建筑碳中和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素及其策略研究

沈楊 鄭梁杰

關(guān)鍵詞：碳中和;建筑設(shè)計(jì);全生命周期

建筑活動(dòng)是人類(lèi)作用于自然生態(tài)環(huán)境最重要的生產(chǎn)活動(dòng)之一，也是耗費(fèi)自然資源最高的生產(chǎn)活動(dòng)。在國(guó)家雙碳目標(biāo)下，建筑碳中和的發(fā)展面臨重大歷史機(jī)遇。作為我國(guó)碳排放大戶(hù)，建筑業(yè)長(zhǎng)期存在資源消耗大、污染排放嚴(yán)重、建造方式粗放等問(wèn)題，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的提高，建筑業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，建筑生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放也在持續(xù)增加?？梢哉f(shuō)，建筑領(lǐng)域的碳中和已成為國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)我國(guó)全方位邁向低碳社會(huì)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。

一、 中國(guó)建筑碳中和的研究背景

人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，從某種角度上說(shuō)，就是一部能源演變史，即從漫長(zhǎng)的柴薪時(shí)期過(guò)渡到飛速發(fā)展的煤炭時(shí)期，再到全面爆發(fā)的石油時(shí)期。正是對(duì)能源更加高效的利用，人類(lèi)社會(huì)發(fā)生了翻天覆地的變化，生活水平日益提高。但隨之而來(lái)的是，化石能源的大量使用對(duì)地球環(huán)境與生態(tài)造成了前所未有的巨大影響。大量的溫室氣體排放，使得全球氣候開(kāi)始升溫。根據(jù)《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(shū)2020》中的數(shù)據(jù)，2019年的年平均氣溫，相較1850年到1900年50年間的平均氣溫，高出了近1.1攝氏度，二氧化碳的排放量增加了5倍。劇烈氣候變化引發(fā)的種種自然災(zāi)害，正在全球各地不停上演。全球范圍內(nèi)頻發(fā)的自然災(zāi)害預(yù)示著，人類(lèi)這幾百年的飛速發(fā)展是有代價(jià)的。如果不能及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)救和改變，地球生態(tài)平衡一旦被打破，人類(lèi)將遭受不可估量的巨大損失，甚至將導(dǎo)致生存危機(jī)。

建筑業(yè)作為歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè)，涵蓋了人類(lèi)社會(huì)大部分的生產(chǎn)以及居住環(huán)節(jié)。隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，隨之而來(lái)的是大量的建筑能源消耗以及溫室氣體排放。以中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告2020》為例，2018年全國(guó)建筑碳排放總量為49.3億tCO2，占全國(guó)碳排放的比重為51.3%。全過(guò)程能耗總量為21.47億標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為46.5%;而建筑建造和運(yùn)行相關(guān)的碳排放相較于2001年增長(zhǎng)了1倍以上，并且增速還在逐年加快（見(jiàn)圖1）。高瓴產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院發(fā)布的《邁向2060碳中和--聚焦脫碳之路上的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》一文中也指出，中國(guó)的相關(guān)行業(yè)中，最晚實(shí)現(xiàn)碳中和的很有可能是建筑行業(yè)。根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按目前的碳排放趨勢(shì)發(fā)展，城市建筑在未來(lái)10年將新增220億平方米，將直接間接的新增碳排放約14億噸。且建筑業(yè)很可能要到2039年才能碳達(dá)峰，比全國(guó)總體規(guī)劃的2030年碳達(dá)峰的目標(biāo)，晚了將近九年。為了達(dá)成國(guó)家雙碳的戰(zhàn)略目標(biāo)，建筑業(yè)碳減排刻不容緩。

要達(dá)成建筑碳中和的目標(biāo)，首先要明確其碳排放來(lái)源，對(duì)其表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后才能制定相對(duì)應(yīng)的策略進(jìn)行改進(jìn)。

第一個(gè)要素，也是最直觀(guān)的，即建筑的運(yùn)行能耗。該要素記錄的是建筑在建成后的使用階段所產(chǎn)生的能源消耗和碳排放量?，F(xiàn)代建筑主要以電力消耗為主，而目前以火力發(fā)電為主的發(fā)電方式，會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放。針對(duì)第一個(gè)要素，建筑可以通過(guò)主動(dòng)以及被動(dòng)的節(jié)能技術(shù)，來(lái)減少對(duì)外部電力能源的使用。同時(shí)增加可再生能源的使用，如太陽(yáng)能，以及水電風(fēng)電，以達(dá)到運(yùn)營(yíng)階段近乎零碳排放的目標(biāo)。

