可持续建筑设计探索

【摘要】在建筑设计的过程中,设计出可持续发展型的建筑不仅可以使建筑物充分发挥出其自身的使用效率,还能在最大程度上减少或者是从根本上来完全消除建筑物对于人类健康以及生活环境的诸多影响,其核心就是将发展与环境之间的关系协调好。可持续发展建筑从建筑的每一个环节出发,并且力求在建筑的全寿命周期内,达到资源合理、有效运用的目的,也就是从土地的开发、建筑布局、建筑选材、建筑施工以及到最终的建筑使用以及后期的维护等等,基于综合环境效益的充分提高,来进行研究可持续建筑以及环境的设计方法与原则。

【关键词】可持续建筑；设计方法；再生资源；节能

引言

当今,中国的生态型的建筑以及资源型的建筑在比重上仅占很小的一部分,可持续建筑至今还没有被重视起来。因此,我们应该加大宣传的力度,来充分提高建筑师对于可持续建筑设计的认识,进而引导、鼓励设计、科研以及相应的建设单位来搞开发研究和工程的试点。国家的相关方面也应制定和完善可持续建筑领域相关法律法规,规范与指导可持续建筑的发展。建筑师是人工环境的营造者,同时也是消耗大部分物质资源的决策者,我们决不能忽视自然环境的存在,而是必须与之和谐,并最终达到与之共生的目的。

1　可持续发展思想的产生及定义

近年来我国建筑行业已成为与工业耗能、交通耗能并列的三大“耗能大户”之一。有数据显示,建筑耗能一般占社会总耗能的30%,再加上建筑材料生产过程的消耗,在社会总耗能的占比则达到46%～47%。除此之外,伴随着各类建设还产生了大量的环境污染,所以建筑业自身对于环境所产生的各种负面效应,要通过科学、合理的设计手法来减少对于环境的影响。我们在面对这种挑战的时候,各个学科的学者也开始从各自的领域进行出发,来进行研究并得出可持续发展的结论。1987年挪威前首相Brunt　Land夫人在《我们共同的未来》提出可持续发展“不仅仅是要满足当代人的需要,又不损害子孙后代满足其需求能力的发展”,其也就是说在发展的同时,对于环境以及资源得善待。因此,在当今的世界,可持续发展思想的提出以及确定,具有十分深远的意义,假如人们均具有环境的保护意识以及相应的可持续发展意识,那么人类的明天也会更加的美好。

可持续建筑是指建筑对环境无害,能充分利用环境自然资源,并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑,又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。其根本目的从整体上来看,也就从建筑的各个环节减少了对环境以及使用者的负面影响,其关键在于是整体的节能无公害。其要求是从土地的开发、建筑的整体布局、建筑材料的选择、建筑施工、建筑的投入使用以及后期的维护,一直到建筑最后拆除总体上的考量。所以,我们从整体流程的角度上来看,很多我们所说的可持续建设只是一味的在某些环节努力而已,比如利用自然采光以及通风,垂直绿化等等,这些均不代表着整体水平的提高,而是大部分高能耗的建筑材料以及施工就会将其中积极的一面给完全的抵消掉。另外,对于可持续发展建而言,虽然可以从带有地域性建筑的传统之中获得一部分的灵感,而且还得以延续,但是我们更应该积极的将地域变化的规律及其地区环境所营造的传统充分发掘出来,这样一来就会使得可持续建筑始终立足于提高综合环境效益,从而为人们营造出来一个不仅经济、舒适,而且充满文化感与环境感的场所。

2　国内外可持续建筑的发展

2.1　国外可持续建筑的发展

德国巴伐利亚州建筑师协会主席黑塞先生在中国青岛国际新能源论坛“建筑节能”专题论坛上,首先提出了“可持续建筑节能是一项全球化挑战”。在他的新观点里面指出,可持续建筑是在最大程度上尽量减少能耗,在加大空间的同时,还可以很好的与全社会、大自然和谐相处,并不是一味的把其中每一个建筑物当做是一个独立的个体来看待,只有我们充分认识到了这一点,才可以使得一个甚至是几个国家最终达到全球化的和谐统一。

