碳中和建筑如何设计和施工？

从现在到2060年，全球建成的建筑面积预计将翻一番，相当于在未来40年里每月增加一个纽约市。建筑占全球年碳排放量的38%，其中28%来自供暖、制冷和电力的运营排放，10%来自材料和建筑。新建筑和既有建筑物的碳中和应立即采取行动。

太阳能只是碳中和战略的一部分

碳中和建筑-从设计开始

碳中和建筑需要跨架构、工程和施工进行协调，所有团队从一开始就共享数字资源，以消除他们自己的工作和成品中的浪费。需要考虑到建筑寿命的每个阶段，包括使用的能源类型和项目建筑寿命结束后的影响。有了这些信息，团队就可以用正确的可持续材料和施工实践来制定一个全面的蓝图。

选址

在开工建设之前，项目适当的选位可以为减少碳排放提供一个重要的开端。

根据《洛斯阿拉莫斯国家实验室可持续设计指南》，适当的选位做法包括：

• 利用场地的地形、阳光、树荫和风能促进节能

• 保护现有植被

• 将建筑融入周围景观

选择好的位置有助于最大限度地减少干扰，减少碳足迹，并美化当地植被。这些措施可以有效减少碳排放。在便利设施和公共交通附近选址也可以减少交通排放。

而对风力和日光分析和反馈，对于规划可再生能源基础设施（如风力发电场和太阳能设施）尤为重要。预计在未来五年内，清洁能源发电的投资将增加一倍。

全球的业主们正在重新思考如何最好地利用他们的建筑资产组合来提高整体投资组合绩效，同时减少对环境的影响。通过对现有资产组合进行翻新和再利用，业主可以更快地适应不断变化的居住需求，甚至随着房地产市场的转型而扩展到新的市场。

创意、可持续建筑设计与工程

将创造性的愿景和布局与材料选择融为一体非常重要。碳中和规划也需要重视生产加工方法，例如，利用当地供应链消除运输成本有助于减少碳排放。零碳排放的建设阶段取决于正确采购和实施正确的程序。

采购应减少续订，减少制造、运输和使用材料所带来的碳。在某些情况下，大规模木材建筑可以通过在建筑结构中储存碳来帮助减少建筑物的碳足迹。确保所使用的钢材来自低碳供应链，并且具有高度可回收性，这在建筑的使用寿命内会获得回报。建筑师和工程师还应在设计提案中具体说明如何减少水、能源、有毒化学品和清洁剂的材料消耗。

低碳建材

因为建筑中80%的碳来自结构材料，所以碳中和建筑必须选择低碳建材。低碳建筑材料的选择也可能包括重新利用的材料，如再生木材和再生钢含量。仅传统混凝土每年就产生了全球近8%的二氧化碳。新材料可以是更环保的替代品，包括：

·由回收的建筑材料制成的砖

·再生混凝土

·减少碳影响的混凝土混合物

使用新的技术和极简主义的方法来设计光滑的线条、裸露的天花板和抛光的混凝土地板也可以减少材料的使用总量。

精心材料组装

准备好合适的材料，就应该精心组装它们。更好的BIM管理和工作现场的数字协作可以节省资金、能源、所需时间和材料。采用更有效的方法，如精益施工，通过更好的项目管理，消除浪费，减少碳排放。根据精益建筑研究所（Lean Construction Institute）的数据，70%的建筑项目都是迟交和超预算的。

装配式、模块化和工业化施工也可以加快项目进度，规范施工，减少项目生命周期的浪费。例如，荷兰文洛镇的市政厅实际上可以在其他地方作为一个完全不同的结构进行拆卸和重新组装。BamCore设计了一个定制工程系统来设计和制造混合竹面板，为住宅和低层商业结构提供更多的可再生材料。最后，不断增长的新一代全电动重型设备和卡车为可再生能源建筑工地指明了方向。

BamCore使用木竹复合材料开发了预制的空心墙解决方案，将竹子转化为木混合工程板，制成墙面，用于多户、单户和商业建筑。

运营与维护

当建筑工人拆除他们的建设工地时，碳中和建筑还没有完成。建筑运营和维护是终身追求，提供减少能源开支和最终污染的方法。联合国研究人员发现，建筑运营产生的碳排放量在2019年达到峰值;更好的建筑和更智能的运营技术正在成为新的标准。为了实现《巴黎协定》的目标，建筑运维的碳排放量需要迅速减少。

