中老铁路是世界第一条全线开展系统性绿化景观设计的跨境铁路，也是亚洲首条融合了生态环保、景观美化、人文风情的长大干线铁路工程。
中老铁路位于横断山脉南延段，线路穿越三山、横跨四水，山高谷深，最高点与最低点相对高差达2900米，地形条件极为复杂。“沿途经过中国云南玉溪、普洱、西双版纳，老挝北部森林、琅勃拉邦等地区，森林密集、自然环境保护相对完好，如何选线成为关键。”谢毅说，设计之初，中铁二院就根据国家有关部委要求，制订了将中老铁路打造为绿色景观长廊示范性工程的目标。
设计人员从环保选线、工程优化设计到创新环境保护措施，形成了较为完善的绿色设计流程。大量选用桥隧方案，既符合地形需要，也最大程度绕避了环境敏感点。
在这片占芭花盛开的土地上，“澜沧号”将一路奔驰，联入中国铁路网，驶向国际。
绿色建筑
被动式超低能耗建筑性能设计案例介绍及性能分析
Zero-Carbon Building Design Strategy Implemented by Architects: A Summary of the Design of Sichuan Ruoergai Warm Nest Project高庆龙，钱方，戎向阳/GAO Qinglong, QIAN Fang, RONG Xiangyang摘要：建筑用能碳排放全球占比达到40%，降低碳排放建筑行业应当身先士卒。当代建筑师肩负着通过建筑设计实现碳中和的历史责任。本文通过四川若尔盖暖巢项目的设计总结，分析了在建筑设计过程中实现零碳建筑设计策略。建筑师实施的零碳建筑设计策略在降低碳排放方面具有巨大的潜力，只有建筑师积极实施精细化设计，实现低能耗需求的建筑，才能真正对实现碳中和作出应有的贡献。关键词：零碳建筑，设计策略，碳排放，建筑设计，数据导向，优化设计，若尔盖暖巢气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国CO2排放，温室气体猛增，对生态系统构成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标。在全国所有行业的碳排放总量中，建筑行业运行用能导致的碳排放占比28%，全球建筑相关用能碳排放占比40%[1]。如何通过建筑设计实现运行低碳甚至零碳建筑，是时代赋予当代建筑师的责任。四川若尔盖暖巢项目位于青藏高原东北部的四川省阿坝州若尔盖县，项目所在地海拔3500m，平均气温1.1℃，最低气温低达-20℃，常冬无夏。在该地区开展工程建设，不仅要适应当地恶劣的气候条件，还要考虑如何解决能源和降低对当地脆弱生态环境影响的问题。如何通过建筑师设计手法，利用当地丰富的太阳能资源，开展零碳建筑的设计是个挑战，也有着特殊的环境意义。暖巢项目建筑面积1255m²，包括21间宿舍和顶层的一间室内活动室。建筑鸟瞰见图1。项目未采用任何采暖设备，仅通过建筑师以数据为支撑的精细化设计，使全年室内温度不低于12℃，一劳永逸满足使用功能需求[2]。建筑中耗能设施只有照明系统，在使用过程中碳排放量极低。本文通过对四川若尔盖暖巢项目的设计总结，为建筑师实施零碳建筑设计策略提供一些参考和借鉴。结合地域资源，项目整体采用零辅助热源的被动式太阳能建筑设计策略。为保证项目建成后实际运行的效果达到预期目标，在设计过程中采用了以建筑环境计算机模拟得到的数据为导向进行被动式太阳能建筑的设计策略。该项目原有建筑总平面布局按照红线边界布置（图2），按场地既有规则进行布置，建筑的朝向对于太阳能建筑不是一个合理的朝向。设计前期开展了该项目朝向对室内热环境影响敏感性的研究。研究结果显示南偏西的朝向布局与南偏东相比，可以将全年最冷月夜间最低温度提高3℃。通过确保进入室内太阳辐射总量变化较小，设计可尽量延迟太阳照射的时间。由此在场地限制条件下本项目确定了建筑的最佳方位布局。
