發布時間:2023-09-26 09:33:20
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們為您準備了不同風格的5篇可持續建筑設計,期待它們能激發您的靈感。
可持續發展是我國科學發展觀的基本要求,在建筑設計中,設計出可持續發展的建筑可以使建筑物的使用效率得到充分的發揮,最大程度減少建筑物對人們生活環境造成的影響。就我國現在的建筑來看,資源型和生態型的建筑占據很小的一部分,可持續建筑受重視的程度較低,所以,需要在建筑施工中加強宣傳教育工作,增強人們對可持續建筑的認識,引導并且鼓勵建筑單位進行可持續建筑施工的試點工程,進一步完善國家的建筑法律法規,利用政策指導可持續建筑向著更好地方向發展。
一、可持續建筑的內涵分析
傳統建筑施工中需要消耗大量的能源,對我國資源節約型社會的建設造成了一定的阻礙。隨著可持續發展理念的出現,人們對建筑節能的關注程度越來越高。我國的建筑能耗占據全國能源總消耗的13%,其中生物能源的消耗量占商業用能總量的52%。不僅如此,建筑工程建設過程中還會產生大量的污染物質,對環境造化嚴重的污染,針對建筑本身對環境產生的影響,可以通過加強建筑設計的方法來減少這一影響因素。因此,在建筑設計中可以將建筑和環境看成一個統一的整體,從建筑施工的不同環節減少工程施工對環境造成的影響,推動建筑的可持續發展。可持續建筑的設計要求走能源節約、環境友好型的道路。建筑材料的選擇盡可能使用綠色建材產品,使用可以循環再利用的材料,從而減少建筑材料生產過程中對環境造成的污染。加強綠色能源的利用包括兩個方面的內容,首先是建筑物內部的能源使用綠色能源,例如,太陽能、風能、地熱能的使用,其次,將建筑物的能源消耗降至最低,可以借助于自然風光和通風條件為建筑物營造良好的環境。
二、可持續建筑的設計重點及方法
(一)可持續建筑的設計重點分析
可持續建筑在設計過程中應該堅持四個設計重點,首先是堅持重點目標,當今社會發展中,能源短缺和環境污染是人類發展和環境的主要矛盾,因此,可持續建筑建設過程中應該堅持高效利用潔凈能源減少環境污染的設計重點;其次是堅持重點部位,通過對建筑室內設計目標和室外設計要求的平衡,加強建筑內外空間維護結構的分割成為建筑施工中的關鍵問題,所以,可持續建筑設計的重點部位是對建筑結構的研究和設計;緊接著是重點方式,建筑設計中以被動設計方式為主,機械設計方式為輔,最終促進能源的高效利用以及資源節約目的的實現;最后一個是重點內容,可持續建筑的重點內容就是加強太陽能、風能、地熱能等潔凈能源在采暖、制冷以及通風方面的使用。
(二)可持續建筑的主要設計方法
1、加強土地資源的合理開發和利用
綠色建筑設計需要堅持土地的合理開發和利用原則,強調土地資源的集約化利用,建筑設計人員要充分利用周邊環境的配套設施,對土地資源進行合理規劃,在不增加土地利用的前提下,提高土地資源的利用效率,并且加強地下空間的有效利用。建筑施工單位在開發土地資源的過程中,應該認識到地下空間的微氣候穩定對防風暴和防塵的作用,意識到微氣候對生態平衡的保護作用。通過對地下空間的合理開發利用能夠很大程度上改善城市的生態環境,增強城市的環境質量。建筑設計需要結合我國的基本國情,優先發展地下車庫以及地下商場等。
