双碳背景下建筑的绿色低碳和海绵设计分析——以湘西某一星级公共建筑为例

杨志红

摘要：双碳背景下的绿色建筑设计和海绵城市设计对社会可持续发展具有重要意义，以湘西某公共建筑为例，对建筑小区的绿色建筑技术选用和海绵城市技设计进行了简单介绍分析，并通过对该一星绿色建筑进行运行阶段的碳排放分析计算，初步得到了供暖、空调和照明在建筑减碳中作用较大的结论，为建筑的绿色低碳设计提供了一定的参考意义。

关键词：建筑小区；海绵城市；绿色低碳

据有关数据统计，我国建筑全过程的能耗总量占全国能源消费及碳排放总量的比重接近50%，绿色低碳建筑发展将是大势所趋。

本文以湘西某公共建筑为例，从绿色建筑设计、节能减碳及海绵城市等方面进行分析，为绿色低碳建筑项目设计与实践提供参考。

1、项目概况

湘西自治州中心血站迁建项目工程总承包项目位于湘西高新区学院路与工业大道交汇处西北端。项目总用地面积 6210.33 平方米，总建筑面积 9000 平方米，其中地上建筑面积为7359.5平方米，地下车库建筑面积为1640.5平方米。

2、绿色低碳建筑设计

2.1、绿色技术选用

目前，绿色建筑设计大多数都迷失在套用绿色建筑评价标准及为了达到某个星级的要求而盲目地拼贴和采用各种绿色建筑技术，却忽略了绿色建筑的核心原则—因地制宜、整体设计、统筹考虑、集成的设计观。在本项目的绿色建筑设计过程中，设计团队基于湘西地区气候、资源等条件，尊重自然、循法自然和利用自然，选用湘西地区适宜、成熟的绿色建筑技术以确保方案的经济性和可操作性，优先考虑了良好自然采光与通风设计、种植屋面、乡土植物及复层绿化、非机动车环保出行、下凹式绿地、雨水花园等被动式设计策略。

(1)围护结构热工性能提升

建筑围护结构的热工性能提升是重点也是难点。围护结构的设计对建筑整体的能耗有很大影响，在现行节能标准的基础上进一步优化建筑围护结构的热工性能，可以大幅降低建筑的能耗，同时可以提高建筑内人员的热舒适性。

本项目外墙采用60mm厚岩棉板+200mm厚重砂浆砌筑烧结页岩多孔砖/空心砖墙，外墙传热系数为0.61W/（m2·K）。建筑外窗采用6中透光Low-E+12氩气+6透明玻璃，达到了良好的保温隔热效果，玻璃传热系数为2.3W/（m2·K）。通过合理选用保温材料及厚度、门窗型材等，本项目的全年能耗较比参照建筑提升5%以上。

(2)良好自然通风设计

项目通过CFD模拟软件指导场地总平图建筑、构筑物及景观植物布置，营造场地舒适的室外风环境，根据场地的风环境的预测分析结果，项目场地在冬季的典型风速和典型风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5m/s，风速放大系数小于2；过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地内人活动区未出现涡旋或无风区，室外风环境良好。

冬季距地面 1.5m 处风速云图	夏季距地面 1.5m 处风速云图
距1层楼面1.2m高度流场分布		距1层楼面1.2m高度风速分

通过CFD软件对室内自然通风的分析可知，调整优化项目的外窗开口设计，可以实现很好的自然通风节能。

(3)合理绿化布置

本项目屋面考虑屋顶绿化的方式，提高建筑的“第五立面”效果的同时，改善屋面微气候环境和保温隔热性能。室外绿化采用包含乔、灌、草结合的复层绿化，可以形成富有层次的城市绿化体系，不但可为使用者提供遮阳、游憩的良好条件，还可以吸引各种动物和鸟类筑巢，改善建筑周边的生态环境。

(4)节水设备及节水系统

为了进一步节约水资源，降低项目对环境的负荷，最大化减少自来水的需求，减轻市政供水的负担与用水费用，项目同时考虑从供水管网及用水末端采取相应的节水措施，减少自来水的供水量，主要包括以下方面：

