碳中和视角下基于未来气候太阳能光伏高层住宅建筑设计趋势研究*(山东建筑大学建筑城规学院，济南250101)摘要：由于土地的集约利用，高层住宅是我国未来住宅的主要形式，在我国政府提出努力实现“碳达峰”“碳中和”的双碳背景下，研究其全寿命周期碳减排对我国节能减排工作具有重要意义。基于2050典型气象年的未来天气数据，以我国不同气侯条件下高层住宅为研究对象，对不同建筑类型、窗墙面积比、光伏板光电转换率等因素下的建筑全寿命周期碳排放量进行分析。使用建筑能耗模拟软件，结合相关建筑碳排放计算方法，计算了4个变量的210种组合下的高层住宅全生命周期全生命周期净碳量C、建材固碳量C。,运行排碳量C。和光伏减碳量C。,对计算结果进行相关性分析，并量化、分析地域及建筑设计变量与低碳目标的作用机制。研究表明：寒冷地区、夏热冬暖地区、温和地区、严寒地区、夏热冬冷地区高层住宅实现碳中和的难度逐新增大，为实现我国2060年碳中和目标，优先推荐在寒冷地区发展碳中和高层住宅。从碳中和角度出发，未来全国高层住宅的发展趋势是30~34层住宅：34层2梯4户工字型、33层2梯3户分别是南，北方地区碳中和高层住宅推荐类型：使用太阳能光伏板，提高光伏板光电转换率是以北京为代表的寒冷地区实现高层住宅碳中和的有效手段。关键词：高层住宅：碳中和：未来气候：全寿命周期：太阳能光伏D0I:10.13204/j.gyjzG21102305Research on Design Trend of Solar Photocoltaic High-Rise Residential BuildingsBased on Future Climate from the Perspective of Carbon NeutralityYANG Qianmiao HUO Ran TONG HuiSchool of Architecture and Urban Planning,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China)Abstract:Due to the intensive use of land,high-rise housing is the main form of housing in China in the futurepeak",the study of its life-cycle carbon emission reduction is of great significance for China's energy conservationand reduction.Based on the future weather data of a typical weather year in 2050,the paper took high-rise residentialcycle of buildings with different building types,window-to-wall ratios,photoelectric conversion of photovoltaie paneland other factors were analyzed.Using building energy consumption simulation software,combined with relatedbuilding carbon emission calculation methods,the net carbon C,building materials C,operating carbon emissionsC.,and photovoltaies of 210 combinations of high-rise residential buildings with 4 variables were caltulated.Thecarbon reduction C.in the whole life eyele of correlation analysis of calculation results was conducted,as well as thequantification and analysis of the mechanism of regional and architectural design variables and low-carbon targets.Studies have shown that it is increasingly difficult for high-rise residential buildings to achieve carbon neutrality incold regions,hot summer and warm winter regions,mild regions,severe cold regions,and hot summer and coldwinter regions.In order to achieve China's earbon neutrality goal by 2060,carbon-neutral high-rise residentialbuildings should be recommended in cold regions.From the perspective of carbon neutrality,the future developmenttrend of high-rise residential buildings in the country is 30-34-storey residences;34-storey building with I-shaped and2 terraces and 4 households,33-storey building with 2 terraces and 3 households should be the recommended types ofcarbon-neutral and high-rise residences in the southern and northern regions,respectively:the