2、選擇生態材料作為建筑的基礎材料
生態材料是生態建筑的物質基礎,生態建筑材料主要是指環保性材料、安全性材料等。生態材料的利用對地球的負荷最小,同時對人們的身體不會造成傷害,一般情況下,將生態材料主要分為天然建材和人工材料兩種形式。生態建筑建設在材料選擇上沒有統一的標準,需要在選材的過程中充分了解材料的使用目的。建筑設計中采用對環境污染較小的材料可以增強生態效益,同時也可以加強現有資源的使用,利用地方資源來取代外來的特殊資源。
3、建筑設計中加強可再生能源的利用
材料的再生和循環利用可以增強資源的利用效率,減少污染物的排放量,同時還能夠降低建筑生產中的相關處理程序。建筑構造中可以使用鋼材、鋁材等一些可循環利用的材料,一定程度上能夠減少建筑物垃圾。此外,新型材料的生產、使用和回收過程不會對環境產生較大的影響。增強材料的可循環利用性是促進可持續發展的關鍵所在。不僅如此,建筑設計中還應該加強自然可再生能源的使用,例如,太陽能、風能和地熱能的使用。在建筑物布局設計中,充分利用自然通風的效果能夠增強建筑內部能源的消耗量,自然通風可以解決建筑內部空氣流通問題,確保建筑氣候的良好,從而增強建筑內部的空間質量和舒適度,住戶無需增加投資改善建筑內部的小氣候,使整個建筑的環境更加協調舒適。
結束語:
隨著建筑規模的擴大和建筑數量的增加,當前的建筑設計向著多元化的方向發展,可持續建筑設計也成為建筑發展的主要趨勢。考慮到可持續建筑設計是一個系統性的工程,不僅涉及到建筑的所有環節,同時也涉及到建筑的使用者以及建筑內外部環境之間的關系,需要建筑工程設計人員綜合考慮多方面的因素,加強能源的有效利用,利用可再生能源取代建筑建設中的不可再生能源,利用可循環利用的材料取代不可循環利用的材料,增強建筑材料的使用效率,同時減少建筑施工中因為材料使用問題對環境造成的污染,樹立科學的建筑設計目標,確定建筑設計的重點,將建筑藝術和人類的發展相結合,從而促進建筑施工和環境保護的協調發展。
參考文獻:
[1]姚侃.可持續發展建筑設計的地域性策略初探[J].城市建設理論研究(電子版),2015,(20):2412-2413.
[2]褚冬竹,魏書祥,塔戰洋等.可持續建筑計IMGESB方法的建立與實驗[J].新建筑,2013,(4):20-26.
關鍵詞:建筑設計;可持續建筑;平面設計;空間設計
中圖分類號:TU2文獻標識碼: A 文章編號:
引言
可持續建筑在設計過程中,必須針對其各個構成要素,確定相應的設計原則和設計目標。同時,這些構成要素又是設計者要具體操作的對象。在綠色建筑設計體系中,目標及原則的分析和把握具有重要的實踐意義。這里以生態要素為主要對象,扼要闡述其設計目標和原則。事實上,很少有建筑能對具所有的方面做出深入的響應,而絕大多數的綠色建筑都是根據其所在地域的經濟條住、氣候特征、文化傳統等具體因素對不同的方面有所強調和側重。
可持續建筑設計考慮因素