在严寒和寒冷地区的建筑中，体形系数是重要的控制参数指标。按照建筑节能规范的计算方法，采用紧凑体形更有利于减少热损失。但对该项目而言，紧凑的体形同时会减小南向立面面积，从而降低太阳辐射得热量。经过计算机模拟计算，在太阳能富集的该地区，南向立面越大，建筑能耗越低，当无辅助采暖时，室内温度也越高。由此本项目采用了体形系数较大的东西轴较长、北侧单走廊的平面布局。该平面布局虽然体形系数较大，但是可以实现南向建筑立面面积最大化，从而尽量多获得太阳辐射热，反而是节能的[3]。建筑气密性对于减少冷风渗透具有重要意义，本项目并未采取一味提高墙体和门窗的气密性等级的方法来提高建筑气密性。通过在建筑首层布局的入口位置，增加具有避风挡墙的方法设置“深邃”的门斗，作为入口缓冲门厅。概括而言，通过建筑平面实现避开迎风面、避风墙、门斗的方法，达到减少冷风渗透热损失的目的。另外通过在走廊外侧设置直跑楼梯，作为走道空间的缓冲层，进一步延长风渗透的通路，降低了冷风渗透。按照建筑性能模拟得到的南向得热、北向失热的数据指引，设计了风格迥异的南北立面。南立面采用直接受益式、集热墙式组合的被动式太阳能利用方式（图4）。由被动式太阳能建筑设计优化可知，直接受益式是效率最高的太阳能被动利用方式，但室内温度波动较大，集热墙式效率低，但有利于房间温度稳定[4]。二者采用什么样的比例是最为合适的呢？通过不同的方案计算数据比较，再输入详细的幕墙和外墙参数，进行全年的室内热环境计算后采用了如图所示比例立面设计：深色部分为集热墙，透明部分为直接受益式。图5为项目建成后的南立面实景图。北向墙是热损失最多墙体，其中外窗是热损失的薄弱环节。建筑设计过程中，依赖于采光计算结果，把在当地气象条件下将走廊的采光亮度控制在300lx作为设置外窗采光面积的主要依据。在满足采光要求的前提下，外窗总面积尽量小，并满足建筑美观的韵律（图6）。建筑采光窗用高窗，提高采光均匀度，同时避免吹风感对热舒适的影响。图7为项目建成后的北立面实景图。在动辄眩光刺眼的高原地区，控制了采光亮度的走廊和楼梯间因光线柔和舒适，成为孩子们最喜欢的阅读空间 （图8 、9）。
本项目在设计过程中，按空间功能需求与使用特点有区别地进行建筑热环境的被动式控制，采取相应的设计策略。在平面布局上按照对于热环境要求的差异进行功能分区的布置。按使用功能、使用时间和对热环境功能需求，把建筑热环境的被动控制区域划分为4类（图10、11）。宿舍为被动采暖的夜间使用核心区，需要尽量多地获得热量并蓄积保存，使室内温度全年不低于12℃；直跑楼梯间为短暂使用的快速通过区，位于北向，除进行保温外，无其他技术措施，只要保证冬季不结冰，高于0℃即可。走廊、双跑楼梯间和洗漱间、卫生间，作为宿舍的缓冲空间，为次采暖区，主要靠宿舍的墙壁传热和空气交换进行采暖，温度介于宿舍与楼梯之间。楼顶活动室是一个直接受益的阳光间 （图12、13），只在白天太阳升起、房间温度升高以后使用。在夏季太阳辐射和强烈时，可开启侧壁的竖向窗进行降温。楼顶活动室的地面设置了保温层，以减少宿舍顶板的热损失，同时楼顶活动室作为三层宿舍的缓冲区，也对减少三层宿舍的热损失做出贡献。楼梯活动室也是整栋楼中温度波动最大的房间，昼夜温差可达30℃，但是昼间的热环境优良，是学生非常喜欢的公共活动场所。宿舍是建筑中对热环境要求的最高的房间，为了最大限度引入太阳辐射，减少热损失，采用了系列技术措施的“组合拳”（图14）。在南向的最外层为高透的单层玻璃幕墙，可以最大限度让太阳辐射热量进入室内。玻璃幕墙内是双层中空玻璃窗和集热蓄热墙体。昼间内侧中空玻璃窗开启，太阳辐射直接进入室内。照射到集热墙上的太阳辐射被涂刷了深色氟碳漆的保温墙体吸收，加热空腔内的空气，通过空气流动进入室内。