第二個(gè)要素則是盡量全面的記錄建筑全生命周期的碳排放量，即從時(shí)間維度上來(lái)看，建筑從“生”到“死”所產(chǎn)生的碳排放量，相當(dāng)于給每棟建筑制定了一個(gè)碳排放的病歷卡。建筑全生命周期具體是指從材料的生產(chǎn)、建筑場(chǎng)地的施工、建筑的使用運(yùn)營(yíng)，到最終的拆除及材料的回收利用四個(gè)階段。每個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的碳排放以及留下不同的碳足跡。相對(duì)于僅僅關(guān)注建筑運(yùn)行階段的碳排放量，第二要素的衡量范圍更加全面廣泛，同時(shí)要求也更高。為了實(shí)現(xiàn)全生命周期零碳排放的目標(biāo)，需要從業(yè)者在建筑每個(gè)階段都盡可能地減少碳排放，如使用環(huán)保的建材、采取更加高效的施工方式以縮短施工時(shí)間，增加可回收建筑材料的比例。同時(shí)在不同階段中采取相對(duì)應(yīng)的負(fù)碳行為進(jìn)行平衡。

第三個(gè)關(guān)鍵要素則是涵蓋了建筑全產(chǎn)業(yè)鏈的從業(yè)者，包括各個(gè)企業(yè)和組織在生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放。建筑碳中和不僅僅需要考慮單個(gè)建筑的碳排放量，而是要從街區(qū)、社區(qū)乃至城市的范圍內(nèi)進(jìn)行跨行業(yè)的綜合考量;動(dòng)態(tài)平衡建筑群之間，不同行業(yè)之間的碳排放，以達(dá)到城市整體碳排放量減少的目的。

三個(gè)要素衡量的范圍由小到大，由單一的維度到復(fù)合的維度，從業(yè)者需要根據(jù)具體場(chǎng)景建筑碳排放的表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)度。同時(shí)不同的要素需要采用相對(duì)應(yīng)的碳排放計(jì)算方法并考慮計(jì)算邊界。對(duì)于零碳建筑而言，更多涉及的是建筑運(yùn)營(yíng)時(shí)的直接排放和間接排放，主要包括工業(yè)、電力、建筑和交通四個(gè)行業(yè)。而對(duì)于建筑全生命周期中的碳排放計(jì)算，則涉及更多的相關(guān)行業(yè)，且受到其他行業(yè)碳中和進(jìn)程的影響，計(jì)算邊界需要根據(jù)不同的行業(yè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的界定調(diào)整。

三、不同要素對(duì)應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)策略

設(shè)計(jì)作為建筑項(xiàng)目的發(fā)起環(huán)節(jié)，需要在初期就把建筑碳中和的三個(gè)關(guān)鍵要素考慮進(jìn)去。建筑師應(yīng)當(dāng)肩負(fù)起更大的責(zé)任，著力研發(fā)更高效的構(gòu)造方式，將光伏技術(shù)應(yīng)用到建筑構(gòu)件的各個(gè)組成部分之中，以增加清潔能源的使用場(chǎng)景。從源頭改變建筑原材料的構(gòu)成，增加低碳排放建材的使用，以達(dá)到降低整個(gè)建筑業(yè)碳排放量的目標(biāo)。同時(shí)借助BIM（建筑信息模型）對(duì)建筑生命周期內(nèi)各階段的信息進(jìn)行深度的把控，優(yōu)化建筑全生命周期的碳中和表現(xiàn)。

