绿色低碳建筑理念在高层建筑设计运用

［摘要］由于高层建筑具有节约土地、实现居住资源利用最大化的优势，当前建筑工程领域内开始广泛进行高层建筑设计。为了更好地提高建筑资源利用与节约的效果，有必要科学落实绿色低碳设计理念。以高层建筑设计为研究对象，采用案例分析法和资料分析法，查询关于高层建筑绿色低碳设计的文献，总结其中经验，提出相应的设计方法与策略。遵循绿色低碳理念下的建筑设计原则，加强建筑结构设计，优化建筑布局，提升建筑节能保温效果。采用一系列低碳设计措施后，不仅提高了资源节约效果，更促进了可持续发展战略目标的高效落实。

［关键词］绿色低碳设计；高层建筑；建筑设计；节能保温

绿色建筑设计并不只是在建筑施工中采用节能减排技术，而是立足于建筑的实际情况，对现有的节能技术合理利用，再以科学的手段促进高层建筑与自然环境的相互协调。基于绿色低碳设计理念的建筑设计强调居住者的居住体验，满足其实际需求，实现人、建筑、自然间的和谐共处，突出建筑设计的环保效果，节约材料与成本，尽可能地提升建筑使用寿命。

1基于绿色低碳理念的高层建筑设计原则

1.1整体性原则

以绿色低碳理念为前提的高层建筑设计属于综合性工程，这类建筑并不是指日常中的居住型住宅，此外也包含带有生活需求的其他建筑体系，强调建筑的舒适体验。坚持高层建筑设计的整体性原则，充分应用生态节能技术，促进人、建筑以及自然间和谐统一，实现三者的共存[1]。

1.2节能性原则

建筑领域内，越来越多的高层建筑设计开始强调绿色低碳理念和节能减排等内容，特别是高层民用住宅，这类建筑的能耗较高，设计时更应考虑到低碳理念，合理利用节能手段，保持建筑设计的前瞻性，强调建筑的实用性。在设计期间，不能将节能设计局限在某一方面，而是要从全局角度出发，根据建筑特点与周围环境，尽可能地降低建筑能耗。比如在光照充足的区域，可使用太阳能设备，降低建筑对能源的依赖性。与此同时，节能设计也包含对环保材料的使用，各种新型环保材料被应用建筑设计与施工环节，促进材料的循环利用，在节约资金的同时实现资源的优化配置。

1.3舒适性原则

现代化高层建筑设计应满足舒适性需求，改善建筑的制冷或者采暖方式，应用绿色低碳技术让建筑环境变得更舒适。或者充分利用自然采光和通风，降低资源消耗。

2绿色低碳理念在高层建筑设计中的实践应用

2.1建筑结构设计

2.1.1建筑周围环境规划设计。建筑结构设计内需要充分体现绿色低碳理念，做好建筑周围环境的降噪处理，创造噪声屏障系统。将系统设在建筑结构和主干线之间，降低环境噪声引起的影响，再根据道路高度与车流量，合理规划地形，提升建筑隔音效果。加强绿化带设计，发挥绿化带的隔音效果，美化环境，利用灌木与乔木，使居住环境变得更舒适[2]。2.1.2建筑布局设计。将绿色理念贯彻在建筑结构设计中，依据建筑位置与使用性能，使结构设计更科学。满足对太阳能和风能等新能源的需求，以可再生能源代替不可再生能源，减少建筑设计中的资源消耗。依据建筑结构之间的距离，使每栋建筑有足够的阳光照射，增加冬季室内温度，降低空调、煤炭资源消耗。2.1.3建筑节能保温设计。外墙是建筑结构的一部分，也是十分重要的围护结构，外墙施工应合理地应用保温材料。分析现有的保温材料，优化现场施工环境，发挥外墙保温技术的应用价值，选用具有耐寒和耐热优势的新材料，再根据配比要求分析材料性能。了解项目施工中的温差，降低温差引发的外墙裂缝，发挥墙体的保温和隔热效果。使用玻璃幕墙，突出该外墙结构的节能效果，降低能量损失。采用带有绝缘材料的玻璃幕墙，配合铝合金门窗，以多道胶条进行幕墙密封处理，提高外墙气密性。对于玻璃幕墙和外窗性能，要求抗风压性能设计超过6级（P3≥3.5kPa）；气密性超过6级（q1≤1.5m3/（m•h））；水密性不能低于3级（ΔP≥250Pa）；传热系数K≤2.3W（m2•k）。2.1.4提升建筑抗震能力。做好高层建筑项目设计情况的预测，突出抗震设计的重要性，以良好的抗震效果尽可能地延长建筑寿命，谨防地震灾害带来的安全威胁。建筑结构设计阶段，应合理地分析建筑结构抗震性，以合适的方法减少地震造成的损失。融合抗震设计与建筑结构设计理念，从围护结构入手，落实绿色低碳理念，围护结构体型系数就是指建筑物和室外大气相互接触的表面积与包围体积之间的比值，计算公式如下：S=F0/V0公式中，S指的是体型系数，F0指的是建筑物和室外大气接触的外表面积，V0指的是外表面积所包围的体积。要求单体楼体型系数不能超过0.3，只有这样才可以达到预期设计需求[3]。2.1.5钢结构设计。钢结构是高层建筑结构的关键材料，可加强对建筑结构自重的有效控制，调整竖向结构荷载与重力，从而达到建筑的安全性与稳定性需求。竖向结构荷载方面，应按照不同楼层重力、高度要求分析，了解建筑荷载和轴力关系，使钢结构有着较强的荷载，竖向与水平荷载始终保持平衡的状态。按照高层建筑设计的偏心差和侧向位移数据，保障建筑结构安全，发挥BIM技术的可视化优势，使建筑设计方案更合理。