use of solarphotovoltaic panels and the improvement of photovoltaic panel photoelectric conversion rate are effective means toachieve carbon neutrality of high-rise residential buildings in cold regions represented by Beijing.Keywords:high-rise residential;carbon neutralization:future climate:whole life cycle;solar photovoltaics温室气体排放是导致全球变暖的主要原因之山东省自然科学基金面上项目(ZR2021ME185):“十三五”国家重一，联合国政府间气候变化专门委员会点研发计划子课题(2019YFD1100805)。第一作者：杨情苗，女，1980年出生，博士，副教授。第五次综合报告中指出，到21世纪末期，基于不同收稿日期：2021-10-238 Industrial Construction Vol.52,No.7,2022工业建筑2022年第52卷第7期(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net温室气体排放情景，全球平均气温将比1986年一明负荷密度和暖通空调系统等因素对建筑节能的影2005年的基准水平上升1.0-~3.7℃四。气候变暖响，最终得出将室内夏季设定温度提升1~2℃可以的趋势几乎不可逆转，控制温室气体排放量，减缓气极大地节约能源[)。Ren等研究在未来气候下澳候变暖的幅度和速度，同时适应气候变化带来的影大利亚八个气候区住宅能耗和温室气体排放情况，响，已成为全球关注的重点问题。2018年中国碳排提出了提高建筑围护结构热工性能、使用高效空调放量约占全球碳排总量的29%)，我国政府积极响设备和安装太阳能光伏板，分别是采暖为主、制冷为应国际节能减排号召，在2020年联合国大会上提出主和兼顾采暖制冷的气候区应对未来气候的建筑节力争2030年二氧化碳排放达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。建筑行业与工业、交通运输因此本文基于2050典型气象年天气数据，提业并称能源消耗和二氧化碳排放的三大部门，占我出光伏高层住宅全生命周期碳排放计算方法，总国碳排总量的35%~55%【)。随着城镇化进程的加结我国高层住宅不同平面和层数的典型类型，以快和人民生活水平的提高，建筑在建造和运行过程全生命周期低碳为目标，研究未来气候条件下我中的能源需求和碳排放量不断上涨，在过去十年内，国5个建筑热工设计气候区、高层住宅类型、窗墙我国住宅建筑碳排放量显著增加，年增长率为面积比、光电转换率与光伏高层住宅全生命周期5.76%【鬥，研究住宅建筑全生命周期的节能减排具碳排量的相关性，量化、分析地域及建筑设计变量有重要意义。与低碳目标的作用机制，提出未来低碳光伏高层由于土地的集约利用，未来我国住宅建筑的发住宅的发展建议和设计趋势，助力2060碳中和目展趋势是高层住宅，因此高层住宅是实现建筑行业标的实现。双碳目标的重要领域。被动式高性能围护结构和太阳能光伏建筑利用是高层住宅建筑围护结构实现碳1未来气象数据获取及碳排放核算方法1.1未来气象数据获取中和的主要手段。邓丰等以近零能耗为导向，研究生成结合未来气候变化和人类活动排放情景的了上海单层、三层、多层和高层零能耗住宅的节能、未来逐时气象参数是未来气候条件下建筑能源需求产能潜力，结果表明增加立面光伏系统(PV)可大大预测的基础。目前，未来气象数据的预测方法有四提高高层板式住宅产能[)。H山等以天津某15层住种：随机气象模型法、全球气象模型法、统计趋势外宅为例，研究建筑的保温层厚度、空调形式、建筑使准法和补偿法。补偿法，又称时间序列调整法，是基用寿命三个因素对全生命周期碳排放的减排潜于不同的温室气体排放情景，利用历史观测到的气力【6，结果表明：100mm厚保温层、延长使用寿命和象数据通过变形来产生未来的逐时气象数据)，该分体式空调对高层住宅碳减排有利。毛潘等以西安方法已在美国、英国、澳大利亚和香港得到广泛应用。地区高层建筑为例，建立建筑墙体全生命周期碳排未来温室气体排放情景是未来社会经济发展和放评价模型)，研究结果表明：每种外保温墙体的社会人口情景衍生出来的温室气体排放情景，是对保温层厚度存在碳排的最优值。未来人类活动引起的气候变化进行预估的基础数Yim等对香港某高层住宅进行建筑全寿命周期据。PCC公布的《排放情景特别报告》中，SRES碳排放评估[)，结果表明：建筑物运行阶段温室气IPCC Special Report on Emission Scenarios)体排放量占全寿命周期排放量的86%以上，建材生是目前被广泛使用的气候预测情景，包括A1,A2,产固碳量占比随着建筑节能设计标准的提高而不断B1和B2四个情景族，涉及一系列人口、经济和技术因素以及由此产生的温室气体排放情况，其中B1全球变暖势必引起建筑节能设计的变化，国内情景为低排放情景，代表着可持续发展情景，与中国外学者近年来对未来气候下建筑设计趋势进行了大未来的节能减排发展模式一致。因此，以2005典型量研究。刘大龙等利用当前气候条件下(1971年一气象年数据作为基础气象数据，应用补偿法对大气2000年)和未来气候条件下(2021年一2050年)的环流模式在B1情景下输出的逐月变化预测值进行天气数据，模拟研究了我国各建筑热工设计分区代变形处理，生成中国五个建筑热工设计分区代表城表城市居住建筑的能耗变化，提出未来居住建筑节市一哈尔滨、北京、长沙、贵阳和广州的2050典型能的主要方向是减少空调能耗【o]。Kevin等预测了气象年参数文件。中国五个建筑热工分区代表城市在未来的能源利用1.2建筑碳排放计算方法和碳排放趋势，讨论了建筑围护结构、室内温度、照随着建筑节能标准的不断提高，未来高层住宅碳中和视角下基于未来气候太阳能光伏高层住宅建筑设计趋势研究一杨倩苗，等9(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net