节水器具：项目选用的用水器具均满足《节水型生活用水器具》CJ164-2014的要求，且用水器具的用水效率等级达到二级，节水率不低于10%。

节水灌溉：室外绿化浇灌采用微喷灌方式。

供水压力控制：合理利用市政供水压力，同时控制各用水点最低配水点压力不大0.20MPa，避免超压出流，减少用水浪费。

分级计量水表：对整个供水系统设置合理的分级计量水表，进行测量和统计，及时、有效发现用水过程中的漏损、浪费。

(5) 太阳能光伏发电系统

本项目在屋顶设置网光伏发电系统,并网电压380V。屋顶共设置光伏板40块,预计发电功率20KWp,年发电量约1.68万度。

(6) 空调、设备节能

在主动节能方面，项目主要采取的措施有选用高效节能空调、采用绿色照明及选用节能电梯和设备等。

本项目采用变频多联机系统，其IPLV值达到3.55，APF值大于3.8，新风系统采用全热回收机组，新鲜空气经过全热回收机组预热处理后再送至各个房间，有效节约空调能耗。

此外，项目电梯均采用节能型电梯，同时电梯采用变频调速等节能运行控制措施，有效降低电梯运行能耗。

(7)绿色照明

本项目的绿色照明主要体现在节能灯具和节能照明控制两方面，主要场所均使用LED光源。车库灯具分回路交叉控制,可定时开关。灯具控制基本要求为一灯一控、分回路集中控制或采用智能场景照明控制系统,楼梯间采用红外感应延时开关控制。

2.2、运行阶段碳排放分析

通过采取上述绿色建筑技术措施，本项目达到《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）一星级的要求，此外，通过软件计算，本项目的碳排放强度在2016年执行的节能设计标准的基础上降低了43.59%，碳排放强度降低了 17.91kgCO2/(m2 .a)。

建筑运行阶段碳排放达标判定表

类别	设计建筑单位面积年运行碳排放量(kgCO2/(m2.a))	参照建筑单位面积年运行碳排放量(kgCO2/(m2.a))	优化比例%	单位面积年运行碳排放降低值（kgCO2/(m2.a))
供暖	2.82	5.00	43.73	2.19
空调	3.81	7.50	49.18	3.69
风机	10.34	12.43	16.82	2.09
照明	6.49	12.88	49.58	6.39
电梯	1.47	1.55	4.77	0.07
通风机	1.63	1.71	4.77	0.08
光伏发电	3.40	0.00	--	--
合计	23.17	41.08	43.59	17.91

设计建筑与参照建筑碳排放对比图

各类措施减碳优化比例

从以上图表可以看出，供暖、空调、风机和照明在建筑运行阶段中引起的碳排放量比较大，供暖、空调和照明节能措施对减碳有比较明显的作用，优化比例最高。

3、海绵设计

3.1国内发展现状及挑战

目前国内的雨水利用主要有以下两种方式：（1）绿化截留雨水。城市绿化中设置凹形绿地，低于地面高度，绿地中安装雨水截留设施。（2）建造人工雨水贮存构筑物。利用建筑物屋顶、庭院等防渗表面收集雨水，建设雨水储存设施收集和储存城市雨水，可用于冲厕、洗车、绿化浇灌等。

虽然海绵城市在中国已有将十年的发展，但由于起步较晚，在建设方面还是存在着很多的挑战，大规模应用也仍然受到限制。

中国的城市水系统具有复杂多样的特性，缺乏相应的雨洪管理模拟模型将其与海绵城市的目标和使命进行完美契合。国家发布的海绵城市建设指南只能提供一般性建议，而地方在建设过程中需要解决的是具体过程问题，因此在实施过程中会遇到较多的技术挑战。

3.2建筑小区“海绵城市”规划及设计要点

建筑小区“海绵城市”规划及设计需因地制宜地使用源头海绵设施解决雨水控制问题。充分结合地形地貌、建筑布局、景观、道路、雨水排水等设计，充分利用绿地、人行道、等地块合理选择海绵设施的类型和布置形式与规模，同时利用高差优势布置相应的导流设施，保证雨水能通过地表径流、导流设施或管网流入海绵设施内进行下渗净化和滞蓄。

