高大空间公共建筑低碳设计分析

罗慕遥

合肥叁源工程技术服务有限公司 安徽合肥 230000

摘要：城市化进程推进中，高大空间公共建筑也变得越来越多，这类建筑主要包括大型图书馆、剧院、体育馆等，其运行效益与社会发展息息相关，目前许多建筑物都开始采用低碳设计策略，力求提高公共建筑本身的综合效益。本文通过分析低碳建筑发展特征与高大空间公共建筑低碳设计的难点，进一步分析了高大空间公共建筑低碳设计的有效对策。

关键词：低碳设计；通风系统；遮阳设施

引言：低碳建筑是指建筑全生命周期内都控制碳排放量在最低标准的一类建筑，其也是典型的环境友好型建筑，与绿色建筑具有一定通性，低碳建筑也是当前可持续发展主流趋势中的重要内容。

1.低碳建筑的发展特征

建筑物在基于低碳要求发展过程中，主要体现出几项特征：第一，地域性特征，不同地域的外部环境、经济发展以及气候条件都存在很大差异，因此建筑低碳化发展的目标也会不同，像是在一些极度寒冷或炎热的地区，需要保证建筑室内舒适度的情况下控制碳排放；第二，经济性特征，低碳建筑在逐步推广开来后，也需考虑到其设计与建设的经济成本，因不少低碳措施都是高新技术堆叠，可能会产生高额费用，使最终低碳目标难以实现，因此，将低碳化要求纳入到建筑经济系统中很有必要；第三，外部性特征，低碳化建筑发展最初的目的就是减少对外碳物质排放，其也是为了保护环境，推动社会经济的健康发展，因此，在推动建筑设计或建设过程中，都不应只考虑建筑本体的功能需求，而是要结合考虑外部环境要求，确保技术的合理运用。

2.高大空间公共建筑低碳设计的难点

2.1室内温度受季节影响产生不均衡变化

许多高大空间的公共建筑其内部都具有空旷特点，因此容易出现不同位置热辐射与热量传递均匀性不一情况。尤其是在季节变化影响下，这种情况会更加严重。比如夏季很多地区光照强烈，高大空间建筑物内局部位置会受到阳光直射，导致热量传递较多，出现炎热情况，而阴凉区域则会温度偏低，其不同位置的温差最大标准可以超过5℃，出现明显的内部温度不均衡问题，这对于公共空间人们活动的舒适性也造成负面影响，甚至需要使用空调进行温度调节，导致增加电能消耗，与低碳理念不相符。为了改变这种情况，高大空间公共建筑往往会增加内部保温性能，从立面墙体着手，使其隔热效果进一步提升，但实际设计难度也会更高。

2.2通风条件不畅导致建筑能耗增加

对于高大空间的开放性公共建筑而言，其通风问题一直是建筑设计与建设考虑的关键内容，而不少地区气候影响，加之公共空间本身的封闭性要求高或设置特殊结构，致使其内部通风条件不畅，外部新鲜空气无法在室内良好流动，这也会使建筑能耗有所增加。同时，通风条件不佳也会导致建筑内部的空气质量偏低，对人们的活动产生不利影响，对此也会使用空调设备实施调节，从而增加耗能。针对部分公共建筑能耗情况调查发现，因内部通风效果不达预期而造成耗能增加最高会超过15%占比。比如说某高大空间的公共建筑中，因通风条件较差导致内部持续积累各种灰尘污染物，不利于人们的身体健康，而夏季时内部温度可能会偏高，若通风畅通性不足，则会造成一种闷热的感觉，降低了建筑物的舒适度，因极度缺少自然风，机械送风的空调系统也会长时间开启，使其能耗负荷进一步提高，碳排放会增加。

3.高大空间公共建筑低碳设计的有效对策

实际开展高大空间公共建筑的低碳设计过程中，可以在客观评测建筑物碳排放量的基础上，结合考虑建筑物所在地区的气候条件和环境特征，进一步采用下述几项对策来优化设计。

3.1增强建筑空间的适应性和利用效能

公共建筑的设计与建设目标都是营造舒适空间环境，因此可以增强建筑空间的适应性，使其综合利用效能得到提高，在建筑物适应外部气候的情况下，其也能够减少使用各种调节功能的电气设施，减少能耗及碳排放，对此，主要可以从两个方面着手设计。