空腔的空气层通过计算分析设置为较为合理的50mm，可使集热与换热效率最高。太阳落山后，内层中空玻璃窗关闭，并拉上夜间保温窗帘。对于仅仅靠周期波动的太阳辐射采暖的建筑，建筑的蓄热材料是最为关键的。为了保证建筑具有足够的热质，建筑使用传统的砖混结构体系，通过“厚重”的结构体系作为建筑蓄热放热的材料。建筑结构墙体和楼板以日为周期的昼间蓄积热量、夜间释放热量，保持着室内的热环境的相对稳定。既然热质如此重要，那么是否有必要把内隔墙做得更厚？通过计算分析以日为周期的墙体蓄放热量过程，研究结果显示内墙墙体厚度以200mm为宜，墙体厚度再增加，也无助于房间的热稳定和最低温度的提升。对建筑全寿命周期内的碳排放而言，建筑的寿命越长，平摊到每年的碳排放就越低。针对高原恶劣的外界条件以及后期维护能力，本项目采用墙体夹心保温系统（图14），内外页墙体间设置拉结，在保证结构安全的同时，实现了外墙保温免维护与建筑同寿命。该项目远离市政管网，生活用水依靠附近自然河流，为减少用水和污水排放且尊重当地生活习惯，建筑师设计了生态干厕。对厕所墙壁进行封闭保温处理，并在后侧设置了太阳能烟囱强化热压通风道（图15），从而诱导气流通过烟囱排除便溺可能产生的异味。在平面布置上，厕所与宿舍之间间隔有洗漱间和楼梯间，保证了宿舍和走廊空间的空气质量。
为检验该项目建成后是否达到设计目标， 2017年1月对该宿舍在室内无人、无照明、无保温棉帘等条件下的室内外温度进行了测试。通过实际测试获取了该宿舍在无人工采暖和夜间窗户无保温条件下的室内热环境状况：在室外最低气温达到-12℃条件下，房间温度不低于12℃，最高可达20℃，达到了设计目标。如前所述，本项目的用能设备只有照明系统，为简化计算过程，本文只计算建筑运行过程的碳排放量。该项目是学生宿舍，按照学校管理，每年使用时间约9个月，每天使用时间约2小时。项目的照明功率密度3.3W/m²，那么项目每年的总用电量可估算为1255×3.3×2×270=2236 (kWh)，按照2012 年中国区域电网平均CO2排放因子0.5257kg/kWh[5]，项目年碳排放量为1175kg，单位面积年碳排放量仅为0.94kg。得益于精细化的建筑设计，如果本项目要实现碳中和，在当地气候条件下，只需安装5m²多晶硅光伏系统，年发电量将超过2500kWh，实现碳中和绰绰有余。本文以四川若尔盖暖巢项目为例，总结了以碳排放最小化为目标的建筑优化设计过程，系统性地提出了降低碳排放的建筑师实施的策略，体现了建筑师在降低碳排放实现碳中和的重要作用，彰显了建筑师在降低碳排放方面责无旁贷的历史责任。建筑师只有通过在实现建筑功能的同时，以碳排放最小化为目标的精细化设计，才能提供能耗需求最小化的建筑，结合可再生能源的利用，助力实现碳中和。□[1] 张仲宸, 周浩, 林波荣, 李嘉麒, 田昕, 吴佳欣, 陈帅元, 黄莉. 基于数据挖掘的办公建筑运行阶段碳排放分析[J]. 建筑节能, 2020, v.48; No.357(11): 7-12.[2] 高庆龙, 戎向阳, 钱方 等. 高海拔严寒地区零采暖能耗学生宿舍——以若尔盖暖巢1号项目为例[J]. 建设科技, 2019, 382(08): 57-59.[3] 石利军, 司鹏飞, 戎向阳 等. 太阳能富集地区建筑的等效体形系数[J]. 暖通空调, 2019(7).[4] 高庆龙. 被动式太阳能建筑热工设计参数优化研究[D]. 西安建筑科技大学, 2006.[5] 国网四川省电力公司温室气体排放报告[R/OL]. http://www.sc.sgcc.com.cn/.本文引用格式：高庆龙,钱方,戎向阳. 建筑师实施的零碳建筑设计策略——四川若尔盖暖巢设计总结 [J]. 世界建筑, 2021(06): 14-17.
