LWK + PARTNERS | 专栏分享:迈向建筑未来 — 低碳新建筑技术应用(下)

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昨天提到 LWK + PARTNERS 设计研究董事刘少瑜教授在亚太地区绿色建筑深度杂志《FuturArc》发表文章,分享我们在中国广东的碳中和建筑设计项目,以此说明低碳新建筑技术应用和低影响开发模式的实践意义。昨天我们分享了文章上半部分,今天我们继续阅读刘教授的研究观点,了解如何从建筑的设计、运营、管理多方面推动碳中和


如不小心错过了上半部分,可先按这里重温



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▲ 报导版面;左右滑动查看更多


首刊于《FuturArc》2021 年第四季第 75 期










雨棚遮阳设计策略


由此可见,气候适应性设计作为被动式设计的主要手段,需要提升至更高水平去降低建筑的供暖空调能量需求,也同时让建筑师等有关设计人员可在设计前期占有一定主导性。基于气候分析的总结,最合适的被动式设计策略分别为提供遮阳、室内热量增益、自然通风冷却和除湿及有效优化空调效能。此等策略能有效提高能源效率及室内环境的舒适性。在遮阳方面,以下以雨棚遮阳设计为例进行分析详述。

 


“气候适应性设计作为被动式设计,需要提升至更高水平去降低能量需求”


中国广东碳中和建筑设计项目雨棚遮阳设计是在建筑日照倒影分析的基础上,综合考虑雨棚所在区域所对应的建筑立面,进行两种类别的区域划分。雨棚区域一对应建筑立面为实体墙面,其主要遮阳策略是春、夏、秋季遮挡更多阳光,尽量避免建筑立面收到阳光照射,减少建筑立面热冷负荷变化。区域二是雨棚对应区域为出入口、玻璃幕墙的,考虑到入口人流聚会活动外,冬天阳光能尽量多照射到建筑室内深处,有助采光及暖人节能,其主要遮阳策略则冬季接收更多阳光


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▲ 中国广东碳中和建筑设计项目

雨棚格栅遮阳角度的计算以区域一为例,是根据雨棚高度、长度,及建筑南立面高度,估算太阳高度角要大于 13° 时,雨棚发挥遮阳效果。再根据当地经纬度,从项目春夏秋季日照分析可知,在中午至下午 5 点左右期间,雨棚铝格栅能提供遮阳效果。同时又根据当地雨棚的不计算容积率方法,雨棚透空率需大于 80%;铝格栅的倾斜角度估算必须小于 11.5°,因此如果雨棚要提高遮阳效果,铝格栅应以尽量大的倾斜角度呈现,即得出雨棚格栅遮阳角度为 11.5°。

 

此外,LWK + PARTNERS 也建议雨棚上方再添加为双层雨棚,一方面可为屋顶遮阳,同时还可使积聚於雨棚一层、二层及屋面之间的热气逸出,有助于降低建筑空间的冷负荷需求。双层屋顶结合空气腔进行分隔,夹层可增加灯光的建筑照明效果。在透空率一致的情况下,也可扩大外墙遮阳范围,创造遮阳的户外生活空间。


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▲ 中国广东碳中和建筑设计项目









水设计与绿化系统低影响开发

在气候方面,碳中和建筑设计项目属亚热带季风性湿润气候区,雨量充足。为减少水资源消耗间接增加碳排放。本项目收集各种雨水来源,包括建筑屋面雨水、道路广场雨水和绿地雨水。初期弃流后水质较好,收集后经简单处理可回用于杂用水。经估算,仅回用雨水就可以 100% 供应本项目杂用水,区域用水量主要为办公楼用水、工业厂房用水、区域内绿化浇灌用水、道路浇洒用水。

 