在所有的建筑中,居住建筑大約占50%一60%。所以如何提高居住建筑的環境性能、降低其能耗也就成為居住建筑設計的要點。在最初設計時、布局的密度、位置、方位等因素,很大程度上決定了能量的消耗量。同時,提高保溫標準、減少不必要的空氣流動、提高采暖空調設備效率以及通過建造溫室和加大朝南的窗戶面積來采集被動式太陽能也對能源消耗有較大影響。因此,建筑師和工程師的最初決定,對隨后是否有改善機會具有至關重要的作用。對住宅中的能量消耗有顯著影響的因素有:
①建筑形式(緊湊的開發形式具有很多優點);②建筑圍護結構(使用熱容量大的材料以及高效的保溫反來吸收太陽能輻射,并延緩夜間溫度的降低);③建筑方位(布局時,增加采集陽光的面積,減少頂風的面積);④微氣候(布局時,和用綠化設計來增加遮陽的效果);⑤交通(選擇建房地點時,考慮減少開車出行的需要.并增加公共交通站點的密度)。結合工程實踐經驗,對于可持續住宅設計應采用緊湊的結構,以使相鄰的墻壁、地板和屋頂可以最大限度共享;提高凈空的高度,以增加四周表面的相對面積;為陽光照射和和用太陽能留出空間;考慮自我遮蔽的分布形式;和用屋頂空間來調節室內環境;栽種樹木來遮擋夏季的陽光;提供高效的保溫層,來節省能雖和提高舒適程度;安裝低能耗的照明系統;為用戶提供調節個性化環境的設施;為以后提高保溫標難創造機會;
按這些指導原則修建出來的慶屋,其特征和形式都與當今建筑師設計的大多數建筑迥然不同。在過去十年間,各國政府盡管改善了保溫標準和采暖空調系統,但郊區房產的迅猛增長,以及不重視開發現個城市地區由的“閑置土地”,使二氧化碳排放量有所增長。這是因為在郊區修建的建筑,絕大部分都是獨市或者半獨立的住宅,分散的布局,使人們出行時寧愿開車,而不愿坐公共汽車或者火車。盡管設汁和施工的技術都有所提高,但能源消耗的增長幅度,還是高于預期水平。因此,住宅建筑選址應該注重閑置土地的和用,盡量使用交通、市政管網較為齊全的熟化土地。此外,為了達到節約能源的目的,這些房屋需要以緊湊的形式修建——樓層高度適中,比鄰修建以便共享墻暖和層頂等設施。
可持續建筑設計
3.1平面設計
良好的建筑平面設計能有效地改善建筑熱環境與自然通風的狀況。平面設計的重點要體現在體形控制、平面分區兩個方面。
(1)平面和體形控制。1)減小體型系數和于抵御冷熱極端氣候。在惡劣的氣候條件下,小的體型系數能將暴露于外界氣候中的界面盡可能控制到最少,這無論對于減少冬季火熱還是減少夏季得熱都是有和的。而對于高度一定的建筑(比如在發展少國家中建設量最大的多層住宅,高度一般多在6層左右),其平面形式也就幾乎成了影響建筑體型系數的唯一因素。這也能使我們對體型系數的探討集中到建筑平面上來,簡化了問題的難度。在常見的平面形式中,圓形平面可以擁有最小的外表面積,其次是方形。從平面形狀來看,凹多邊形平面與凸多邊形平固相比都會具有較大的體型系數,所以,開敞天井和內天井對體形控制都是水和的。不論是開敞天井或內天井,其主要目的無非是為了加強自然采光和自然通風。然而同時又不可避免地導致外界面增加,體型系數擴大,此時通過建立可應變的玻璃界面調節體系可以在極端氣候下封閉天井。這樣在滿足自然采光的同時隔絕熱交換.可以降低熱工能耗。2)通過體形平衡得熱與失熱。盡管大陸性氣候冬季氣溫很低,但大部分地區太陽日照輻射還比較強,特別是建筑的某些朝向的外界面在向外散失熱量的同時也接受太陽輻射,包括南向的和東兩方向的外界面,其可稱為“受熱界面”。