（一）策略一：光伏建筑一體化

為了降低建筑在能耗方面的碳排放，清潔能源的使用必不可少。太陽(yáng)能作為一個(gè)顯而易見(jiàn)的清潔能源，人類(lèi)一直在嘗試將其進(jìn)行收集和利用。一直以來(lái)，由于存在光電產(chǎn)品與建筑結(jié)合程度不高、光電并網(wǎng)不易、市場(chǎng)認(rèn)可度低等問(wèn)題，太陽(yáng)能光伏板一直沒(méi)能夠在城市大面積的鋪開(kāi)使用。但通過(guò)國(guó)家?guī)资陮?duì)光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)不斷的大力扶持，以及近幾年光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突破，整個(gè)光伏行業(yè)終于迎來(lái)了大爆發(fā)。光伏技術(shù)的成本大幅下降，終于讓其有了在建筑業(yè)乃至更多行業(yè)使用的機(jī)會(huì)。

特斯拉作為目前新能源領(lǐng)域中最炙手可熱的公司，在發(fā)展電動(dòng)車(chē)的同時(shí)，也推出了自家的太陽(yáng)能屋頂模塊。相較于傳統(tǒng)的，將太陽(yáng)能板直接鋪設(shè)在建筑屋頂上的方式，特斯拉直接將太陽(yáng)能板與屋頂構(gòu)造進(jìn)行結(jié)合，打造出一個(gè)獨(dú)立的完整產(chǎn)品，即一個(gè)帶有嵌入式發(fā)電機(jī)，且能夠收集太陽(yáng)能的屋頂瓦片。屋頂瓦片以玻璃磚的形式出現(xiàn)，并使用彩色薄膜巧妙地隱藏太陽(yáng)能電池。

集成式太陽(yáng)能屋頂?shù)某霈F(xiàn)，為建筑光伏設(shè)計(jì)提供了全新的思路。傳統(tǒng)的光伏屋面做法大多是將藍(lán)色或者黑色的矩形光伏面板直接放置在建筑的屋頂。這些產(chǎn)品與屋頂之間的坡度或角度經(jīng)常是不同的，致使太陽(yáng)能的收集效率不高，同時(shí)這部分產(chǎn)品難以根據(jù)屋面尺寸定制，且可用的顏色有限，很容易與非光伏板的部分形成鮮明的對(duì)比，降低建筑整體的美感。而將光伏系統(tǒng)與房屋的基本構(gòu)件結(jié)合，然后以此為模塊進(jìn)行建造，則能夠同時(shí)解決效率和美觀(guān)的問(wèn)題。

除了光伏屋頂之外，很多公司也在嘗試將太陽(yáng)能技術(shù)集成到外墻、窗戶(hù)、陽(yáng)臺(tái)欄桿等其他建筑元素中。這些產(chǎn)品正在證明集成光伏系統(tǒng)的快速、低成本和可持續(xù)制造，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。光伏系統(tǒng)與建筑構(gòu)件的結(jié)合還衍生出一種創(chuàng)新的商業(yè)模式，開(kāi)發(fā)商可以大規(guī)模采購(gòu)集成了光伏系統(tǒng)的建筑構(gòu)件，通過(guò)與住戶(hù)進(jìn)行協(xié)商，分享后續(xù)建筑立面和屋頂產(chǎn)生的能源收入，以此來(lái)降低前期的建造費(fèi)用。

對(duì)于建筑，找到效率與美觀(guān)之間的平衡一直是一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程。人們需放棄一些先入為主的觀(guān)念，就像太陽(yáng)能光伏板并不是永遠(yuǎn)只是一成不變的藍(lán)色或黑色矩形板。在零碳建筑的開(kāi)發(fā)中，將低碳綠色能源的生產(chǎn)技術(shù)與建筑的建造進(jìn)行結(jié)合，將美學(xué)、成本和效率進(jìn)行綜合的考慮，將是未來(lái)建筑設(shè)計(jì)所需要面臨的挑戰(zhàn)。

（二）策略二：木構(gòu)建筑的回歸

2020年，我國(guó)碳排放量最大的行業(yè)分別是火力發(fā)電、鋼鐵和水泥業(yè)。其中鋼鐵和水泥，分別占到18%和14%。作為建筑業(yè)最基礎(chǔ)的兩大原材料，鋼鐵產(chǎn)業(yè)有64.7%的產(chǎn)量最終用在了建筑業(yè)，而水泥則幾乎全部在建筑業(yè)上使用，所以在建筑原材料上進(jìn)行創(chuàng)新與突破，可以有效地減少建筑碳排放。我國(guó)目前主要的應(yīng)對(duì)之策，是對(duì)鋼鐵和混凝土的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，減少其在生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放;同時(shí)優(yōu)化建筑的結(jié)構(gòu)計(jì)算，減少原材料的使用量;同時(shí)大力發(fā)展創(chuàng)新材料，如高性能混凝土，其具有耐久性強(qiáng)、強(qiáng)度高且二氧化碳排放少等特性。