2.2建筑机电系统设计

建筑内涉及的机电设备较多，为达到节能与低碳发展要求，应尽可能地降低机电系统运行造成的能源消耗。建筑给排水和空调设备作为重要的设备类型，使用频率较高，建议采用变频技术提高给排水和空调系统运行效率，降低资源消耗，比如建筑空调部分使用集中式空调系统，做好余热的回收，合理设置PAU余热回收系统，将余热回收再利用。电梯是高层建筑中必不可少的机电设备，为保障居民正常出行，优化乘坐体验感，在设计电梯部分的电气系统时，可使用碳纤维引绳来提升电梯运行效率，同时设置自动调节模式的垂直电梯系统。针对电梯系统进行联动设置，非联动设置下，居民按下电梯召唤键时，同楼层的两部电梯会响应并停在居民所在楼层；联动设置下，按下召唤键，两部电梯中距离居民最近的一部电梯会响应并停在该楼层。比如某小区一单元两部电梯，共有8个单元，全部设置为联动模式，可节约的费用情况如下：假设每天每个单元需要按动100次电梯，每次电梯都会运行高层的中层区域。电梯功率为15kW，运行1分钟会消耗0.5度电，每度电费0.528元，每层运行需要耗时3s。以2栋楼1单元为例，该楼共有18层，电梯运行到中区即9层的位置时需要耗时3×9=27s=0.45min；电梯每天可节约的费用为：0.45×0.25×0.528×100=5.94元。

2.3建筑门窗节能设计

门窗结构是建筑结构的一部分，也是房屋热能相互交换的重要结构，立足于绿色低碳设计理念，科学设置门窗朝向与具体面积，再根据高层建筑的气候条件与实际情况优化不同朝向下的窗墙比，即窗户洞口面积房间内单元面积的比值，一般窗墙比设计值应保持在0.4以内，超出0.6将会造成严重的能量损耗，不利于建筑门窗结构的节能。表中内容为某高层建筑的窗墙比情况，通过表中数据分析，发现所有方向的窗墙比均在0.4左右，没有超过0.6，因此建筑窗墙比具有良好低碳节能效果。

2.4合理搭配自然采光与自然通风

绿色低碳理念已成为建筑设计领域的主流趋势，可最大限度地使用自然采光作为高层建筑的采光手段，以自然风作为主要通风手段。对窗户的开口方式进行翻转改变，从而引入更多自然风。通过自然风与自然光的合理搭配，减少人工照明、空调设备长时间运行带来的能源消耗。

2.5积极应用新型能源

新型能源具有环保与低能耗的应用优势，广泛被用于高层建筑中的新能源主要有太阳能和风能。太阳能作为清洁能源，不会对环境造成破坏，可用于高层建筑的水源加热、保温、供暖。风能的利用率很高，自然风可以进行降温制冷，季节交替或者昼夜过渡时，可利用风能供冷，将自然风送入压缩机，达到通风与蓄冷的效果，节约电能消耗，优化室内空气质量。根据地域性特点确定能源利用方式，比如北方地区应注重建筑自身的保温性能，探寻可用于采暖的新能源，减少煤炭燃烧造成的二氧化碳排放。与此同时，立足于绿色低碳设计理念进行太阳能、风能、地热能的综合利用，从高层建筑的全生命周期入手，让可再生能源代替传统能源，安装太阳能屋顶热水器与集热器，实现对高层建筑的低碳设计。