世界境界合作与发展组织（OECD）对于可持续建筑给出了一个相应的评定因素以及四个原则：第一,是对于资源的应用效率原则；第二,是对于能源的有效使用原则；第三,对于室内的空气质量以及二氧化碳的排放量的防止原则；第四,与环境和谐相处的原则。而评定因素就是针对这四个原则的内容来进行评判的,并且凭借评定的结果来进行判断建筑是不是可持续建筑。德国可持续建筑委员会第一座认证的可持续建筑是在德国Heidenau建成的。这座新的办公室先前医疗设备楼所在地还高两层,其就是将弯曲的外形和周围的建筑以及外部环境充分的结合在一起。设计者GerdPriebe事务所的这个作品很好的与现有城市规划背景相互融为一体。从规划之初,就把可持续因素充分的考虑到。热量舒适度、声响舒适度、视觉舒适度、用户舒适度以及整体规划均是详细的设计要素。建筑的东部不仅是开放式的,而且也相对比较宽大,其弯曲的玻璃立面也就形成了和户外相互隔绝的空间,但是在视觉上依然与室内的空间交相辉映。该建筑有两个功能区,南边是接待区域,是公共空间,主要就是起到了欢迎来客并可以引导他们经过两层高的大厅。其中底层就是一个会议室,其上层就是一个展厅。北边则是充分体现了其内部的功能,里面主要就是一个开阔的办公区域。

2.2　国内可持续建筑的发展

2010年在上海召开的世博会,其主题就是“城市,让生活更美好”,就很好的为人们展示了城市发展文明的成果,互相交流了城市发展的经验、很好地传播先进城市的理念,进而可以探索出来一个崭新的城市发展模式,同时这也是可持续建筑设计的最佳实践区。比如,法国馆,其外墙就是以焙烧粘土,外面则是全部覆盖的是植被,这些植被不仅仅延缓落水的时间,而且还会达到及时排水的根本目的；另外还可以净化空气,调节气温。其次,值得一提的就是美国馆的大自然气息,利用倒影池与瀑布不仅使得入口处的温度降低,而且还可以降低噪音的分贝,馆内种植的是城市绿化植物,不仅仅提供了一个生态环境,而且还达到了冷却的效果；成都馆,其主题就是“活水公园”,正式因为这个设计理念才会被称之为会呼吸的世博湿地；法国国家馆的主题是“感性城市”,给往来的参观者提供了各种感官上一种全新的感受。远大馆整个墙体采用的是保温材料,冬暖夏凉；室外新风在经过静电除尘之后将其引入到室内之中,这要比室外的空气洁净得多。

天津华厦科技园万和堂项目,是国内在可持续建筑设计实践中较为成功的一例。万和堂项目系天津华厦科技园配套项目,初期作为招商使用,后期作为园区的博物馆。该建筑占地2578m2,地下一层,地上五层,建筑面积2180m2,建筑外观以两个四面体简单的几何组合,上面的四面体旋转45°后略作挑出,与下面平放的四面体垂直相交,45°两坡玻璃屋顶,建筑东西向布置,南面及东西倾斜的大坡屋顶安装378块265W单晶硅电池组为该建筑供电系统,在晴朗的白天,太阳能电池板阵列将太阳能转化为直流电力,再经由逆变器转变为可为用电设备供电的交流电力,发电电力大于用电设备的消费电力时,剩余电力将被返送回华厦科技园电网,物业公司将依据售电电能表记录的数值支付给用户相应的费用。在多云或阴雨天气的白天,太阳能系统根据实际的日射量仍可以发电,但此时发电量较少,当用电设备消费电力较大时,不足部分将由华厦科技园电网补充提供。在夜晚太阳能发电系统不提供电力,用电设备由华厦科技园电网供电。

856m2玻璃屋顶,与其内结构层围合成一个高11.78m的尖塔状阳光室,阳光室与下部墙体联成一体,墙体为双层,内层为保温墙外层为幕墙,两墙之间留20cm的空腔成为呼吸墙,呼吸墙底部及阳光室顶部设可开启窗。夏季开启,从底部到顶部形成一个类似贯穿的烟囱,起到一个拔烟的效果,空腔内热气流自然上升,在顶部排出形成穿堂风,有效降低了围护结构的温度,使室内温度得到有效降低,极大的减少了人们对空调的依赖,达到节能的目的。冬季关闭,太阳光通过玻璃进入阳光室,热量直接或间接被储热水箱吸收储存,日间可以开启阳光室与房间相通的采光窗直接供暖,也可以地板辐射采暖,夜间地板辐射采暖。热媒水通过地盘管向房间散出热量后温度降低,再返回蓄热水箱,夜间或阴天太阳热能不足时,则由辅助热源加热系统保证供暖（或空调系统）。

地下室内的湿气对室内环境影响很大,一般将其通过管道排至室外,万和堂在设计时将冷湿空气在炎热的夏天也加以利用。地上各层都设计了与地下室底部直通的暗装管道,上层如需要冷湿空气时,可直接开启风机,通过暗装在墙体及架空楼板内的管道将冷湿空气送进上层房间,送风口均匀布置在混凝土楼板内,向下送风（类似风扇加上冷湿风）。同时,风机通过管道也把上层的热干空气送入地下室,地下室地板又不断地吸收其下部土壤层的冷量,这样循环往复,昼间连续运行。加之,梁板柱为清水混凝土,与地下室地板联在一起,混凝土为热惰性强的材料,蓄能（热能、冷能）能力很强,导热系数仅为1.7W/M.K,地下的冷源一部分也会通过混凝土结构体传至地上各房间,房屋楼板、墙体设计为重质材料,夜间蓄存了一定的冷能量,这就有效地降低了夏季室内温度,极大地降低了空调的使用率,空调为多联机组,每层分设,只作为极端热天气时辅助使用。