但僅僅是在鋼鐵和混凝土領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化研發(fā)是不夠的，我們需要找到更多的低碳建材進(jìn)行替代。樹(shù)木作為最好的碳收集器，隨著樹(shù)木的成長(zhǎng)能夠固化空氣中的二氧化碳同時(shí)釋放氧氣，一直都是公認(rèn)的環(huán)保材料。近些年國(guó)內(nèi)外一個(gè)大的發(fā)展趨勢(shì)就是木構(gòu)建筑回歸，在建筑設(shè)計(jì)中大量使用木材來(lái)替代碳密集型的建材如磚石，水泥和鋼材等。

美國(guó)建筑大師賴(lài)特說(shuō)過(guò)：“木材對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)是普遍美麗的，是所有建筑材料中最親近人類(lèi)的。”但過(guò)去一兩百年，木材卻慢慢淡出了現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的主流舞臺(tái)。其主要原因就是天然的木材，其剛度和強(qiáng)度都不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代高樓大廈建筑的使用需求，同時(shí)木材在防火性能上一直存在安全隱患。但隨著材料技術(shù)的快速發(fā)展，一種新的復(fù)合木材料的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，即交叉層壓木材，也被描述為“工程木材”。其特別之處在于通過(guò)將三層紋理相互垂直的木板通過(guò)特殊的工藝進(jìn)行壓合。在木材的內(nèi)部形成兩個(gè)受力方向，從而改變木材的力學(xué)特性，使其具有了較強(qiáng)的抗壓和抗彎強(qiáng)度。同時(shí)在外觀(guān)上和氣味上，由于只使用了極其少量的黏合劑，基本和純木沒(méi)有區(qū)別。

目前全世界的建筑師們都在嘗試拓寬木構(gòu)建筑的使用場(chǎng)景，從大型場(chǎng)館到橋梁，再到高層建筑。最近在溫哥華，美國(guó)建筑公司Perkins+Will即將建成全世界最高的木構(gòu)建筑。該項(xiàng)目名為加拿大地球大廈，高40層，包含200套公寓以及零售餐飲辦公等綜合功能區(qū)（見(jiàn)圖2）。除了核心筒和樓梯間之外，其余部分包括地板、結(jié)構(gòu)柱、外裝飾等全部使用了交叉層壓木材。對(duì)比傳統(tǒng)同等規(guī)模的混凝土建筑，其在原材料的碳排放上僅為后者的三分之一。同時(shí)建筑通過(guò)室外的露臺(tái)、垂直綠化和光伏系統(tǒng)對(duì)建筑進(jìn)行表層的保溫隔熱，搭配三層的中空門(mén)窗系統(tǒng)，使得整個(gè)建筑能夠維持一個(gè)非常低的能耗水平（見(jiàn)圖3）。該項(xiàng)目從材料的選擇到后期的運(yùn)營(yíng)都符合碳中和的宗旨，將為零碳建筑的發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)非凡的先例。隨著越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)商和建筑師加入木構(gòu)建筑領(lǐng)域的研究，木材——這一自然而美麗的材料將會(huì)很快重新進(jìn)入人們的視野，成為城市中靚麗的一道風(fēng)景。

建筑碳中和的要素中，必不可少的一個(gè)就是掌握建筑從誕生到消亡，全生命周期的數(shù)據(jù)情況。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則必須引進(jìn)BIM技術(shù)，即建筑信息模塊。BIM技術(shù)，是一種廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工、項(xiàng)目管理領(lǐng)域的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)對(duì)建筑數(shù)據(jù)化模式的集成，在項(xiàng)目規(guī)劃、執(zhí)行與維護(hù)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)資源共享與傳播，讓建筑技術(shù)人員對(duì)施工中各個(gè)階段的信息都有了直觀(guān)的掌握，并據(jù)此做出高效的應(yīng)對(duì)。

