低碳理念在工业建筑造型设计中的应用——以高性能汽车换热及供电系统用精密铝制品建设项目为例.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：胡学挺（1991），男，汉族，浙江金华人，中级职称，本科学士，研究方向为建筑设计及其理论。-99-低碳理念在工业建筑造型设计中的应用以高性能汽车换热及供电系统用精密铝制品建设项目为例 胡学挺 中天建设集团有限公司建筑设计分公司，浙江 杭州 310000 摘要：摘要：在当今社会，可持续发展已经成为全球范围内的热门话题，低碳理念作为其中一项重要的战略，已经深刻地影响着各个领域的发展。工业建筑是经济社会发展的物质基础，随着我国城市化、工业化、信息化进程的加快，在工业建筑设计中融入低碳理念迫在眉睫。基于此，本文重点探讨低碳理念在工业建筑造型设计中的应用，强调其对可持续发展和环境保护的重要性，以便更深入地了解低碳理念如何引领工业建筑的发展，从而促进环境可持续性，并为未来的设计师和决策者提供有力参考，以应对全球气候变化挑战。关键词：关键词：低碳理念；工业建筑造型设计；应用 中图分类号：中图分类号：TU2 0 引言 随着城市化进程速度的加快，工业发展迅猛，为各行业生产发展创造了良好的条件，但同时工业的大力发展带来了能源消耗和碳排放问题。现阶段，全球极端气候变化加剧，低碳、环保逐渐成为了工业建筑领域发展的重要方向。低碳理念的核心目标在于减少对环境的不可持续性冲击，通过最低化碳排放、资源利用的优化以及生态系统保护，实现建筑设计的可持续发展。1 低碳理念与工业建筑造型设计概述 低碳理念是一种关注减少碳排放，降低对地球气候系统影响的重要观念。随着气候变化问题的不断加剧，低碳理念已经成为社会生产和经济发展的关键指导，低碳理念的核心在于通过降低碳排放、提高资源利用效率，减缓全球气候变化、保护生态环境，以实现可持续发展。低碳理念的首要目标是减少二氧化碳和其他温室气体的排放1。这包括限制化石燃料的使用，提倡清洁能源，以及改进工业、交通、农业和建筑等领域的生产和消费方式。低碳理念鼓励转向可再生能源，如太阳能、风能和核能，以减少对高碳能源的依赖。这有助于降低能源生产和使用的碳足迹。低碳理念鼓励可持续生产和消费模式，包括减少浪费、提高资源回收率，以及选择生态友好产品。低碳理念不仅有助于减轻气候变化的影响，还可改善空气质量、降低能源成本，并提高社会可持续性2。工业建筑造型设计融合了建筑学、工程学和艺术设计的要素，旨在创造具有独特外观和实用功能的建筑结构。在当今现代建筑领域中，工业建筑造型设计扮演着重要的角色，其不仅为建筑物赋予了美学特征，还满足了各种工业用途的需求。工业建筑造型设计注重结构的实用性和功能性。这种设计方法的核心是确保建筑物能够有效地满足其特定用途。因此，工业建筑的造型设计需要充分考虑到生产流程、设备安置、人员流动以及安全要求。这种功能性考虑不仅令建筑物更加高效，也确保了安全性。工业建筑造型设计强调建筑的美学价值。尽管工业建筑通常以其实用性而著称，但设计师们也在追求外观上的创新。工业建筑的造型可以在材料、纹理、颜色和形状上表现出独特性，从而提高了建筑的可视吸引力。这一方面可以反映出企业的品牌形象，另一方面也有助于提升周边社区的环境质量。工业建筑造型设计还需要综合考虑可持续性因素。在当今关注环境保护和资源可持续利用的时代，建筑师必须寻找方法来减少能源消耗和对环境的负面影响。这不仅有助于降低运营成本，还有助于减轻对环境的压力。总的来说，工业建筑造型设计中，多重要素交织，为了能够创造实用、美观和可持续的工业建筑结构，需要设计师兼顾功能性、美学和可持续性，以满足现代工业需求并促进社会和环境的可持续发展。2 工业建筑造型设计中低碳理念的重要意义 工业建筑的造型设计在过去通常以功能性和成本中国科技期刊数据库 工业 A-100-为主要考虑因素，而对低碳设计关注较少。然而，如今工业建筑的低碳造型设计愈加关键，其不仅可以实现美学和功能需求，还能显著降低能源消耗和环境影响。低碳造型设计有助于减少能源消耗。通过在建筑设计阶段优化形状、布局和材料选择，可更好的节省能源。例如，应用低碳理念进行外墙和窗户的设计，可以提供更好的隔热和采光效果，从而减少对暖通空调系统的依赖，降低能源消耗。