双碳目标时代，低碳建筑创新正在改变未来建筑

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1.碳中和目标下的新建筑设计要求

随着城市和经济的快速发展，能源消耗对自然环境的威胁越来越大，而建筑物的能源使用数量和强度也在不断增加。由于《巴黎协定》正在引领全球向绿色经济转变，并规定了保护地球所需的最低限度行动，因此它对全球政治和经济活动产生了巨大影响。随着中国承诺到 2030 年二氧化碳 (CO 2 ) 排放量达到峰值并到 2060 年实现碳中和，碳现已正式成为世界环境指标。根据中国建筑能耗报告中国建筑节能协会发布的2020年建筑行业碳排放量将占工业、建筑和交通这三个需要进行绿色改革的主要行业的51.3%。因此，建筑物的设计、运营、管理和使用将直接影响城市碳中和工作的有效性。强调建筑设计以节能减排和创造碳汇也成为应对气候变化和实现碳目标的首选策略之一。

LWK + PARTNERS 认为零能耗建筑是实现中国碳排放目标的重要手段，也是未来的市场趋势。他们需要一种技术方法，其特点是“先被动，主动增强，最大限度地利用可再生能源，以及以人为本的入住后评估”。它旨在确保健康的建筑内部、功能和效率，制定碳中和设计特点，创造新的低能耗建筑类型，提高能源效率和智能集成，促进被动设计和可再生能源的使用，并促进更好的节能在建筑中的表现。

本文由领导 LWK + PARTNERS 设计研究部的设计研究总监刘志祥教授撰稿，以中国为例探讨零能耗建筑设计的各个方面。

2.低碳建筑创新的应用

位于中国广东的碳中和建筑设计项目紧邻交通基础设施，由五座大型建筑组成，占地面积80,000平方米，最大建筑密度为48,000平方米。在设计初期，对现有解决方案进行了优缺点分析，决定将项目与低碳设计相结合。LWK + PARTNERS 与客户紧密合作，评估传统方法并开发更好的设计框架。为了响应碳中和目标，它涉及对场地、建筑围护结构和屋顶的密切审查，以告知低影响开发，以及基于“被动优先”和“最大化可再生能源”原则的低能耗集成设计。以下是团队应用的低碳技术：

中国广东碳中和建筑设计项目的檐篷通过优化阳光照射提高了能源效率和室内舒适度。

（1）建筑围护结构设计

碳中和建筑设计项目属于中国建筑热工区划中的“夏热冬暖B区”，强调自然通风、隔热和遮阳。根据中国《绿色工厂评价通则》和《绿色建筑评价标准》，建议工厂通过材料、结构和照明的选择，节约材料、能源、水和土地，最大限度地减少危害，并使用可再生能源。屋面和外墙的保温性能也应符合GB 50176《民用建筑热工设计规范》国家标准的要求。这就是为什么，除了保持结构的标准隔热水平，比如专注于建筑物西侧的隔热，

策略 1：定位建筑物以接收更多的太阳辐射

策略 2：采用不平坦的立面以减少热传递

策略 3：使用通风立面提高能源效率

策略四：采用智能材料优化能源利用，辅助能源管理

策略 5：应用被动设计功能来节省能源

与策略 2 相一致，碳中和建筑设计项目略微倾斜，并采用不平坦的立面。为了提高能源效率和减少CO 2排放。例如，在夏至日，为了获得最佳的降温和排烟效果，沿立面的水平装置可以调整为 28° 27'，与相应的太阳角度完全相同。建议此设置持续到当天下午 5 点。根据策略 3，通风立面设计成通过其支撑结构形成双层幕墙，产生烟囱效应以激活对流空气循环并改善建筑物的隔音和隔热效果，从而提高能源效率。

作为被动设计工具的建筑形式：在 LWK + PARTNERS 的办公楼竞赛提案中，中央负空间促进了微气候，让自然光和风穿过其核心，共享设施和公共区域集中，办公室分配在外围。

（2）雨棚设计

气候适应性设计作为被动式设计的关键工具，需要达到更高的水平，以降低建筑物供暖和空调的能源需求，同时为建筑师和设计师提供更多机会来实现设计目标。根据气候分析，最合适的被动设计策略是遮阳、室内热增益、自然通风降温、除湿和优化空调效率。这些策略可有效提高能源效率和室内舒适度。下面的例子，同样是碳中和建筑设计项目，展示了树冠设计如何促进遮阳。

该项目的檐篷是根据太阳阴影的角度设计的。考虑到檐篷相对于立面的位置，采用了两种类型的檐篷。1 型檐篷设计用于保护建筑物墙壁，这意味着它们可以在春季、夏季和秋季抵挡直接暴露在阳光下，以最大限度地减少建筑物表面的加热/冷却负荷。类型 2 是指入口处的檐篷和玻璃幕墙。这些是人们聚集的地方，因此主要考虑在冬季将阳光引入室内以供采光和取暖。结合建筑南立面的雨棚尺寸和高度计算，1型设有百叶窗，用于在太阳角度超过13°时屏蔽辐射。从有关太阳路径的站点分析，铝制百叶窗可以在中午到下午 5 点左右提供良好的遮阳效果。对于从容积率计算中排除的檐篷，它们必须至少有 80% 是空心的，而铝制百叶窗的倾斜度必须小于 11.5°。为了最大限度地倾斜遮阳，树冠本身必须倾斜 11.5°。