BIM技術(shù)通過(guò)給建筑構(gòu)建三維模型，相當(dāng)于給建筑在出生之前建立了一個(gè)身份檔案，可以很好記錄建筑從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)維護(hù)、到拆除回收四個(gè)階段的信息數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，基本實(shí)現(xiàn)了在70%-80%的項(xiàng)目上使用BIM。在這方面，我國(guó)大概落后國(guó)際領(lǐng)先水平15年左右的時(shí)間，在2013年國(guó)家把綠色建筑納入國(guó)家戰(zhàn)略的高度之后，BIM技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)開(kāi)始爆發(fā)式的增長(zhǎng)。其中影響力最大的BIM項(xiàng)目就是由同濟(jì)大學(xué)主導(dǎo)設(shè)計(jì)的上海中心，該項(xiàng)目為中國(guó)首個(gè)采用BIM的超高層項(xiàng)目。前期設(shè)計(jì)通過(guò)BIM三維模型的仿真模擬，有效地降低了建筑的風(fēng)荷載，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少了結(jié)構(gòu)的用鋼量。上海中心還通過(guò)BIM數(shù)據(jù)模型將風(fēng)力發(fā)電、智能照明、雨水收集等綠色技術(shù)整合到建筑中，形成一個(gè)綠色的能源體系，成為唯一獲得LEED-CS白金級(jí)的中國(guó)建筑（特指400米以上建筑）。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)碳中和日益重視，BIM在建筑全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。

在前期規(guī)劃階段，通過(guò)BIM與GIS軟件的相互配合，對(duì)項(xiàng)目的場(chǎng)地關(guān)系、業(yè)主需求、城市規(guī)劃等方面進(jìn)行綜合的量化分析，以此來(lái)確立最優(yōu)的場(chǎng)地布局，以及預(yù)估項(xiàng)目的資金回籠情況等。在方案設(shè)計(jì)階段，建筑師可以借助BIM進(jìn)行聲光熱等多維度的數(shù)據(jù)模擬，根據(jù)造型進(jìn)行實(shí)時(shí)的演算。通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)的比對(duì)，最終得到高效的被動(dòng)式低碳建筑。各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)師也能夠通過(guò)云端的數(shù)據(jù)共享，實(shí)時(shí)分享彼此的設(shè)計(jì)成果，減少大量決策時(shí)間。

在施工階段，各單位通過(guò)將不同專(zhuān)業(yè)的信息以三維數(shù)據(jù)的形式整合在一個(gè)模型之中，校驗(yàn)不同模型之間是否有碰撞和沖突，并以此為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整，避免各專(zhuān)業(yè)間因?yàn)閿?shù)據(jù)的不同步，導(dǎo)致在最終的施工過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤。這樣可以節(jié)約大量施工時(shí)間，并且有效地減少原材料的浪費(fèi)。BIM數(shù)據(jù)模型還能夠快速的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中各材料的工程量，同時(shí)根據(jù)施工順序，合理安排材料的運(yùn)輸和在施工場(chǎng)地的堆放位置，減少施工過(guò)程中的能源浪費(fèi)。

在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，BIM可以與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，利用云計(jì)算將傳感器和終端的控制器相互連接，建立一個(gè)對(duì)建筑的能耗和健康情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。將建筑各個(gè)部分的能耗計(jì)算與對(duì)應(yīng)的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行匹配，動(dòng)態(tài)平衡建筑的各個(gè)指標(biāo)，最終達(dá)到節(jié)能減碳的目的。

在最終的拆除回收階段，由于從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)階段都有詳盡的數(shù)據(jù)留存，施工方通過(guò)三維模型可以快速定位需要回收的材料所處的位置及數(shù)量，精準(zhǔn)高效地進(jìn)行材料回收，減少浪費(fèi)和不必要的拆除損耗。

