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接招吧!建筑|零碳建筑长啥样?
试说新语工作室
2022-08-03 08:56  来源:澎湃新闻
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编导:瞿荻 魏玥琪 撰稿:徐静 配音:魏玥琪 平面设计:傅小凡 项目统筹:李麑(05:53)
建筑业历来是碳排放的隐形“大户”之一。根据国际能源署的数据,建筑贡献了全球碳排放总量的三分之一,与交通业、工业相当。
2021年底,中国建筑节能协会能耗专委会公布了《中国建筑能耗研究报告》,统计了2019年中国“建筑全过程”的碳排放总量,为49.97亿吨,占当年全国碳排放总量的50.6%。
“建筑全过程”中,许多环节都会产生碳排放,从钢筋水泥混凝土等建材的生产和运输,施工,再到竣工后的运营维护,直至多年以后的废弃和拆除。
一栋建筑的全生命周期漫长,涉及的环节和流程众多。那么,让建筑实现“零碳”,可能吗?
零碳建筑的“加减法”
20世纪开头,玻璃幕墙迅速成为整个世纪的宠儿,但早期玻璃幕墙的缔造者们或许没能预料到,这些玻璃盒子逐渐成为能耗“黑洞”。
光污染、保温性能差,许多高层玻璃幕墙无法打开,通风和温度调节完全依赖空调等机电设备。许多城市都开始反思,如何改造一批玻璃幕墙公共建筑,以降低能耗。
如今,越来越多的设计者开始在建筑孕育的早期阶段,思考如何节能减排。
最近,成都天府新区出现了一个“近零碳建筑”——中建滨湖设计总部。它的建造者来自中建西南设计研究院。通过“加减法”,建造者在成都打造了一座“近零碳建筑”。本文图片均为中建西南设计研究院 提供

通过“加减法”,建造者在成都打造了一座“近零碳建筑”。本文图片均为中建西南设计研究院 提供

要达到“近零碳”,一栋建筑首先得做点减法。
在成都,中建西南院的建造者们研究起了风。他们利用“计算流体动力学CFD”模拟室外风环境,希望能充分利用自然通风,减少对空调等机电的依赖。大楼采用“气象跟踪技术自控天窗”,能通过感应器自动开启。建造者们还在中庭安装了可开启的电动天窗,配合风机,利用热压和风压诱导建筑内的自然通风。
除了研究风,中建西南院的建造者们还研究起了光。他们对大空间采光进行模拟,在合适的位置设计了采光天井,这使得87%的功能房间达到了自然采光标准。
同时,中建滨湖设计总部的幕墙采用了一种特殊材质玻璃——三银双中空Low-E玻璃。两层空腔具有更好的保温性能,节省能耗。三银双中空Low-E玻璃示意图

三银双中空Low-E玻璃示意图

经过种种低能耗设计的中建滨湖设计总部,年平均能耗降低至40-80千瓦时/平方米,每年可以节省用电186万度,减少二氧化碳排放约1027吨。
减少能耗只是第一步,要让一栋建筑做到“近零碳”,还需要做点加法——发电和储能
中建滨湖设计总部拥有8000多平方米的屋顶花园,像是给建筑戴上了“防晒帽”,大楼还设计了540平方米的分布式光伏面板,装机容量86.4千瓦,年发电量约为6.9万度。
设计总部的地下室是大型储能机房,机房中的运维系统能够实时监控发电量及用电量。
高原上的“零碳实验”
在青藏高原东北边缘的四川省阿坝州若尔盖县下热尔村,高寒高海拔下,中建西南院的建造者为160个孩子打造了一栋新校舍,它的首要目标就是抵御严寒。
在高原,建造者们面对的是一连串的限制条件。匮乏的资源,薄弱的生态环境,有限的经费。不能大拆大建,也无法选择空调、暖气片等常见的取暖设备。更不能盲目堆砌一些高技术却容易故障、难以维护的新奇设备。
中建西南院利用当地的太阳能资源,建造了一栋充满阳光的校舍,这栋校舍被命名为“暖巢一号”。
建造者们先是重新设置了建筑朝向,以提高太阳能的利用效率。为提高太阳能的利用效率,调整建筑朝向

为提高太阳能的利用效率,调整建筑朝向

接着,他们在建筑内部划分不同区域,把建筑布局为“暖区”和“次暖区”,解决了室内供暖问题。宿舍等“暖区”位于建筑南面,北面较冷的“次暖区”留给卫生间等附属用房,楼梯间则作为缓冲区域。
坡顶还开设了斜天窗,直接阳光集热。
这一切都是为了最大程度地减少热量损失。建造者们还利用了建筑能耗模拟软件,模拟当地的日照和气流,对建筑布局进一步优化。确定门、窗的朝向和开口面积,模拟室内外冷暖气流交换,并在建筑南侧设计了双层墙体。加强外围结构的隔热性能,使其节能率达到65%以上。
经过一个冬天的实验测试,暖巢一号的御寒能力有些惊人,没有辅助采暖,在室外-20°C的寒夜,孩子们的宿舍室温能维持在10°C。
这项高原上的零碳实验,或许是多重限制条件下“不得已”的选择。但暖巢一号的成功,证明了高寒高海拔地区,仍能因地制宜,设计出可持续的近零碳排建筑。而眼下,进一步优化设计的“暖巢二号”也即将诞生。
为实现建筑与环境的和谐共生,中国的建造者们仍在不断探索新的挑战。
【专题】接招吧!建筑

责任编辑:李麑

校对:丁晓

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