如果從冬季和用太陽能的角度出發,適當調整受熱界面的性能,可以做到受熱外界面吸收的日照輻射熱量大于其向外散失的熱量。這部分“盈余的”熱量能夠補償建筑其他外界面的熱損失。這樣,受熱外界面特別是南向外界面的面積越大,補償給建筑的熱量就越多,對節能就越和。因而,此時建筑的體形不是以外界面越少越好來評價,而是應以南向外界面足夠大,同時其他方向外界面盡可能少為標準來評價,用建筑南向外界面與外界面總面積之比來進行比較,更能說明建筑體形對太陽能的和用情況。當然,南向外界面的擴大又會導致建筑夏季得熱增加,因此合理的確定南向外界面積與建筑南向遮陽是做到通過體形平衡得熱與失熱的必要因素。
3.2空間設計
(1)內部空間。內部空間的設計極大地影響薦建筑能耗和室內環境。合理的內部中間設計可以改善建筑的得熱量和失熱量以及自然通風。
(2)外部空間(室外空間)。在外部主間設計中,庭院和中庭是改善建筑熱環境和自然通風的最重要因素。庭院和中庭是由建筑圍成,沒有頂,是中國傳統民居的重要堅特征,是在當地的氣候和社會結構的基礎上形成的。庭院在中國傳統民居中非常常見,從華北到華南都有分布,唯一的區別是庭院的大小不同。帶有庭院的建筑,在不同的地方是有區別的。華北地區,由于太陽高度低,庭院朝向南面,這樣就能獲取充足的陽光和日光。中部地區,建筑群更加集中,因此庭院尺寸就比北方的小很多。華南地區,由于溫暖的冬季而處自然通風比陽光更加重要,因此。其建筑群是中國最為集中的,庭院的尺寸比其他地方的都小,庭院縮短為中庭。中國的庭院除了大小和形式不同外,所有的庭院都融入了氣候的因素。
由于庭院對自然的適應,建筑能夠適應氣候的變化尤其是極端氣候。以下幾點體現了建筑的適應能力。
(1)氣候的過渡。進入建筑庭院的氣候可以作為一種資源。庭院中的空氣運動與自然界的不同,除非庭院是外部空間。由于受到庭院周圍垂直立面的約束,庭院中的空氣溫度受到空氣盆積積效的影響呈垂直分布。冬季,空氣溫度由下而上升高,而夏季則相反。這樣,庭院成為建筑與外間氣候之間的緩沖帶,建筑室內空間在極端氣候以外的任何時候都能保持舒適。此外,夏季由于庭院四周的屋檐會形成陰影,陰影會使空氣溫度降低。
(2)可調節的熱緩沖帶。通過調整建筑群的關系和建筑立面的設汁產生熱緩沖層,形成室內環境和自然環境之間的緩沖帶。緩沖帶在一定程度上防止了極端氣候的不利影響,建筑熱性能也可以隨之得到調整??諝鈱⒓性谕ピ褐?,能夠減弱外部氣流對室內環境的不利影響。空氣溫度和氣流比較穩定,這有利于冬季的熱量儲存。夏季,庭院的熱壓能夠改善自然通風,有利于建筑的被動冷卻。
在一定范圍內,庭院寬度與高度的尺寸反比例是煙囪效應或熱壓通風的最重要影響因素。當尺寸較小并日高寬比較大時效果更佳。這種庭院有時被稱為中庭。但這會降低太陽輻射和自然采光的效果。因此,應當根據當地氣候和陽光條件來設計庭院的尺寸和比例,包括日光和通風也應考慮。
結語
可持續建筑力求達到建筑壽命周期的資源有效利用,文章系統地分析了可持續建筑的設計思路,提出從建筑建筑布局、建筑平面設計等途徑來實現可持續性,探索以設計手法協調建筑與環境途徑。
參考文獻:
朱唯; 袁春學. 可持續建筑與設計方法探討[J]. 西北建筑工程學院學報(自然科學版). 2009(22):30-31.