另外基于项目现有建筑方案与绿化概念,综合考虑项目所在地的当地相关低影响开放指标要求,以 “蓝绿设计” 的原则,同时增加碳汇,采用水资源再生利用、海绵城市、人工湿地景观、节水措施等理念,提出绿化系统低影响开发方面的低碳生态设计策略建议。


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▲ LWK + PARTNERS 在一个办公楼设计竞赛方案中,加入层层可穿透空间,不单增加遮阳设计效果,同时缔造开扬舒适的社交体验。左右滑动查看更多


总体建议在场地南侧绿化系统实施低影响开发(LID),策略一是考虑到项目基地径流雨水量较大,存在溢流,可用于营造雨水湿地景观,利用物理、水生植物及微生物等作用滞留雨水;以雨水湿地为主要自然水体景观,生态减排,打造人工湿地广场。策略二是以自然池底、静水水体为主,驳岸分层次搭配植被,组合利用透水铺装、雨水花园等技术措施,通过打造人工湿地,对雨水进行渗透、储存、调节、净化,模拟自然,阶梯布置低影响开发设施半人工半自然构筑,满足多功能需求。

 

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“仅回用雨水就可以 100% 供应本项目杂用水”

 








太阳能光伏系统


可再生能源最大化是通过使用可再生能源系统对建筑能源消耗进行平衡和替代。LWK + PARTNERS 充分挖掘碳中和建筑设计项目中的建筑物本体表皮、周边区域的可再生能源应用潜力,对能耗进行平衡和替代。同样基于气候分析和日照倒影分析,另外运用光伏模拟软件进行屋顶太阳辐射分析、光伏板最佳倾角分析和光伏板距分析,得出光伏板的最佳年发电量,从而预估建筑的电力消耗减少量,再利用电力排放因数计算使用光伏后本项目的二氧化碳减排量。

 

电力排放因数资料来源于中国国家发展和改革委员会应对气候变化司於 2013 年 10 月 11 日在中国气候变化资讯网发布的《2010 年中国区域及省级电网平均二氧化碳排放因数》中广东电网平均二氧化碳排放因数。再参照 “广东省企业(单位)二氧化碳排放资讯报告指南(2020 年修订)” ,电力排放因数的预设值为 6.379 吨二氧化碳 / 万千瓦时。


因此,在使用光伏发电系统的情况下,通过光伏发电系统的发电量和电力排放因数相乘来算出碳减少量。本项目采用光伏发电预估可以每年减少约 89.3 吨的二氧化碳排放量,并在整个生命周期内,以 15 年计算,将减少 1339.6 吨二氧化碳排放量。


小结与展望

 

综合而言,建筑在迈向更优节能减排的方向上,基本技术路径是一致的。中国已在 2019 年颁布《近零能耗建筑技术标准》国家标准。碳中和建筑设计项目的上述设计策略主要体现在被动优先和可再生能源最大化的整合。

 

不止于此,LWK + PARTNERS 为三大技术路径做出提升和补充,提出闭环的第四大技术路径:以使用者导向的建筑人因设计理念,结合人因与建筑设计,整合管理与使用,进一步优化建筑和空间设计,以达到减排最终目的。LWK + PARTNERS 将贯彻项目的设计、运营、管理、使用等全生命周期的重要意义,对该项目进行数字化的以人为本使用后评估追踪。LWK + PARTNERS 确信建筑使用后评估与建筑碳排放控制、用户使用感受和建筑建造运营成本密切相关,对实现建筑精准瞄准 “减碳” 和 “零碳” 的成效至关重要。

 

可见,通过被动设计手段优化建筑外形和空间设计、提升能源系统、利用可再生能源系统与建筑设计施工一体化、针对使用者行为的人因设计等方面,低碳新建筑技术的应用对节能减排具备重大意义。因此,建筑师及工程师等有关设计人员是可以在 “碳峰值 + 碳中和” 行动中通过各种有关技术和建筑设计起到带动作用的,以此展现建筑行业等城市建设行业在应对气候变化挑战的重要担当!


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