工业建筑通常使用大量混凝土和钢铁等碳密集型材料。通过采用可再生材料和更轻型的结构，可以减少建筑材料的碳足迹。此外，优化建筑形状和朝向，可减少能源需求，进一步降低碳排放。另外，低碳造型设计有助于提高室内环境质量。通过合理的布局和开窗设计，室内自然采光和通风得以增强，减少了人工照明和通风的需求。这不仅提高了员工的舒适度，还有助于提高生产效率和员工满意度。3 工业建筑造型低碳设计原则（1）功能适用性原则 首先，工业建筑的造型设计在满足特定功能需求的同时，还应考虑到季节性温度和气候变化，造型设计中可以集成可移动遮阳设备、通风系统和可调节的外墙组件，以满足不同季节的需求。工业建筑造型设计应最大程度地减少冷暖设备的运行时间，降低维护成本，提高能源效率。其次，建筑造型设计应鼓励最大程度的空间灵活性，以适应不同的生产布局和储存需求。这包括可移动分隔墙、挂载式设备和适应性储物系统。应确保外观设计最小化内部空间的浪费，从而降低能源和资源的浪费，提高生产效率。（2）耐用性和可维护性原则 工业建筑造型设计应强调耐用性和可维护性，以确保工业建筑的外观在长期使用中能够保持其性能。应选择耐腐蚀、抗磨损和耐候的外墙材料，以增加建筑的寿命并减少维护需求。设计中更倾向于使用可持续和环保材料，以减少环境影响并满足可持续发展的原则。此外，外观设计应考虑易于维护性，包括易于清洁、修复和维护的元素。这可以降低维护成本，延长建筑的使用寿命。（3）环境适应性原则 工业建筑往往分布在不同的地理位置和气候条件下，因此外观设计必须具备环境适应性。例如，在光照充足的区域，工业建筑造型设计中可以集成太阳能板或光伏系统，以便在阳光充足时自动生成电力，减少对传统电力的依赖。此外，考虑到不同气候条件，工业建筑造型设计中可以加入通风窗、天窗和气窗，以提高自然通风和降低空调需求3。4 低碳理念在工业建筑造型设计中的应用要点（1）工程概况 本项目名称是年产15万吨高性能汽车换热及供电系统用精密铝制品建设项目（二期），项目位于浙江省诸暨市，项目包含三个厂房，其中 1#厂房占地面积16521.9，建筑面积 55297.1，2#厂房占地面积19186.8，建筑面积 65190.0，3#厂房占地面积69480.5，建筑面积 275567.7。项目西侧为一期的联合厂房，北侧为规划的办公生活区。（2）工业建筑造型设计分析 低碳材料的选择 材料选择在工业建筑的低碳设计中扮演了核心角色，其对建筑的可持续性和环保性有着深远的影响。低碳材料的选择不仅仅关系到资源的消耗，还对建筑的整体性能和外观设计产生了积极影响。首先，材料的选择应注重其环保性质。可再生能源如木材和竹子，以及回收材料，如再生钢铁和再生混凝土，都是在工业建筑设计中可行的选择。这些材料有助于减少自然资源的消耗，减轻生态系统的压力，并减少建筑废弃物的产生。此外，选择经过认证的绿色建筑材料，可以进一步减少碳足迹，促进可持续发展。其次，材料的能效特性也应成为材料选择的关键因素。热绝缘性能优越的材料，如高效绝缘材料和双层或三层玻璃，可以降低建筑的能源消耗，减少采暖和制冷的需要。此外，选择具有反射性能的材料，如白色屋顶，可以减少夏季的热吸收，降低冷却成本，有助于室内温度的调节。自然通风采光设计 自然通风与采光设计在工业建筑造型的低碳设计中扮演着至关重要的角色。这两个方面的设计对于工业建筑能源效率的提升大有助益。自然通风设计可以通过建筑的外观造型来实现。工业建筑通常具有大空间和高屋顶，这为自然通风提供了良好的机会。通过合理的建筑外形设计，如使用适当的天窗、风帘墙和中国科技期刊数据库 工业 A-101-通风口，可以在不破坏外观的前提下实现良好的通风效果。这些元素可以融入工业建筑的外观，形成独特的设计特点，同时减少了对机械通风系统的依赖，从而减少了碳排放。在本项目中，3#厂房由于体量较大，项目设计人员设置了 3 个内庭，出于加强自然通风考虑，3 个内庭顶设计高出厂房，顶部设置采光带，同时两侧做敞开处理，从而形成从厂房下侧进风，内庭顶部出风的自然通风系统，可大大降低夏季厂房内部温度。工业建筑的采光设计也可以与工业建筑的外观相融合，以创造宜人的工作环境。大型工业建筑通常需要大量的照明，但过度依赖人工照明会增加能源消耗。