1 概念區分與界定
工業化發展多年后“現代主義”功能至上的建筑理念逐漸被時間遺棄,建筑呈現出現代化折衷主義的特點?,F代建筑理論呈現多元化、矛盾化、復雜化、集約化、交叉化等多方面的發展趨勢。在建筑與社會發展、自然生態結合越來越緊密的今天,每種可持續建筑理論都有其側重方向,由此出現了形形、各式各樣的建筑標簽,但究其根本原理又發現它們之間存在某種內在聯系。
(1)節能建筑:上世紀末,由于全球對石油、礦產等不可再生能源進行普遍無節制的使用和開采,造成了世界性的能源危機。能源危機爆發后,節能建筑的相關理論和研究成為了炙手可熱話題。顧名思義,節能建筑就是通過設計與技術手段,考慮氣候與能耗因素,遵循節約原則,降低建筑在建造、使用、維護過程中的各種能源消耗,是一種能效利用率高的建筑。我國《民用建筑節能設計標準》頒布于 1986 年,表明了我國在 80 年代貫徹國家節約能源的政策下,研究學者就已對建筑降低使用能耗有初步的研究成果。2005 年隨著節能省地型建筑的提出,政府部門對建筑在節約能耗、節約水資源、節約材料、節約用地方面做出了更為具體的新要求。
(2)生態建筑:意大利建筑師 Paola·soleri 以生態學范疇的理論為基礎,將其交叉融合至建筑學鄰域,取建筑單詞的前半 Arc,結合生態學的后半 ology,于 20 世紀 60 年代創造了建筑學的新方向——建筑生態學(Arcology)。這標志著將建筑視為地球生態的一部份,將建筑融入整體生態環境考慮。但由于兩學科多方向的深度交織、多元化發展等原因,造成生態建筑概念界定不確切,給生態建筑概括出一個既簡單又明確的概念非是易事。部分研究人員將有機建筑、地域建筑、自然建筑、綠色建筑、氣候建筑、健康建筑甚至御寒建筑、空氣上升建筑等同于生態建筑,雖然這些類型建筑在某些方面確實符合建筑生態學范疇,但片面的將生態建筑等同于它們是不準確的。確切來說生態建筑是“根據當地的自然生態環境,運用生態學、建筑技術科學的基本原理,采用現代化科學技術手段,合理地安排并組織建筑與其他領域相關因素之間的關系,使其與環境之間成為一個有機結合體。”
(3)綠色建筑:綠色建筑的概念同樣最開始出現于二十世紀末,我國《綠色建筑評價標準》中將綠色建筑定義為“在建筑的全壽命周期內,最大限度地節約資源,節能、節地、節水、節材、保護環境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,創造自然和諧共生的建筑”。其中全生命周期指建筑從初期規劃開始,到建筑設計、具體施工、投入使用、圍護管理直至最后報廢拆除的整個過程,最大程度上壓縮資源和能源的消耗,控制不可回收利用建筑垃圾的產生。可以看出綠色建筑是凌駕于節能建筑的理論,它包括了能源節約與環境節約方面內容,其考慮同時涵蓋了經濟和環境因素。綠色建筑把環境和建筑作為一個整體,進行總體考量,注重各專業的相互關聯,從建筑生命周期開始到結束的過程中,減少建筑對使用者和整體環境的有害影響。
(4)可持續建筑:可持續建筑的概念和由其衍伸的原則、技術、評定等理論的形成,都源于可持續發展的提出。由于世界范圍內對可持續發展概念定義的共識,因此可以將可持續建筑定義為:對世界的可持續發展有積極貢獻的建筑,是既滿足當代人的需要,又不對后代人滿足其需要所構成危害的建筑??沙掷m通過結合環境,降低建筑的建設對周圍環境產生的負面影響,滿足居住者的身心健康需求??沙掷m建筑是綜合全方位考慮減少能耗、節約用水、減少污染、保護環境、保護生態、保護健康、提高效率的建筑,使建筑既滿足當代人們的舒適合理需求又有利于后代未來的生存發展。