第一，要合理规划内部空间场地的布局，建筑物内部可以结合外部特征来构建低碳化运行网络，在设计初期可以结合总平面布局的要求，考虑利用一些特殊的布局形态，使内部形成良好导风效果，譬如公共建筑所在地区若夏季高温时间较长，可以沿着夏主导风的方向布置内部沿线，在南侧位置需要留出较为开阔的空间，其可以起到循环风的作用，同时也要避免冬季时大量外表面方向对着主导风，避免冷空气过多流入，同时，整体立面的朝向设计也比较重要，比如若是南北朝向则冬季气温较低时，可以通过获得更多太阳辐射而增加室内热量，其面积和空间越大，所带来的节能效益越显著，但要注意布局上使太阳辐射在内部形成反射或散射，避免直射造成温度不均。

第二，选择合适的空间体块形状，公共建筑本身的设计体形也会影响其空间利用效能和能耗情况，基于低碳节能的设计要求，若单位面积所对应的外表面面积较小，则外部各种围护结构所产生的热损失也会更低，利于节能降耗。因此，在满足空间利用需求的情况下，建议尽量调小公共空间的高度，若高度和底面积无法改变，则底面平面布置可以优先选择为圆形，此外，整体外形设计也要尽可能简洁，不可出现过多凹凸情况。

3.2积极改善公共建筑的通风系统

高大空间公共建筑为了实现低碳设计，还要积极改善内部通风系统。像是在夏季气候较为炎热的地区，其公共建筑都需要调低内部温度，然而各种因素的影响下许多建筑不便频繁开窗，导致通风条件欠佳，必须依赖设备使内部空气排出并引进新空气，这就会导致碳排放的增加，对此类型的通风系统改善则可从两点做法出发。

第一，借助高大空间造型来增加风压或热压的空气流通，像是可以对空间组合模式科学选择，当前常见的模式包括并列式、一体式以及堆叠式等，可基于公共建筑用途功能选择。例如，并列式建筑空间是指主体建筑与周围一些规模较小的辅助建筑空间打通串联，从横向上有效连接，但其空间单元的划分较清晰，如此可以使以往较长的通风路径变短，带动风压通风，利于建筑室内的空气调节，降低了能耗与碳排放。一体式建筑空间则是指将高大空间公共建筑的外围护设计为一体化结构，在整体连续之后也能使建筑内部的迎风、背风面积进一步增大，也会使平面尺度变得更大，但这对于风压通风的条件会有限制，然而整体室内的净高增加会使得竖向上空气流通更顺利，因而优化了热压通风的条件，在管理和调节通风上也十分便利。堆叠式高大空间造型，主要指竖向上形成两层或超过两层的空间堆叠作用，进而激发出竖向上通风的较大潜力，调节内部气流，比如说在一些大型图书馆公共建筑中会有这类造型设计，其还会设计中庭，也利于通风循环。

第二，借助温度分层原理改善通风条件，所谓温度分层是指在公共建筑室内，存在空气压缩现象，这种压缩会导致空气密度改变，进而出现不同的温度变化，一般密度小且温度高的空气会在上方，而密度大且温度低的空气在下方，在通风系统优化设计时，可依据温度分层实现置换通风，其是指使用通风设备将温差较小、风速较低的空气送到建筑内部下方，随后结合层流之间的向上置换运动逐步将内部浑浊污染性空气排出，设备的送风口温度需要低于室内温度3℃左右，这样空气温度较低且密度较大，更利于直接达到下方人们获取区域，实际送风速度也不宜过快，一般为0.25m/s。与常规空调系统相比，这种设计的设备能耗更为节省，也能够减少碳排放。

结论：综上所述，高大空间公共建筑的供暖系统、空调系统等都会耗费较高能源，在新时期建筑理念改革背景下，这类建筑有必要实施低碳设计。由本文分析可知，高大空间公共建筑低碳设计的有效对策包括：增强建筑空间的适应性和利用效能、积极改善公共建筑的通风系统、有效利用自然光和各种遮阳设施、优化建筑外立面墙体的设计、利用绿色植物增强碳汇作用等。

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