位于四川若爾蓋暖巢項(xiàng)目，較好詮釋了如何利用BIM技術(shù)，以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向來(lái)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的方法（見(jiàn)圖4）。暖巢項(xiàng)目建筑面積為1255m2，包括21間宿舍和頂層的一間室內(nèi)活動(dòng)室。項(xiàng)目以數(shù)據(jù)為支撐，結(jié)合周邊環(huán)境的模擬進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，在不采用任何取暖設(shè)備的情況下，使得全年室內(nèi)的氣溫不低于12攝氏度，且整個(gè)建筑的能耗系統(tǒng)只有照明系統(tǒng)，使得整個(gè)建筑的碳排放量極低。設(shè)計(jì)上首先對(duì)建筑的朝向進(jìn)行模擬分析，確保進(jìn)入室內(nèi)的全年太陽(yáng)輻射總量最大，且盡可能地拉長(zhǎng)太陽(yáng)的照射時(shí)長(zhǎng)，使得建筑在全年最冷的月份，最低氣溫提高了三度;同時(shí)以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，對(duì)建筑的南北立面給予不同的設(shè)計(jì)策略。南立面采用直接受益式與集熱墻式相組合的方式。直接受益式是效率最高的太陽(yáng)能被動(dòng)利用方式，但室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，集熱墻式效率低，但有利于房間溫度穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)外墻參數(shù)的精細(xì)模擬，微調(diào)兩種太陽(yáng)能利用方式在立面上的占比，進(jìn)而達(dá)到一個(gè)熱效率和使用體驗(yàn)上的最優(yōu)平衡。

北向墻是熱量損失最多的墻體部分，其中外窗是熱損失最薄弱的環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，依賴(lài)于采光計(jì)算結(jié)果，把在當(dāng)?shù)貧庀髼l件下將走廊的采光亮度控制在300lx，并將其作為設(shè)置外窗采光面積的主要依據(jù)。在滿(mǎn)足采光要求的前提下，外窗總面積盡量小。同時(shí)建筑將采光窗放在立面的高處，在提高采光均勻度的同時(shí)，避免寒風(fēng)對(duì)室內(nèi)溫度的影響。在眩光刺眼的高原地區(qū)，精確設(shè)置窗戶(hù)尺寸和高度的走廊和樓梯間，光線(xiàn)柔和氣溫舒適，成為孩子們最喜歡的閱讀空間。

零碳建筑對(duì)于建筑業(yè)的碳中和非常重要，但是建筑業(yè)的減碳路徑并不是簡(jiǎn)單地等同于全面的零碳建筑。單純一味地追逐每棟建筑的零碳，成本較高且無(wú)法形成社會(huì)各行業(yè)間的規(guī)?；б?，行業(yè)間的靈活協(xié)調(diào)才是在能源使用上最高效的。比如建筑與周邊的道路交通系統(tǒng)之間，可以將建筑與電動(dòng)車(chē)充電樁的街區(qū)級(jí)虛擬電網(wǎng)進(jìn)行連接，白天電網(wǎng)通過(guò)充電樁為電動(dòng)車(chē)進(jìn)行充放電，而到了晚上，用電需求降低時(shí)，轉(zhuǎn)而為街區(qū)內(nèi)的建筑進(jìn)行供電。而在建筑耗能較少的春秋季，借助建筑屋面光伏板收集的多余太陽(yáng)能通過(guò)電網(wǎng)給充電樁的儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電。建筑耗能與新能源車(chē)的用電之間根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的平衡，可以達(dá)到更高的使用效率。除了上述的例子，其他行業(yè)也能夠通過(guò)多維度的能源互通來(lái)達(dá)到節(jié)能減排的效果。例如利用垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能為城市居民提供熱水等。

在碳中和領(lǐng)域，城市是實(shí)現(xiàn)多行業(yè)高效能源使用上最好的空間載體。在碳達(dá)峰碳中和的大背景下，政府可依托新城發(fā)展與城市更新的契機(jī)，建立切實(shí)有效的減排系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)據(jù)中心鏈接各個(gè)能源體系，實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)端口的能源使用情況，打造智慧城市，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域節(jié)能減排的目標(biāo)。

四、結(jié)語(yǔ)

中國(guó)作為全世界體量最大且發(fā)展最快的發(fā)展中國(guó)家，在全世界的碳中和進(jìn)程中都起著舉足輕重的作用。建筑業(yè)作為中國(guó)主要的碳排放來(lái)源之一，在建筑領(lǐng)域加強(qiáng)節(jié)能減排工作無(wú)疑是助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和鏈條中非常重要的一環(huán)。