3　可持续建筑设计

3.1　合理开发和利用土地

绿色建筑设计对于土地开发和利用的原则,就是在建筑节地与土地资源利用上,强调土地的集约化利用,充分利用周边的配套建筑设施,合理规划用地；强调能在不增用或少增用土地的前提下,高效利用土地,开发利用地下空间。地下空间具有微气候稳定,防风、防震、防尘暴,经济和有利于生态平衡及地方文脉的保护等优势,而且冬暖夏凉。在我国地下空间的开发利用可以在较大程度上改善城市环境质量,结合我国国情,配套地铁建设，应优先发展地下车库、地下贮库等地下工程。

3.2　建筑平面设计

合理的朝向设计能使建筑从阳光中获取大量的能量,住宅往往需要平行布置,并且朝向南面,同时彼此之间要留出足够的间距以保证冬季得到充足的日照。建筑物的形状以正方形最有利,细长型的建筑因外墙面积大,能源消耗大,建筑能耗的大小以建筑的体型系数控制,体形系数越大,单位建筑空间的散热面积越大,能耗就越高。在相同体积时分散的布局模式要比集中布局的建筑热耗大,从节能的角度宜首选高层和中高层建筑,但层数愈高,能耗愈大。具体设计时减少建筑外墙面积、控制层高,建筑层高固定时,对于确定的建筑面积,都有与之相适宜的最佳节能楼层数。减少体型凹凸变化,采用规则平面形式,合理的建筑布局可以充分利用现场的资源来减少建筑耗能以及改善室内环境质量,比如将不需要窗户的功能安排在建筑物的北面有利建筑节能。

3.3　因地制宜地选用生态材料

生态建筑的物质基础是生态材料,生态建筑材料指健康、环保、安全的建筑材料。生态建材是指在原料采取、产品制造、应用过程和使用以后再生循环利用等环节中对地球环境负荷最小和对人类身体健康无害的材料,分为天然建材和人工材料。生态建筑在材料的选择上没有统一的标准,生态建筑不是完全利用高新材料建成的建筑物,高新的不一定就是好的,很可能还是错的,重要的是要了解材料的使用目的。建筑设计中一方面要积极采用现有的对环境和健康有益的新材料,以减少对环境的污染；另一方面要适度使用现有地方资源来满足地方需要,减少对外来特殊材料的选用,应该更多地使用木材、竹材、石材等天然节能型材料。

3.4　自然通风设计策略

建筑物布局合理与否,直接决定着住宅区气候的好坏。自然通风是调节环境最有效和经济的手段,而影响自然通风效果的因素主要就在于建筑物的平面布局、立体设计及三维空间布局。因此,在自然通风设计时,必须全面了解住宅区的空气流动情况,以确保住宅区气候良好、通风情况合理,有效提升建筑物内部的空气质量和热舒适度,使住户无需增加任何投资,就能实现居室环境的健康舒适。

3.5　采光设计策略

夏日影响居室热环境的重要因素是由于阳光直射与热辐射,也是影响住户心里感受的因素之一。因此,应结合当地地理气候条件进行采光设计,经过认真计算,明确住宅区的建筑布局与单一住宅的关系,分析建筑群的遮阳及日照能否满足建筑物采光与遮阳的需要。直面建筑的热耗要大于曲面建筑,当体积相同时,集中布局的建筑热耗要小于分散布局的建筑热耗。

3.6　可再生能源的循环利用

材料的再生和循环能够实现资源的充分利用,还能减少污染物的排放,降低末端处理工序。建筑构造应使用可循环或带有可循环材料（如钢材、铝材等）的产品,考虑建筑构件和建筑设备的再利用,尽可能减少建筑垃圾。新型材料的生产、使用及回收全过程要考虑其对环境的影响,追求建材的可循环再生利用性是可持续发展的要求。

结语

当前在科技的推动之下,世界经济一体化的进程不断加快,人们的观念也出现一些变化,对于生态环境的要求逐渐提高。因此,实现资源的可持续利用,实现资源的可持续发展,保护人类的生存家园,是以后社会发展的主流。可持续性建筑一方面能满足建筑本身的功能,另一方面则是满足人们舒适性的要求。可持续建筑是一种技术同文化的融合,而不只是技术方面的问题。以后社会发展必然是可持续建筑同文化物质之间的融合建构,并且包含了政治、经济、文化以及精神这些方面新的环境系统化的设计理念。

注：原文发表在2015年4月《中外建筑》