世界經濟合作與發展組織提出的可持續建筑判斷標準有四原則一因素,具體包括:資源應用效率原則,能源使用效率原則,污染防止原則( 室內空氣質量, 二氧化碳的排放量),環境和諧原則及前述原則的研究評定因素。
不僅大部分群眾分不清楚節能建筑、綠色建筑、生態建筑、可持續建筑概念定義的不同,自建筑技術科學向著生態、環保、節能等方向衍伸后,有部分研究學者也將其概念視作等同。
但從上述各理論概念定義可以看出,雖然它們在一定程度上都與能耗、環境結合程度、生態等有關聯,雖有相似,但其內涵與外延都存在差異性。
節能建筑的關注點主要在能耗,綠色建筑的關注點主要在節能與環保,生態建筑的關注點主要在生態學原理和方法利用,但可持續建筑理念涵蓋了社會文化、經濟發展、生態環境、公共服務、交通出行、政府管理、住房和建造環境的內容,并不是單純的節能減排,綠色建筑、生態建筑等都是可持續建筑的一部分,但它們不是可持續建筑的全部??沙掷m建筑在強調效率同時更注重建筑對人類健康和環境的影響,它降低了因建筑引起的自然環境的污染,擴大了建筑物外部效應的作用范圍,不僅著眼于當前建筑物的能源利用效率,并放眼于未來考慮了建筑物對子孫后代的影響。
2 研究的范圍界定
由可持續建筑的概念界定可以看出,它是一個綜合、復雜、涵蓋面廣的概念。可持續建筑與科學技術、自然環境及社會意識之間的各個層面都具有理論上的關聯或重合。在空間范疇上具有與環境整體協調的特性,在時間范疇上具有全生命周期的特性,這些特性決定了可持續建筑的關注層面從宏觀來說可以是整個區域城市的范圍,從中觀來說可以是整片居住社區的范圍,從微觀來講又可以對單體建筑或建筑內某個具體空間進行研究。
本篇論文的研究以夏熱冬冷地區作為地域范疇,選取可持續建筑在居住社區整體層面的理解作為研究對象,對小區在整體層面上基于氣候分析的布局、朝向、遮陽、自然通風,能源資源利用,生態綠化,文化繼承等方面的可持續設計研究。
二、可持續建筑的自然觀
1 地域性傳統的建筑傾向
傳統地域性建筑在長時間內不斷的適應自然生態變化,與自然地理環境和地域氣候條件動態適應,逐漸形成了特定的建筑風格。例如夏季炎熱多雨的山區地區,干闌式建筑底層架空的設計,有效的避免了潮濕空氣對室內環境的濕度影響;在南方采用坡屋面小天井院落的房屋為多,原因在于較小的天井面積可減少建筑接受太陽輻射時間,一方面在夏季天井口的煙囪效應可保證優質的自然通風,另一方面雨水從坡屋面落入天井流暢的排出室外,相反在北方建筑中,需要較大的中庭面積才能保證冬季接受較長的日照時間。
建筑不僅是人們居住生活的地方,更是當地文化的承載地和凝聚地,建筑的人文環境及其所體現的文化內涵也是住區生態價值的重要體現。
如圖 2-1 所示,建筑的設計不能僅停留在技術應用層面,還需要充分考慮當地的人文因素,體現出繼承傳統的人文地域價值?,F代的地域性建筑不僅強調建筑外觀上的地域性,并強調當地材料和技術的應用,尊重地方文化,繼承和發展當地的傳統建筑施工技術、生產技術和建筑形制。
2 尊重自然環境的傾向
自然環境在人類事物中發揮著原動力的作用,人類發展史就是一部與自然相處的歷史。不同地方的自然環境對當地的物質文化和生產技術產生了不同的影響,但人們對與自然的敬畏是相同的,建筑空間環境依賴和順從于自然環境。 自古我國傳統村落的選址講究面水背山,坐北朝南。坡向和坡度大小會影響建筑的日照和自然通風,將房屋建在向陽的南面山坡上可使建筑受到較好的日照和自然通風。南坡是太陽照射最為直接,輻射量最大的坡向,也是物體投射陰影最短,遮蔽程度最小的坡向,因而南坡是冬季最暖和的地方;同時,南坡夏季具有較為舒適的東南風,而冬季由于山坡的阻擋,寒冷的西北風影響較小,故而保暖效果相對較好。