占据公共建筑物能耗60%的暖通空调或中央空调系统，已经成为影响我国碳中和目标实现的关键因素之一。在2021中国制冷展上，住建部科技与产业化发展中心建筑节能数据监测处处长丁洪涛透露，当前中国建筑面积规模位居世界第一，每年仅使用过程中的“运营碳排放”就达到21亿吨，约占中国碳排放量的20%。

建筑业主可以最大限度地提高供暖、制冷和暖通空调系统的效率，使用技术和数据进行建筑运营。这些可以通过先进的传感器和数字孪生完成，构建不断更新的数字模拟模型，利用人工智能和机器学习，监测，维护和优化物理模型的性能。这些技术还引入了预测性维护，传感器和实时监控可以检测到某个设备何时将超过某个阈值，并在发生之前实施节能、省时和省钱的修复，从而使资产尽可能接近峰值效率。

建筑拆除和材料再利用

即使是即将被拆除的建筑，对于聪明的开发商来说，也具有可持续的价值。通过Autodesk Tandem和material passports（用于项目的所有材料的数据库）等程序利用数字孪生技术，旧建筑可以成为材料库。钢梁或砖块，在安装后就被跟踪，可以被回收，并在另一个建筑里面获得第二次生命。在建筑物被拆开之前，人们对它了解得越多，那么再利用这些材料就越容易，也越便宜。如果没有一个清晰的路线图，很多旧建筑最终都只能被导向垃圾填埋场，造成资源浪费。

在悉尼，全新的brand-new Quay Quarter Tower利用了70年代旧建筑的68%，节省了相当于10000次从悉尼到墨尔本的航班能源。

3月15日，武汉光谷职业学院校区南部10栋群楼成功爆破拆除，爆破产生的钢筋、混凝土等建筑垃圾将分门别类进行分类回收，进行循环再生利用。

南京南部新城开发建设中，扬弃建筑废弃物“外运、填埋”老路，开创出一条“绿色回收—绿色生产—绿色施工”的固废利用全新产业链，两条生产线能把100万立方米固体废弃物就地转化成建筑材料，用于道路路基下路床铺设等市政工程。

实施碳中和的好处

事实证明，拯救地球也能省钱，碳中和发展战略往往会加快许多阶段的建设，从而大大降低项目成本。高能效建筑可显著降低项目使用寿命内的能源成本。根据Three Percent Club的数据，通过脱碳、电气化、效率和数字化来提高能源效率，每花费1美元，就会获得3美元的回报。全球许多学院和办公楼都通过先进的、可持续的设计节省了数百万美元：斯坦福大学发现，激进的整栋建筑节能改造甚至平均每年可节省24%运营费用。

还有广泛的研究表明，碳中和的可持续建筑使用更好的材料、增加通风和日光、消除化石燃料和有害化学品，都为办公楼业主进行了有力的销售宣传、减少能源费用，提高生产率。美国绿色建筑委员会发现，员工在可持续的办公楼中'更快乐、更健康、更有生产力'。

碳中和发展的未来是什么？

碳中和发展的道路应该是循环的。埃森哲研究了循环经济，并估计在全球范围内，通过重复使用通常被抛弃和浪费的东西，可以节省4.5万亿美元。城市产生了50%的废物（数据来自艾伦麦克阿瑟基金会（Ellen MacArthur Foundation）），它们可以成为有效回收利用废弃物的试验场。

未来可能看起来像White Arkitekter，一家瑞典公司，在2020年开发了White ReCapture程序。通过激光扫描现有结构，来确定每个项目的值以及如何重复使用。该公司最近利用这一工艺，仅家具一项就为一座新的市政建筑节省了100万美元。

碳中和的可持续建筑道路上的每一步都需要使用数据和技术连接建筑师、工程师和建筑工人，并管理材料流动：如何采购、组装;以及最终拆除和回收利用。随着它变得越来越容易和便宜并重复使用，旧建筑的砖块和横梁将变成更加宝贵的资产。随着全球城市化进程的不断加快，可持续的碳中和发展将确保它们能够真正经受住时间的考验。