2.6使用绿色低碳材料

选择建筑材料的同时，也要充分考虑材料在生产与制造期间、运输期间的能源消耗，兼顾制造时污染物排放情况，减少材料的使用总量，尽可能地应用环保材料，比如本地材料与3R材料。选用木石材料、竹材料、植物纤维等，促进材料的可回收利用，降低材料能耗。合理地选择建筑材料，针对建筑设计的材料类型，加大新型材料使用力度，比如选择混凝土砂浆材料，遵循就近的原则确定混凝土搅拌站，避免在施工现场拌制混凝土，防止粉尘和噪声影响环境。建筑地下室部分可使用水泥砂浆地面，突出材料的防滑防潮性能。卫生间与厨房采用防滑地砖，水泥砂浆楼面应做好隔声与吸声处理。内墙采用普通涂料，使用阻燃型PVC吊顶，墙面涂料使用乳胶漆，要求屋面的防水等级符合建筑设计要求。选用2层3㎜厚SBS改性沥青防水卷材为防水材料，屋面保温使用60㎜厚挤塑聚苯板材料，外墙保温使用70㎜厚岩棉保温板。

3绿色低碳理念下的高层建筑设计案例

3.1工程概述

以某高层住宅小区建筑项目为案例，小区用地面积共11322m2，总建筑面积为30000m2，其中建筑密度与绿化率分别为20％和50％，采用板式建筑结构，屋面造型类似于“波浪”的同向设计，使建筑群屋面产生韵律感。建筑规划整体采用了斜列式的布局方式，以此增加观景区与采光面，由于是高层住宅，决定采取1梯两户南北通透的构造形式，建筑设计内融入大量绿色低碳设计理念。

3.2建筑绿色低碳设计

建筑布局方面，绿色节能低碳设计需要按照当地的气候条件进行，在满足楼间距的同时，考虑到风的主导方向，充分利用太阳能资源，促进自然通风。建筑的布局有行列式和自由式布局两种，前者创造的空间更加有序，后者能够聚落为更加丰富的内部空间。建筑平面与立面的低碳设计。项目所在区域内，夏季会产生较多能耗，自然通风能够改善室内热环境，降低空调能耗。室内隔墙采用平面结构设计方式，这是影响室内通风的主要因素，可形成穿堂风。该项目室内布局中，厨房在北方，卫生间在西边，主卧朝南，适合夏季通风与冬季采暖。立面部分增加了立体绿化效果，突出建筑的遮阳功能，针对高层住宅特点，在外墙部分设计平台，平台内可种植花草，为建筑提供遮阳与防风效果。建筑自然通风设计，设计人员提前对建筑的自然通风情况展开模拟，迎合了夏季主导风向，测量后发现风速在2m/s以内，这为居民室外活动的开展营造了良好的条件，所以设计师扩大了建筑底层架空区域面积，创造了开放式互通空间，使漩涡区与静风区削弱，非主导风向下的场地通风情况有所改善。为了减少静风区，对建筑设置下沉式庭院，在一定程度上优化了建筑局部风环境。建筑围护结构的节能设计，该建筑严格按照节能设计标准，围护结构热工性能在指标上提升了20％。建筑外墙使用了加气混凝土砌块墙体，添加了30mm岩棉板保温层，使外墙传热系数提升到0.8W/（m2•K）；建筑屋面包含植物面与其他屋面两种，这两种类型都应用挤塑聚苯板，材料的传热系数在0.64W/（m2•K）以下，建筑裙房与非种植屋面部分安装光伏板，以单晶硅为发电方式，将光伏板架设在屋顶位置，光伏板使用面积为3081m2，与建筑能耗需求相符，具体情况如表2所示。此外透明维护结构使用的是隔热性较好的铝合金中空玻璃，传热系数只有2.0W/（m2•K）。建筑节能设备系统，采用高效节能设备系统，按照建筑负荷情况确定相应控制策略，具体如图1所示。有的建筑使用4台电制冷离心式水冷机组和1台螺杆式水冷机组，以此作为建筑的冷源。对于人员比较密集的区域，需要安装二氧化碳浓度传感器，调控新风与回风之间的混合比，在过渡季节提升新风比，让冷源带走室内的余热，降低室内温度。采用LED灯具，配合智能化系统，调节照明设备。采用EPS供电方式进行应急照明，具体情况如表3所示。

4总结

总而言之，为了深入贯彻落实可持续发展战略，高层建筑设计应加深对绿色低碳理念的理解。建筑节能设计时应充分利用可循环的资源，分析建筑能耗的形成原因，通过合理的优化设计达到能耗降低的效果。

参考文献

[1]蒋滢.绿色建筑设计在高层民用建筑设计的应用探析[J].居舍，2022（2）：124-126.

[2]金禾，张楠.绿色低碳建筑理念在高层建筑设计中的运用探讨——评《绿色建筑节能工程设计》[J].工业建筑，2021（8）：241.

[3]刘蕾.基于超高层建筑实现绿色低碳发展的思考和实践[J].科技视界，2018（12）：175-176.

作者:李文嘉 单位:招商蛇口云南公司