绿建节能方向标
介绍零碳建筑的实施路径，钙钛矿光伏BIPV技术的设计、实施和落地经验，被动式超低能耗建筑与零碳建筑的案例分享
610篇原创内容
公众号
“去碳化”的概念最近在政治演讲和全球环境事件中非常流行，但它在建筑领域尚未获得足够的关注，以深刻改变我们设计和构建未来世界的方式。目前，全球33%的能源消耗和39%的温室气体排放，表明建筑师必须发挥重要作用，如果我们要阻止或扭转气候变化。碳作为一个普遍认同的衡量标准温室气体排放建筑的脱碳可以被跟踪[1]，因此，实现这一目标的最重要的方法之一是建筑的脱碳。
脱碳包括减少运行碳和内含碳，具体碳分别指建筑使用阶段和整个生命周期的碳排放。这一生命周期涵盖了每种材料和家具的提取、运输、安装、使用和报废，占全球的11%温室气体排放和28%的全球建筑行业排放。如净零碳建筑承诺，于2018年在全球气候行动峰会上推出，通过呼吁将每年释放的二氧化碳量减少到零或负值，促进全球运营碳的减少。其他倡议，如美国的碳领导论坛，也强调了减少隐含碳的重要性，引用了到2060年世界建筑面积将翻一番的预测作为其重要性的标志。
为了达到这些目的，我们在下面列出了十个使建筑去碳化的策略，从重要的考虑因素到程序，到产品和文档，这些都可以为寻找具体解决方案的建筑师提供实际的应用。
1.从三个层面探讨脱碳
因为不同的碳减排策略模拟不同的效率水平，不同的建设阶段需要不同的程序世界资源研究所提出了按优先级排序的战略层级列表，可大致转换为三个脱碳程序。WRI减少运行排放清单如下:可再生能源之前的能源效率；场内可再生能源先于场外可再生能源；以及碳抵消之前的可再生能源(在其他地方投资可再生能源)。对于隐含排放，它建议在碳抵消之前再次减少碳排放。这种碳抵消方法一直是低优先级的，因为它只推荐在100%可再生能源供应不可行的情况下使用[3]。有了这种优先等级，我们可以在三个不同的层次上实现建筑的脱碳:
1)通过能效降低现有建筑的运营碳；
2)使用可再生能源来满足剩余的低能源需求，如有必要，最好在现场或附近的场外；
3)在新建筑的整个生命周期内减少其内含碳。
这些水平并不是建筑师应该采用的一个有凝聚力的程序，也就是说，具体的碳减排排在最后，而是简单地概括了建筑师可以减少碳排放的三种不同方式，这取决于建筑的阶段或要求。最终，这三个目标都必须迅速实现，以实现《巴黎气候协议》的目标。区分这三个层次只是作为一个有用的指南，建筑师和业主可以根据他们自己的项目来处理脱碳问题。
2.将运营碳和内涵碳放在一起考虑
如上所述，减少两者运营碳和内含碳是建筑整体脱碳的必要步骤。然而，对于现有的建筑，因为材料已经到位，嵌入碳可能不是一个重要的考虑因素，建筑所有者应该优先考虑实现净零运营碳。相比之下，在建造新建筑时——建筑师的责任——只考虑一种或另一种类型的碳排放会对建筑的真实环境影响产生误导。例如，一些材料的使用可以产生低的运行碳输出，但是在其整个生命周期中产生高的内含碳，反之亦然。与隔热良好的建筑相比，隔热很少且只有单一玻璃的建筑通常具有较低的具体碳含量，但会增加运行碳含量。同样，虽然生产可再生能源的设备可以显著减少运营碳，但建筑师必须记住，制造此类设备本身会留下碳足迹。由于这些潜在的不一致性，新建筑或重大翻新的建筑师在选择材料时必须同时考虑两种类型的碳排放，以优化能效并尽可能留下最低的碳足迹。