同时需分析项目所在区域的地形地貌，画出项目所涉及的汇水面积，进行城市排水防涝的分析，保证项目超标暴雨时的雨水行泄通道顺畅，保证项目本身不形成内涝积水问题。

此外，海绵与景观需相互协调，以景观手法美化优化海绵设施。将生物滞留设施、透水铺装、地表径流导流槽等设施做景观化处理，与项目本身的景观风格相搭配，海绵与园林小品、绿化造景等充分融合，构建成完整和谐的美景。

3.3低影响海绵设施

（1）透水铺装

透水铺装设计包括透水性多孔沥青、透水混凝土、透水砖等。对于项目场地内主要人行道路，其地面的铺装材料可采用透水砖等透水性材质进行铺装，既加强了场地内的雨水入渗，又可防止道路、广场地面积水、内涝对行人造成不便。

（2）下沉式绿地

下沉式绿地是低于周边路面的绿地，是最为常见的一种“海绵城市”绿地设计形式,其结构层次依次为滞水层、绿地种植层以及原土层。使路面（地面）高于绿地，雨水口设在绿地上，高于绿地而低于路面，雨水经下凹绿地调蓄、渗透后再排出，用以解决路面（地面）径流等问题。

（3）植草沟

植草沟是指种有植被的地表沟渠,主要分为湿式植草沟、干式植草沟等。它可以实现对雨水的引流和传输。植草沟的建设高度应低于绿化高度100mm,植草沟植物类型可选择耐旱、抗涝的植物。

3.4海绵设计实例

通过对项目场地状况分析，项目用地面积不大，在有限的场地范围内，可设置的绿地面积较小，是场地雨水入渗滞留，实现径流控制的不利条件，因此项目需对场地雨水进行合理规划引导，并采取相应的雨水入渗、处理措施，以达到场地雨水的合理控制，避免场地积水以及内涝灾害的发生。

对于场地内的路面雨水，主要考虑引入道路两侧设置的下凹式绿地，对雨水进行蓄积和入渗，暴雨时雨水通过在下凹式绿地上开设的溢流口引入市政管网排放。项目场地内规划绿地总面积为6210.33㎡，项目绿地率为30%，绿地面积为1863.10m2，项目设置下凹式绿地面积为599.28 ㎡，项目硬质铺装路面为2311.66㎡，透水铺装1296.1㎡，绿化屋面为578.31㎡。通过设置的低影响海绵设施，将场地内的年径流总量控制率控制在70%以上，有效减少市政雨水管网的排水压力。

LID设施总平面布置图

4结束语

本文简单介绍了绿色低碳建筑和海绵城市设计的必要性，并以湘西某公建项目为例，分析了绿色低碳建筑的技术选用和海绵城市设计的要点，对双碳背景下的绿色低碳建筑设计有一定的指导意义。

参考文献

[1]程娜,邱文航，吴银光等.

绿色低碳理念下的校园规划与设计 ——以中共湖北省委党校（湖北省行政学院）新校区为例[J].设计技术，2021.

[2] 绿色建筑评价标准GB T 50378-2019 [S].

[3]曾胜稳. 低成本模式下的绿色建筑设计策略 [J]. 建材与装饰，2012.

[4]罗毅."双碳"目标下绿色建筑的发展方向与技术应用研究[J].城市，2021-11-01.

[5]谢怀洋.基于海绵城市理论的社区景观改造设计研究[D].上海师范大学,2021.DOI:10.27312/d.cnki.gshsu.2021.002076.

[6]朱利.基于海绵城市理念下的绿色居住区景观设计策略[J].现代园艺,2021,44(06):80-81.DOI:10.14051/j.cnki.xdyy.2021.06.033.

[7]许衡.海绵城市理论在小区园林景观设计中的应用[J].现代园艺,2021,44(06):92-93.DOI:10.14051/j.cnki.xdyy.2021.06.039.

[8]曹高尚,徐真真.基于雨洪管理模型的旧区海绵城市改造技术研究[J].市政技术,2020,36(04).

[9]陈娟.基于低影响开发原则的海绵城市末端措施分析[J].工业建筑,2020,48(06).