建筑设计可持续发展的探讨

建筑设计可持续发展的探讨

黄红海，王建平

从生态学的观点来看, 建筑业是形成人类生态系统的一个重要方面, 城市则是发展程度最高、反自然程度最强的人类生态系统。据估计, 在世界经济活动中, 与建筑业有关的活动占10% 以上, 在发达国家, 这一比例超过12%; 建筑业又是大量消耗资源和能源的产业, 其物流量超过世界物流量的40%。在中国的各种产业中, 建筑业对气候的影响超过12%。因此, 建筑业对于人类社会的可持续发展具有十分重大的责任。

可持续建筑的基本内涵

可持续建筑是指以可持续发展观规划的建筑,内容包括从建筑材料、建筑物、城市区域规模大小等, 以及与它们有关的功能性、经济性、社会文化和生态因素。它注重以人为本和可持续发展, 建造一个满足人类居住的室内环境, 强调健康舒适; 不仅包括适合的温湿度、通风换气效率、噪音、自然光、空气品质等物理量, 而且包括建筑布局、环境色彩、照明、空间利用、使用材料及工作的满意度和良好的人际关系等主观性心理因素, 最终目标也是节约能源, 科学有效地利用资源。

可持续建筑设计基本原理

1、场地设计

可持续设计的目的之一，就是将场地给建筑带来的不良影响最小化，以及最充分地利用场地。在高密度的城市中，如何有效地利用现有场地合理规划、安排交通成为场地设计的关键。此外，运用绿化设计保持自然降水，营造局部小环境也是场地设计的重要因素。

2、水资源的合理利用

保护水资源是每一个可持续设计项目的重要特征之一。值得强调的是，在室内和室外充分利用二次水、自然降水和其它自然水源是一个越来越受到重视的课题。例如：德国北来茵威斯特伐利亚兰特科技园，因为在建筑一侧挖了一个湖泊，既美化了环境，又可作雨水蓄留池。还因为建筑靠湖的一侧采用了生态幕墙，夏季可以享受湖面的空气，并降低室温。

3、能源和空气质量

可持续设计是最优化能源利用率的设计，因为它充分考虑到了如何利用可再生资源和无污染能源。比如风能、地热和太阳能的利用。自然采光的合理化和最大化可以减少人工光源的使用，从而节约能源。同时，采用有效的隔热保温材料又可以减少制冷或采暖设备的使用，降低有害化学物质的排放。自然通风可以帮助我们调节室内环境的空气质量、温度、湿度，创造一个健康的、适合工作学习和生活的室内环境。据统计，合理有效的可持续设计可以帮助建筑节约70% 的供热和制冷费用。例如：荷兰阿姆斯特丹的银行总部办公楼，采用可持续建筑后，所用能源仅为过去的10%，在职人员减少15%，每年综合节省340万美元；美国得克萨斯的一栋经济适用房，由于采用有效的设备和太阳能取暖，使住户每年减少450美元开支，而增加的抵押付款每年仅为156美元。

4、建筑材料和能源

在北美，一集装箱的建筑材料的生产过程会制造出32集装箱的生产废料，所以建筑材料的选择是可持续设计的又一个重要方面。具体包括：选择可循环再利用的材料，加强施工废料的管理，利用自然生长速度快的材料，如竹子可以作为地板材料等。如何利用当地材料，从而减少运输和远距离加工带来的负面影响，也是一个近年来越来越受重视的方面。

5、室内环境质量

室内环境质量直接关系着人们的健康和工作的效率等。是否能充分地与室外空气、自然景色交流及最低化建筑材料的污染性，是评价一个建筑项目优劣的重要指标。调查显示，良好的室内空气质量可以提高6%～15% 的生产效率。

可持续建筑设计标准

1、能源

所包含的能源含量,就是在获得资源、生产产品和安装上房等阶段,以及各个阶段之间的运输等所需要的能源总量,它为我们对比各种产品所包含的单一资源和能源数量提供了一种手段。这样,我们就可以知道,在木结构、钢结构和钢筋混凝土结构等各种结构系统中,哪一种具有最低的能源投入。

2、温室气体

温室效应升温气体,系指材料在生产过程中所排放出来的能使地球温度升高的气体量。如果用矿物燃料,则在材料生产过程中产生的二氧化碳和甲烷就是温室效应升温气体。但是核能自身就不会产生这类气体。但建造核电厂的大量水泥和钢材也会使核电厂建筑散出大量的温室效应升温气体。