3 生物氣候建筑傾向
必須考慮地區內的氣候條件,根據地區內的氣候特征如太陽日照與太陽輻射、風向降水和濕度、氣溫等因素選取有利地形和建筑朝向,日照和通風也是可持續設計必須考慮的重要方面。
例如夏季通風和冬季防風對于住宅建筑的節能和舒適性提高具有重要意義,住區選址時應順應當地夏季主導風向,最大程度利用自然通風,盡量避開冬季主導風,以降低建筑耗熱,提高室內熱舒適度;同時,住區必須避開工業污染區,尤其不能設置在污染區風向的下游。一般而言,各地區冬夏季主導風向并不相同,則需要通過權衡判斷來解決通風與防風的問題。
通過土地的高效利用,優先采用被動式設計,有選擇的結合主動式設計。通過建筑平面的優化、材料和能源的節約、表皮優先和建立生態補償等設計策略達到建筑的可持續目標。
三、可持續建筑的技術觀
在可持續建筑技術方面,可采用以傳統為背景的低技術,也可采用以現代高新科學為背景的高技術,還可采用低技術結合高技術形成的較為經濟的中間技術來解決提高建筑資源、能源利用效率和降低環境影響等問題。但每一種技術的選擇都應基于項目的實際情況,根據低技術、中間技術、高技術的整合選擇適宜的技術路線。
1 低技術
由于低技術建筑是由地域與傳統建筑技術演化而來,因此其具有傳統原始建筑的生態性和可持續性,并在一定程度上延續了傳統建筑的形式美。在工業社會以前,生產力水平較低,人們在對自然環境的長期適應過程中自發地形成了具有地域特征的建筑技術。傳統建筑在形式上均表現出一定的適應當地自然氣候與地理環境的特征,從可持續的眼光來重新審視這些傳統技術和做法,其中許多都具有良好的節能環保作用。
在可持續建筑設計中,同樣可采用現代工業化以前的傳統建筑被動式手法來減少建筑受室外環境的影響,減小對自然系統的破壞。低技術在材料選擇和構造做法上充分考慮建筑技術的經濟性和在地性。從另一角度看,其也是對傳統建筑的繼承與延伸。低技術建筑幾乎不涉及現代昂貴的科技技術和高端材料,但在對地域性材料的運用和傳統材料的更新運用、選擇方面更巧用心機。
采用低技術的可持續建筑在前期建設階段投入資金相對較少,可在一定程度上降低建筑建造成本。同時,低技術建筑針對地域氣候、區域生活習慣的設計手法具有較強的地域性和傳承性,可應用在規模較小、空間跨度要求不高的建筑項目中。低技術采用地方材料和傳統技術結合的地域性設計手法,也可取得良好的降低能耗、保護生態環境和文化繼承的可持續效果。
2 中間技術
中間技術最初是由英國經濟學家(E. F. Schumacher)提出的,在他的著作《Small Is Beautiful》中闡述了適用于發展中國家的中間技術。高科技的使用往往需要很多的配套設施作為技術支撐,這些配套設施的建設對于經濟不發達地區不是一朝一夕就能完成的,但建筑技術低水平的重復已不能滿足現代人們日常的生活需求,因此需要在舊模式和新技術之間取得平衡,稱為中間技術。
中間技術彌補了傳統技術低效率和昂貴的進口建筑技術、設備之間矛盾,采用中間技術的建筑不需要耗費巨資,并在最大程度上采用當地的材料。另一方面,在建設過程中由于技術難度較小、施工復雜程度低、對施工管理人員教育層次的要求不高等因素,減小了項目施工的執行難度。盡可能的利用太陽能、地源能、風能等可再生能源,以此來適應環境的變化。中間技術是建立與建筑需求和經濟水平基礎上的,中間技術反映了一個地區的整體技術水平。