LWK + PARTNERS 经常在其住宅项目中融入通风良好的聚会空间，例如中国广州的翠岸住宅二期。

此外，LWK + PARTNERS 还建议在第一层顶棚之上加装第二层顶棚，进一步为屋顶遮阳，同时排出第一、二层顶棚与屋顶之间的热量，有助降低建筑空间的冷负荷。双屋顶结构与气室一起实现分离，而中间的层提供额外的建筑照明。如果各层的镂空率相同，这种设计也扩大了遮阳面积，创造了一个有遮蔽的户外生活空间。

（3）低影响开发的水生设计和景观系统

在气候方面，碳中和建筑设计项目位于易受季风、潮湿天气和大雨影响的亚热带土地。为了减少间接增加碳排放的用水量，该项目包含从不同来源收集雨水的功能，包括屋顶、地表径流和植被集水区。最初处理的水往往更干净，经过简单处理后可以重复用于其他用途。据估计，仅雨水回用一项，就可以满足该项目100%的杂用水需求。该区域供水主要服务于写字楼、厂房、植物浇灌和道路洒水。

为了减少空调需求，地下空间的设计应最大限度地吸收阳光和自然通风，中国珠海天恒‧湾景的景观设计就说明了这一点。

参考当地低影响开发 (LID) 要求，该项目还包括一系列其他绿色功能。这些通常是基于蓝绿色设计原则的景观特征，旨在促进碳汇、水循环、海绵城市概念、人工湿地景观和节水。LID 策略主要针对场地的南侧提出。第一个策略解决项目现场的大量雨水径流和潜在溢流问题。这种水可用于雨水湿地，通过物理设备、水生植物和微生物保留。湿地既可以是生态景观，也可以是公共空间。第二个策略针对地下静水体。采用多层植被建造护岸，铺设透水，雨水花园和其他创建人工湿地的措施。雨水通过这种方式进行渗透、储存、调节和净化，模拟自然环境。这些半自然结构的阶梯式排列不仅满足了 LID 目标，而且还满足了各种其他功能需求。

LWK + PARTNERS 的办公楼竞赛设计方案在通风的中庭周围提供了多孔层的体验式景观空间。

（4）光伏 (PV) 系统

最大限度地利用可再生能源意味着通过开发可再生能源来抵消和平衡建筑物的能源消耗。在碳中和建筑设计项目中，LWK + PARTNERS 充分利用建筑表皮，利用附近资源产生可再生能源。再次研究了当地的气候和太阳的角度。利用光伏模拟软件分析屋顶辐射、光伏板的最佳倾斜角度和板与板之间的距离，得出最佳的太阳能年发电量，从而估算建筑物的电力消耗减少量。然后将其与电力排放系数相结合，计算出使用光伏面板后节省了多少与电力相关的 CO 2排放量。

电力排放因子信息取自中国国家发展和改革委员会应对气候变化司于2013年10月11日在中国气候变化信息网发布的《2010年中国区域和省级电网平均CO 2排放因子》。根据《广东省企业（单位）二氧化碳排放信息报送指南（2020年修订）》，电力排放因子预设值为每百万千瓦时6.379吨CO 2 。通过将光伏发电量乘以电力排放因子，该团队得到节省的碳排放量。在碳中和建筑设计项目中，光伏面板帮助减少了约 89.3 吨二氧化碳排放2年排放量，将在其整个生命周期（假设为 15 年）内减少 1,339.6 吨 CO 2排放量。

社交空间的阴影提供了一种露天体验，办公楼的竞赛提案说明了这一点。3.结论与展望

总的来说，所有建筑都或多或少地采用相同的节能减排技术方法。2019年，中国有关部门发布了《近零能耗建筑技术标准》。对于上图所示的碳中和建筑设计项目，设计策略主要围绕“被动优先”和“最大限度地利用可再生能源”原则。LWK + PARTNERS 提出第四个元素，即“以人为本的入住后评估”，以补充本标准所列的三种方法。这通过考虑真实用户的体验来为未来的设计提供信息并进一步提高建筑物在碳减排方面的性能来关闭循环。LWK + PARTNERS 将此应用于碳中和建筑设计项目，贯穿建筑从设计到运营、管理和使用的整个生命周期，通过数字平台跟踪入住后数据。该实践认为，密切监测入住后数据对碳排放控制、用户体验的打造以及建筑成本控制具有参考作用。从长远来看，这些数据也是实现碳减排目标的关键。

被动式设计是在升级能源系统的同时加强建筑形式和空间设计的有效工具。与此同时，低碳创新对于在建筑设计中整合可再生能源的使用以及通过用户行为捕捉人为因素至关重要。随着气候变化的威胁越来越大，建筑师和工程师在中国的碳减排目标和我们未来的城市发展总体上发挥着主导作用。

最后分享一个信息，中国首届碳中和技术博览会将于本周末在上海国家会展中心启幕，对碳中和感兴趣的朋友一定不要错失本次盛会。借此盛会之际，碳中和专题沙龙也将每天举办，为大家带来一次碳中和知识的科普盛宴，还等什么呢，赶紧报名参会学习吧！

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