對(duì)于建筑碳中和，在制定有效的提升措施之前，首先需要先明確相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。有了評(píng)價(jià)體系，我們才能更好地衡量各項(xiàng)舉措的優(yōu)劣。我們從眾多的評(píng)價(jià)體系中，提煉出三個(gè)最重要的衡量要素。首先要考慮的是單個(gè)建筑在后期運(yùn)營(yíng)階段的碳排放表現(xiàn)，包括建筑運(yùn)維的能源消耗以及建筑材料的日常損耗。除此之外，我們還要從時(shí)間的維度，對(duì)建筑的全生命周期的碳排放表現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，規(guī)劃從建筑的“生”到“死”全生命周期的碳排放足跡。與此同時(shí)，還要以更大的視角和尺度來(lái)關(guān)注整個(gè)社區(qū)，乃至城市建筑群的碳排放變化趨勢(shì)。將不同區(qū)域，不同行業(yè)間的能源消耗和碳排放進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡。三個(gè)要素分別從不同的維度和尺度對(duì)建筑碳中和的表現(xiàn)進(jìn)行衡量，相對(duì)于簡(jiǎn)單選擇單一的評(píng)價(jià)體系，其適用的范圍更廣且更加全面。

明確了建筑碳中和三個(gè)衡量要素，從業(yè)者們則可以制定相對(duì)應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)策略。首先需要大力倡導(dǎo)的是節(jié)能低碳建筑，建筑師需要增加對(duì)光伏建筑和木構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)研發(fā)。從源頭減少建筑材料所產(chǎn)生的碳排放，同時(shí)在運(yùn)營(yíng)階段減少火電的使用，增加清潔能源的占比。其次，推廣BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，利用環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)前期的建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合裝配式建筑的生產(chǎn)方式，在三維模型中整合不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)，減少施工錯(cuò)誤和返工，縮短施工周期。最后需要從政策角度，積極引導(dǎo)不同專(zhuān)業(yè)的從業(yè)者進(jìn)行跨行業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，將城市作為碳中和合作的空間載體，靈活整合資源，提升整個(gè)區(qū)域的碳中和表現(xiàn)。

過(guò)去三十年是我國(guó)快速城市化的時(shí)代，建筑業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)，且一直是拉動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三駕馬車(chē)之一。但相較于其他行業(yè)，建筑業(yè)在碳中和方面的發(fā)展卻并不具有優(yōu)勢(shì)。更由于建筑業(yè)大體量和長(zhǎng)周期的行業(yè)特點(diǎn)，行業(yè)節(jié)能減排的加速發(fā)展刻不容緩。國(guó)家近些年連續(xù)推出一系列綠色建筑的規(guī)范和城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則，對(duì)特殊領(lǐng)域提供綠色金融的扶持政策，同時(shí)對(duì)建筑光伏產(chǎn)業(yè)大力扶持，無(wú)不看出國(guó)家對(duì)于整個(gè)建筑碳中和領(lǐng)域發(fā)展的決心。除此之外，我們還應(yīng)當(dāng)在媒體領(lǐng)域更多的倡導(dǎo)以及普及綠色建筑、綠色生態(tài)的美好理念，讓建造者，設(shè)計(jì)者和使用者都能夠了解綠色建筑的必要性，為零碳建筑的發(fā)展創(chuàng)造優(yōu)渥的生長(zhǎng)土壤。未來(lái)國(guó)家一定會(huì)在建筑碳中和領(lǐng)域的方向持續(xù)進(jìn)行發(fā)力，建筑師以及建筑的上下游從業(yè)者都應(yīng)該堅(jiān)定不移地向2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)努力。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 高慶龍，錢(qián)方，戎向陽(yáng).建筑師實(shí)施的零碳建筑設(shè)計(jì)策略——四川若爾蓋暖巢設(shè)計(jì)總結(jié)[J].世界建筑.2021.7

基金項(xiàng)目：1寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究機(jī)構(gòu)專(zhuān)項(xiàng)課題：碳中和約束下的浙江省灣區(qū)經(jīng)濟(jì)帶重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域碳排放達(dá)峰路徑研究;2 ?浙江省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題（19NDJC011Z）。

作者簡(jiǎn)介：沈楊（1969-），女，安徽宣城人，教授，碩士，主要從事環(huán)境經(jīng)濟(jì)、生態(tài)旅游研究。

*通訊作者：鄭梁杰（1991-），男，上海人，碩士，主要從事建筑設(shè)計(jì)方面工作。