基于自然采光、通风及取暖的低碳建筑设计理念与技术研究
关键词：低碳建筑,设计思路,自然采光, 合理设计
一、低碳建筑设计原则与思想分析
大自然能源的枯竭已经逐步影响到了经济的发展，节能减排已经成为了全世界各行各业的关注。低碳与节能是当前人类共同关注的重要课题，建筑是人类对自然影响最大的活动，因此建筑的低碳是设计者必须肩负的任务与目标。低碳建筑与节能建筑从某些方面看是基本相同的，其都是遵循开放、朴实、流畅的设计思路，从选址到格局、从朝向到风向，从间距到界面、从单体到群体都需要最大限度的利用自然能源，从而降低碳能源的消耗;注重对光线、通风等有效的利用，使之转变为建筑功能所必须达到的采光、通风、取暖等。因此在低碳建筑的设计中必须将这些因素考虑到设计中，不论是从整体还是局部都应当体现充分利用自然基本原则。引入低碳思路，必须掌握节能技术，从某种意义上节能与低碳的目标是一致的，此时利用低能耗资源或者纯粹的自然资源，如太阳能、风能等，尊重自然规律，降低能源消耗，才能使得建筑达到低碳的设计目标。
另外，低碳建筑的设计是一种复合性设计模式，即多元融合。因此在设计中应研究当地的地理环境与建筑特性，开发适应本地生态环境的建筑模式，整合完善建筑的基本功能，最大化的满足使用者的舒适度需求与低碳节能要求，即将建筑设计与环境、文化结合起来，力求将科学、逻辑、智能、系统基于一身，使得建筑符合多功能、低能耗的时代要求。
二、低碳建筑的规划设计
低碳建筑需要借助合理的规划达到其设计的目的，其规划应合适我国实际情况。其主要的方法是按照低碳需求打造小区域环境，将建筑与地域环境有机的结合起来;其次突出低碳运行的模式，对建筑本身的功能实现进行合理布局，在建筑群内实现低碳化服务模式;最后尽量利用原有的自然条件降低对原有环境的破坏，提高建筑对气候与环境的适应性能，从而实现低碳的目标。低碳建筑规划是一个宏观的建筑设计思路，是一个庞大的系统工程，其与低碳建筑设计、低碳材料、低碳运行模式、环境规划等息息相关，因此在规划中应尽量将低碳能源开发与环境保护结合起来为建筑规划所用，突出整个系统的低碳效果。
如：在建筑系统中打造绿色生物链并使之形成一个完整的生物链，可以在规划中将充足的水域和植物系统作为规划的基础，此时可以开发或者移植必要的水域与植物系统，在低碳建筑的基础上升级成为低碳建筑群。水域必须是全季节性的，具有充足的面积与深度。然后在水的基础上预留必要的空间，保证良好的指标覆盖，合理的搭配多种植物在不同的生长期内有季节性的规划，营造常绿。这些植物不仅仅可以制造氧气还可作为动物与植物、微生物等生存的基础，维持一个完整的微观生态体系，八铺作生物链的相对完整。生物链的建立可以在冬季御寒夏季降温，并可吸收与净化空气。这样的思路在某个建筑群内得到了应用，利用人工堆坡和拓宽水域，利用地形的高差产生水流的动力，并循环。在水域内引入必要的水生植物与动物，更使得水系统得到了净化，控制水质与清澈度。同时结合水域完成整体绿化，利用多种植被相结合的方式，营造层次分明的植物系统，形成一个沿着水域分布的生态系统。这样就可将建筑区域利用起来，为建筑低碳规划打下基础。同时建筑规划中利用露台、屋顶、道路等截取雨水，并收集到地下水池中，利用简单的处理方式为水域补充水量，以此构成了一个建筑群内的微循环系统。
三、基于自然采光、通风、取暖的低碳建筑设计思路
1、利用自然资源应因地制宜
低碳建筑的设计应突出自然性，最大化的利用自然资源是低碳建筑设计的源点。结合自然设计是将建筑地区的太阳辐射、热、光、阴影、降雨、风甚至是植物等自然条件与人类建筑结合起来，在实现建筑功能时充分利用自然资源，突出自然提供的潜力，促进建筑与自然向融合。
目前城市及建筑虽然突出了个性化设计，然而对环境的影响也是不容忽视的，不论原址如何都会进行人为处理，按照人为的臆断对自然条件进行改造，对原有的自然景致进行破坏，同时也增加了不必要的资源浪费，当然也就谈不到利用自然了。所以在低碳建筑设计中应克服此类错误，即在规划与设计时应因地就势，尽量利用坡地、洼地、水面等作为绿化用地，对原有的树木等进行必要的保护与利用。同时要通过适当的建筑设计，将形态、空间组合、朝向定位、材料选择、色彩运用等来满足建筑与自然的融合。同时充分结合气候特征，考虑阳光、空气流动等增加建筑对自然环境的利用效果，如炎热地区利用遮阳、通风、隔热等措施保证建筑温度适宜，降低人为调控温度而增加能耗。反之对于低温含量区域，则利用保温、采光等措施，如设计双层窗体、日光走廊、围护保温等措施，提高对日光的利用。另外，还有充分利用水，水可以对空气温度进行调节，创造一种建筑内的微观气候，建筑设计可以增加对水资源的利用设置，利用蓄水、缓释等措施提高建筑外环境的渗透能力。
2、采用被动采暖思路
低碳建筑设计不能违背为使用者提供适宜环境的要求，而冬暖夏凉则是人们对建筑的最基本要求。所以热舒适是建筑需要解决的最大问题。在设计中，应当了解影响室内热环境的因素有空气温度、墙壁辐射温度、风速、相对湿度。然而这些因素都最终归结为与自然阳光辐射相关。因此无论是低碳还是节能，建筑设计都要把对阳光的合理利用作为设计的重要方向。这样对于不可再生的矿物能源无疑是最大的节约，当然可以实现低碳的目标。