3.瞄准项目的早期阶段
要做到这一点，建筑师应该在一个新项目开始时就严格而细致地去碳化。低碳设计实践，尤其是那些以具体碳为目标的设计实践，在项目的早期阶段考虑时是最有效和最具成本效益的[4]。一键生命周期评价的具体碳审查详细概述了提高效率的原因。项目的早期阶段“锁定”设计的许多部分的可能性，包括那些可能显著影响具体碳排放的部分。建筑师以后可能无法进行节能改造，或者可能性范围被严重截断。例如，选择一个需要很深地基的地点可以使一个项目的具体碳排放量增加一倍以上，但是建筑师不能在以后修改这个选择。不那么激烈，随着时间的推移，即使一个元素仍然可以改变，它几乎总是会招致更高的成本。因此，建筑师必须在设计过程的早期分析减少隐含碳的可能性。
4.利用轻质材料
建筑师实现这一目标的一种方法是使用轻质材料。圣戈班进行的一项研究比较了巴西常用的两种内墙型材，他们发现重量更轻的系统产生了许多环境效益[5]。较轻的选择是Placo干墙系统，这是一种隔热的金属立柱干墙，与水泥抹灰的140毫米砖传统墙系统相比。对于一平方米的隔墙，他们发现使用这种干墙系统代替传统的墙壁将导致全球变暖潜力降低63%，一次能源使用减少49%，墙壁系统重量减少80%，淡水使用减少36%。类似地，一个叫做F4立面被发现可以将传统大立面的二氧化碳排放量减半。这些产品不仅展示了轻质墙体系统的有效性，还为寻求环保解决方案的建筑师提供了切实可行的选择。
5.考虑生物源材料
类似地，一些生物源材料，如木材、hempwool和木质纤维，在使用阶段储存碳，这意味着它们实际上在处理材料和释放碳之前降低了大气中的二氧化碳水平。这种品质使它们成为高效且可持续的材料。然而，考虑这种选择的建筑师应该意识到，在新的EN15804-A2生命周期评估标准(第8部分中讨论)中，由于重要的分类差异，这种储存的碳——在植物生长过程中称为生物碳——必须与具体碳(提取、运输、安装、使用、寿命终止)分开核算。例如，生物源材料的内含碳可能比传统材料的含碳量高，因为离建筑工地的距离更远，并且由于碳的吸收和最终的再排放，生物源碳本身在其整个寿命期间具有零净排放。根据新的生命周期评价标准，生物碳因此在整个生命周期中被视为独立的零碳，即不再被视为留下负碳足迹。
设计师在规划的早期阶段犯的一个常见错误是在计算具体碳含量时考虑建筑的核心和外壳，但忘记了潜在的重要内部配件、机械和技术设备。这些物体的寿命较短，在建筑寿命期间可能会被多次更换，这使得它们的具体碳排放量与结构的任何其他部分一样重要。只有考虑到这些重要的内部因素，计算出的具体碳才会准确。
7.重复使用或回收现有材料
重复使用现有材料消除了以潜在的高环境成本提取和制造新材料的需要。如果可行，建筑师应尽量购买使用尽可能多的回收材料的产品，以降低具体的碳量。例如，在玻璃中，碎玻璃制成的玻璃——可重复使用，因此脱碳酸的废玻璃——每使用10%的碎玻璃，可减少3%的能源消耗。同样，由于能耗降低，使用一吨碎玻璃可以减少300千克的二氧化碳排放量。因此，碎玻璃和玻璃制品回收材料的其他例子对于致力于脱碳的建筑师来说，这应该是一个重要的考虑因素。