通过在建筑外墙或屋顶设计大面积的透明或半透明材料，如玻璃或聚碳酸酯板，可以允许自然光线进入建筑内部。这不仅减少了电力照明的需求，还提供了更加舒适的室内环境。这些透明元素也可以成为建筑外观的一部分，赋予建筑独特的外观特色4。太阳能利用 太阳能是一种可再生能源，通过捕获太阳辐射并将其转化为电能或热能，可以显著降低工业建筑的碳排放并提供可持续的能源来源。在工业建筑的造型设计中，太阳能的合理利用可以实现能源效率和环保性的同时提升。首先，工业建筑的朝向、屋顶和立面的设计应充分考虑光照路径。例如，南向朝向的屋顶可以更好地捕捉阳光，从而获取更多的太阳能。与此同时，设计人员可采用光伏太阳能板以覆盖建筑物的表面，如屋顶和墙壁，能够最大程度地利用可用的阳光，将其转化为电能。这些电能可以用于满足建筑内部的电力需求，减少建筑的能源消耗，还可以通过向电网输送多余的电力，将多余的能源储存起来，以备不时之需。在夏季，建筑可以采用遮阳隔热措施，减少日光照射，从而减少冷却系统的能源消耗。例如在本工程中，两个体量偏小的 1#、2#厂房屋面设计为南向单坡，体量较大的 3#厂房屋面设计为分跨南向单坡，争取南向日照最大化，实现太阳能利用最大化。屋面自带 5%的排水坡度，更利于太阳能板的布置，最终本项目安装太阳能板的面积达到 8.5 万平方米。同时屋面太阳能板在夏季兼做隔热板，大大降低屋面进入室内的热量。此外，在工业建筑中，许多过程需要热水，如清洗、加工和供暖。在造型设计中，可将太阳能集热器安装在建筑物的屋顶或墙壁上，太阳能热水系统可以通过太阳能集热器捕获太阳能，将其转化为热水，为这些过程提供热能，减少了天然气或电力的使用，从而减少了碳排放。绿色屋顶和墙面 绿色屋顶和墙面设计的核心概念是将自然元素引入工业建筑中，以提高能源效率、改善空气质量，并减少城市热岛效应。绿色屋顶是一种利用屋顶空间种植植物的技术，应用在工业建筑造型设计中，不仅可以提供美观的绿植，还可以减少建筑物的冷却和采暖负荷。植物通过蒸腾作用冷却周围环境，并吸收雨水，减少雨水径流，从而有助于水资源管理。此外，绿色屋顶还可以提供栖息地，促进城市生态系统的多样性。而在墙面设计中，类似的原则也适用。垂直绿化墙面是一种在工业建筑外墙种植植物的方法，不仅美化了建筑外观，还有助于维护室内温度和空气质量。这些墙面可以提供额外的绝热性能，减少冷暖气需求，并产生更多的氧气，有助于降低碳排放。水资源管理 工业建筑在制造、运营和维护中通常会耗费大量的水。因此，将水资源节约与工业建筑的造型设计相结合是必要的。要实现工业建筑造型低碳设计中的水资源节约，需要考虑建筑的整体规划和造型设计。合理的建筑布局和造型可以最大程度地减少雨水径流，减轻城市雨水排放压力。例如，工业建筑屋顶应设计成斜坡状，进行集雨设计，采用雨水收集系统，将雨水储存在地下水箱中，用于灌溉和设备冷却等等。通过将雨水收集系统与灌溉系统相结合，可以减少工业建筑对地下水和自来水的依赖，降低工业建筑的用水成本。此外，经过适当的处理，收集的雨水也可以用于冷却系统或冲洗设备，从而减少自来水的使用5。综上所述，设计领域一直在寻求减少碳排放和资源浪费的方法。低碳设计理念的引入，使工业建筑在满足功能需求的同时，更加环保和可持续。在工业建筑造型设计中，这一理念的应用对于减少对环境的负面影响至关重要。低碳理念在工业建筑造型设计中的应用为业内提供了一条可持续发展之路。通过坚定不移地追求低碳设计理念，可以创造更加环保、经济高效的工业建筑，以满足未来社会的需求，同时保护珍贵的地球资源。中国科技期刊数据库 工业 A-102-参考文献 1杨春虹,蒲云云.基于低碳理念的装配式工业建筑模块设计研究J.建筑技术,2023,54(14):1707-1710.2常伟.低碳理念在工业建筑造型设计中的设计体现J.工业建筑,2023,53(06):235.3张小鸥,崔丹蕊.融合被动式技术的绿色低碳工业建筑分析与实践J.建筑科技,2022,6(06):12-15.4郭俊明,吴越.低碳工业建筑设计初探以湖南文达阀门厂为例J.中外建筑,2015(11):103-104.5吴玉春.浅谈绿色低碳技术在工业建筑设计的应用J.低碳世界,2013(20):36-37.