如采用被动式的太阳能建筑，即利用建筑朝向与周围环境的合理布局，内部空间和外部形态的巧妙设计，将建筑本身与材料、结构、构造等适当的组合起来，使得建筑达到冬季汲取太阳能，保持并储存，均匀分布，从而解决建筑物冬季采暖的问题，而在夏季可以利用适当的遮蔽阻隔太阳辐射，散逸夏季室内的热量，让建筑物达到降温的目标。其最为简单的设计就是将穿透南向玻璃窗进入室内的阳光利用起来，利用材料对其进行吸收从而转化为能量供建筑利用，从而创造一个舒适的室内温度。如果要设计一个成功的太阳能建筑就必须具备一下几个条件：建筑的外部应采用较好的隔热材料作为维护;向南的建筑结构应设置可以集热的结构，使其最大限度的获取太阳能;室内布置应尽量采用储热材料或者结构，可以最大限度的储存热量;设计应主次分明，主要采暖房间应与集热表面和储热体紧密结合，而次要房间与非采暖房间应可布置在东西两侧;在设计时应通过绿化、遮阳、通风等布置为夏季降温做好准备。
3、窗体结构的改进
建筑的能耗大部分都集中在外围结构上，其中包括屋面、墙体、楼板、门窗等，这些位置都是能耗较大的位置。围护结构传热与结构的材料紧密相关，而解决空气渗透的方式就是增加材料或者结构的密闭性，这就要改进门窗的结构，提高门窗的气密性。因此在建筑围护门窗上采用传热系数较低的材料，可以达到一定的节能效果。另外，建筑设计中增加窗户密闭、减少维护开孔与缝隙的面积的基本原理完全可以应用到增加建筑密闭性上。如建筑外墙开窗的设计，窗户的面积与墙体的面积在不同朝向的墙面上对于能耗的影响是不同的，因为外窗的传热系数一般说比外墙大，影响外围护的综合保温效果。随着墙窗面积比的增加，外窗的传热系数则应减小，以到达降低散热的效果。所以不同朝向的窗墙面积比可以影响外窗的传热系数。
如：在上海外环线的立交桥旁的住宅，因为地块的原因呈现的是弧形，小区地块上的弧形边缘建筑了两排住宅。第一排的位置与立交桥的距离较近，上下立交桥的车流对建筑影响较大，其噪声的影响给住宅带来了负面影响，但是立交桥面对的是南向，所以住宅的南向又必须设置开窗进行采光，因此如何设计窗户的形式就成为了一个难题，即需要降低噪声有需要保证采光与通风。在设计中采用高度1.8m开洞，沿街的窗户高1.2m，与上缘相接，下部设置0.6m的半窗。另一侧靠近房间的高度设置为1.2m，上部设置为0.6m的空间。两层窗户的间隔为10cm，内层上口设置翻窗形式，当需要通风的时候利用翻窗空气从两层窗户之间的10cm间隙完成通风。
4、空调系统节能措施
在建筑系统中，中央空调系统是高能耗系统，其所能提供的环境温度与自身的运行模式都会影响系统能耗，所以空调系统如果可以采用有效的节能措施将可以降低能耗，具体措施可以从以下几个方面进行：
1、合理的控制室内温度与湿度。此时假设空调室外计算的参数是定值，夏季空调室内空气计算温度与湿度越底则房间的制冷负荷越大，系统消耗的能源量也就越大。经过实践表明，如果不降低室内舒适度的标准而是通过合理组合室内温度参数是可以降低能源消耗的。如采用冷负荷计算方式在不同的室内设计不同的温度，会得到相应的冷负荷与湿度负荷，制冷量以及室内设计温度为25度时的调节度，进而得出其能耗效率。利用结果可以看出，随着室内的温度改变，节能率是一种曲线变化，室内设计温度没提高1℃，中央空调的能耗至少可以节约6%，在加上智能化的控制系统，其节能效果将更加理想。
2、利用合理的设计空调系统控制方案和冷源方案，可以降低整个空调系统的能耗。空调的能耗主要是风系统与水系统共同组成。在风系统中风机能耗最大，而水系统中水泵与冷水机组也是能耗的关键，设计中适当的改进其控制与运行方式可以有效的降低能耗，即实现机组智能化控制是比较可行而容易实现的方法。
3、暖通系统的应用
空调新风量也是影响空调节能的一个重要的标志，新风量过多会增加系统本身能耗载荷，无法实现节能，处理的新风量过小则会导致空气质量下降，所以针对空气环境的合理调节是影响空调能耗的重要层面，在送风温度与新风比例上应设计有智能化控制系统，协调比例降低能耗。
同时选择更加合适的控制方式也是空调节能的重要措施，变频技术已经在各个领域得到了应用，其智能控制与保障环境舒适性的特征无疑是空调节能的最佳技术，因此在空调系统中应尽量利用变频技术与智能化技术相结合，突出智能控温与变频控速的节能模式，从而降低空调系统的能耗。
四、结束语
低碳建筑的设计主要的思路就是利用更加自然的方式与资源降低对矿物能源的消耗，而最容易获取的自然资源就是阳光、气流等，因此在低碳建筑设计中应将采光、通风、保暖进行协调，按照合理利用自然资源的模式设计对建筑的关键部位进行改进，从而达到合理利用的最佳效果。
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