8.使用生命周期评估或第三方认证的环境保护署
建筑师可以通过国际标准设定的生命周期评估(LCAs)和第三方认证的环境产品声明(EPDs)中公布的结果来评估其建筑的碳排放。这些是仅仅建筑产品和材料内含碳的有效科学信息来源。生命周期评价是一种从摇篮到大门或从摇篮到坟墓的分析技术，用于评估产品生命周期所有阶段的环境影响。电子数据产品是经过独立验证和注册的文件，传达了关于产品整个生命周期环境影响的“透明和可比”信息。建筑师可以利用这两者来确定和评估他们设计的结构的碳足迹。为了使评估产品的方法标准化，电子数据处理系统和从中提取的生命周期评估由国际标准(如欧洲标准)管理。一个特别相关的例子是EN 15804，它为建筑产品和服务的环境申报提供核心产品类别规则。由于其与建筑业的相关性，EN 15804是建筑师特别需要了解和响应的一个重要标准。
存在许多不同的软件应用程序，它们可以根据设计数据自动提供生命周期评估，并提供最佳解决方案。一个突出的例子是一键生命周期评价，它借鉴了Revit、IFC (BIM)、Excel、IESVE、能源模型(gbXML)和其他工具，以找到可比较的解决方案，并提供可访问EPDs的相关材料。认真对待脱碳的建筑师应该使用这一工具或类似的应用，以确保他们的具体碳输出尽可能低。
9.将建筑纳入循环经济
与生命周期评估问题相关的是产品使用寿命结束后的处置或再利用。为了实现更可持续的建筑业，停止“取、造、废”的资源效率循环经济模式是当务之急。遵循循环经济指导方针的建筑在其生命周期内自然会消耗更少的资源，因为它被设计成资源高效、适应性强和持久的。如上所述，在该建筑中，大多数回收成分百分比增加的构成材料将减少碳足迹。重复使用的材料和产品也将排放更少的碳。所有这些解决方案都是循环经济的例子，证明了它对建筑脱碳的极端重要性。在整个欧洲，建筑部门约占所有提取材料的一半，占废物产生量的三分之一。因此，在我们的行业中，通过再利用和回收来消除提取和废物的负面影响，可能会对结束全球变暖的全球努力产生巨大影响。
10.支持全球倡议
虽然这些策略都是极其重要的个人解决方案，但要想取得成效，去碳化的道路必须是全球的集体努力。企业可以通过支持全球和地方倡议，如净零碳建筑承诺，该全球建筑联盟，该碳领导论坛，等等。
世界绿色建筑理事会2019具体化碳行动呼吁报告详细说明了一项计划，到2030年，所有新建筑的运营碳为零，具体碳减少40%，到2050年，所有新建筑和现有建筑的具体碳和运营碳为零[9]。该计划的制定是为了帮助实现《巴黎协定》的宏伟目标，并将全球平均气温上升幅度保持在2摄氏度以下。然而，这些目标仍然是崇高的目标，因为新建筑继续以快速的速度建造，相当于巴黎的面积每五天增加一层，而2060年有一半的建筑尚未建成。为了让世界GBC计划和巴黎协定在这些不利条件下获得成功，建筑师们必须一起降低整个建筑业的碳排放。具体碳、可操作碳、现有建筑、新建筑、循环经济、轻质或生物源材料、回收等都必须考虑整体脱碳。有了上面描述的十个策略，我们希望尽自己的一份力量来提供帮助。