3、有毒成分

产生的有毒成分和含量。当考虑材料生产过程中排放的有毒气体时,如采用矿物燃料,则可推测所产生的硫磺、二氧化氮和其他物质。由于大多数材料的生产过程差别很大,有毒气体产生量的假定只能是纯理论的。

可持续建筑设计的方法

1、设计重点

从当代可持续建筑设计的实例中可以看出,设计者大多抓住了以下4个重点。

●重点部位。在综合平衡室内设计目标和室外环境要求中,分割内外空间的建筑外围护结构(外墙、外窗、屋顶等) 无疑成为问题的关键。在当今成功的建筑实例中,建筑外围护结构始终是设计与研究的重点部位。

●重点目标。由于人类发展与环境的主要矛盾是能源短缺和环境污染,因此高效利用洁净能源和减少环境污染必然成为设计的目标。

●重点方式。以设计(被动)方式为主,机械(主动)方式为辅,是目前实现高效利用洁净能源同时减少污染和浪费的重要方式。

●重点内容。太阳能等洁净能源在采暖、制冷、通风、采光等4个方面的应用是目前此类建筑设计的重点内容。

2、常用设计方法

针对建筑外墙、外窗和遮阳系统等重点部位,常采用以下设计方法。

●外墙。一般采用不同的外墙开口,结合架空地板,加上风扇、吸音材料、过滤材料等简单构造材料与设备措施,形成能满足多种功能的“可呼吸外墙”,从而使室内外空气和水分通过墙上的孔洞得到交换,在平衡和调节温、湿度的同时,过滤灰尘和减少噪音。另外,可以引导室外空气通过加热或制冷管道进入室内,以实现空气的热交换。引导室内空气从屋顶通气孔排出,带走多余的水分、杂质和有害物。这种自然被动的空调方式一般是人工可控的(即可以根据使用者需要的控制和改变墙的开放和通透程度)。其优点是,在创造健康自然的室内气候质量的同时,节约能源、减少污染和浪费。

●外窗。一般采用双层或三层玻璃窗。其主要优点是节约能源。一般来说,他们的隔热性能比普通单层窗高出2-3倍,而费用仅多15%-50 %。另外,他们的隔声效果也比单层玻璃窗有显著提高。同时还保持了单层窗采光好、视野开放等优点。如果建筑周围外环境质量较差,则需要认真探讨外窗究竟采用密闭的形式还是可开启的形式。如要采用可开启的方式,则容易引入外界的空气污染、灰尘、湿气、噪音等不良因素,同时可能导致热P冷流失,降低隔热效果,并带来安全隐患。

●遮阳系统。一般是在向阳的外立面或采光屋顶上采用可控制、可调节的组合遮阳系统,以达到不同时间、根据不同需要遮挡、反射和引光入室的目的。

对于夏季隔热、降温,通常采用以下4种方法。①利用储热实体吸热和制冷,优良的储热体可以分为两类:一类是固体,如混凝土、石膏、生土等(其储热性能与其中的含水量直接有关) ;另一类是液体（水）。它们的功能不仅是在夏季夜间吸收和储存凉气,并在白天释放出来,而且是在白天吸收室外热能和阻滞其向室内传递。地下、半地下建筑以及地下通风通道等就利用了生土材料的储热性能,在传统和当代建筑中都可以找到这类应用的实例。②利用水体降温。一类是利用储热性能(如前所述) ,如采用将水循环充入楼、地板的方式,以达到夏季降温的目的。使用中需要特别注意防渗漏、防污染等问题。另一类是利用水蒸发降温特征,在建筑的内外环境中设计湖面、水池、喷泉等。这是一种常用的环境设计手法,设计中应注意水蒸发增加的湿度对使用者、建筑及设备的不利影响。③利用庭院和植物降温。根据房间的朝向和环境需求,通过适当种植植物来遮日晒、隔离污染、提供新鲜氧气和宜人景观的方式。在当代高层办公建筑综合体中,这种传统、自然的方式得到继承和新的发展。

④通过设计和采用多层“外壳”或“皮肤”的手法防晒降温。主要包括遮阳百叶系统和多层窗系统两部分,遮阳百叶系统是根据当地日照方位、高度、强度和室内光、热需求而仔细设计的可调遮阳百叶、遮阳反射板等构造系统;多层窗系统是由双层或三层的透明、半透明、有阻热、吸热和反热等特殊热工性能的玻璃,加上反射涂层和夹层遮阳板等组合而成的构造系统。通过对以上两套系统的综合设计运用,可以满足对室内提供自然遮阳、反光、采光、通风和景观等综合需求。遮阳系统不仅被