的设备平台，外侧是格栅，内侧围护结构为蒸压加气混凝土砌块，考虑到冬季的主导风向，仅在加气混凝土外墙上开启少量窗户，减少冬天的冷风进人室内。临外的玻璃幕墙考虑中置式遮阳，减少夏季热量进入室内，控制内部空间的热环境，降低空调能耗。2.7建筑遮阳一体化设计本建筑外墙1/3 的面积是LOW-E中空玻璃幕墙系统，按照新规范建筑节能与可再生能源利用通用规范（GB55015-2021）的设计要求，透明幕墙部分均需做遮阳系统，得热系数才能达到要求。如果采用内遮阳的话，无法完全将热量隔绝在室外，不能起到隔热作用。因此设计中需将玻璃幕墙中空部分留出19mm的空腔，安装中置式遮阳系统，防止建筑在夏季吸收过多热量。3 结语当前，随着国家颁布了针对碳排放的相关条例，我国建筑行业也应更好的顺应国家低碳政策，进行低碳设计、选择使用绿色低碳建材等，为国家2 0 6 0 年的碳中和目标作出贡献，为创造健康绿色的社会环境提供帮助。参考文献：1黄丹麾生态建筑【M济南：山东美术出版社，2 0 0 6.2黄丹麾当代西方生态建筑的美学研究【D北京：中央美术学院，2 0 0 4.800