中間技術與廉價的傳統技術相比較,生產率較高,與資源密集的高技術相比較,成本較低。因此,中間技術概念的提出主要是針對發展中和落后國家,在相對低成本、低難度的前提下,實現了能源、資源的高效利用。
3 高技術
建筑中的高技術是充分利用一切可以利用的高新材料和新型技術來解決建設中所面臨的問題。對應新型技術的運用,在 20 世紀 50 年代后期產生了高技派(High-Tech),是在工業革命發生后建筑技術革命,帶來的建筑變革,并由此產生的新的建筑流派。其特點如下:(1)采用強度高、體量輕、用料少的新型材料,施工時便于靈活裝配提升建設速度;(2)結構固定情況下功能空間可自由變化,運用技術的合理運用和空間的靈活性以達到空間的多功能需要;(3)在建筑審美方面,應將技術性作為建筑外觀審美的決定因素,同時使高技術與傳統美學相結合以適應人們的生活習慣。
高技術建筑是一種以技術為主導的設計手法。從本質上看,高技術建筑(High-TechArchitecture)是建筑學理性思維和科學技術的交集;從形式表現上看,高技術建筑樂于在外觀上采用預制的裝配化、標準化構件以展現高新技術的現代科技感。高技術的應用上,充分利用現代高新科學技術方法來解決提高建筑資源、能源利用效率和降低環境影響等問題,高技術是建筑學學科范疇內理性思維和科學態度的最佳體現。
高技術建筑雖然在建設前期投入相對較高,但其后期使用運營回報率高,且技術指向性強。對技術和管理水平的要求較高,且高技術的可持續建筑中并不抵制低技術的使用。高技術的可持續建筑技術手段通常用于低技術和中間技術無法在空間、跨度、室內環境等功能性要求高的建筑物中。
四、可持續建筑的系統觀
1 全局性思維
可持續建筑的營造旨在平衡建筑與環境、社會、經濟三方面因素,在可持續觀念的指導下,將建筑營造行為納入“社會、經濟、環境、人類”的系統中,既實現社會價值又保護自然價值,促進人與自然的共同繁榮。由此可見,要實現可持續建筑,必須涉及學科領域交叉、跨越多層級尺度范疇、貫穿建筑壽命周期、涉及眾多相關主體、硬學科與軟學科共同支撐的整體系統。以全局性思維站在整體的角度看待建筑與環境,建筑不再完全以人類為中心,而是運用可持續價值觀,允許人類、動物、植物的正常利益在一個動態平衡的系統中相互作用。
2 交叉性思維
由于可持續建筑在理論上和實踐上的廣泛發展,技術策略的積累已有一定成果和經驗。同時建筑學科涉及的范圍較廣,且在技術應用上的層次不是概念性的一筆帶過。因此,在實際的建筑營造活動中,當這些普遍性的技術和理論與實踐的特殊性相遇需要有效率綜合的處理問題時,理論、技術與實踐之間的平衡就變得復雜起來。這時,不能單調的以某一純粹的技術角度來解決問題,需以學科之間交叉性的思維來解決和優化可持續建筑設計,考慮學科技術之間在整個建筑生命周期時間內的空間關聯性。例如,區域性的能源結構和自然資源的不同會在極大程度上動搖建筑策略的優先性、地方材料的生產和使用并不一定環保節能反而在破壞當地的自然環境,這需要建筑師、工程師們以交叉性思維和全面的眼光來考慮可持續建筑設計產生的矛盾性解決方案。
關鍵詞:可持續建筑;低碳設計;碳抵償措施
中圖分類號:S61 文獻標識碼:A 文章編號:
一、可持續建筑的定義發展
通常,可持續建筑與1987 年《布倫特蘭報告》中對于可持續發展的定義互相聯系,即“可持續發展是既滿足當代人的需求,又不對后代人滿足其需求的能力構成危害的發展稱為可持續發展?!钡强沙掷m發展的定義寬泛,常被批評為過于模糊。
可持續建筑沒有統一的定義,環保、生態、節能、綠色、生物和氣候適應性建筑,都被認為是可持續建筑的實現途徑。所有可持續建筑的實現途徑都關注兩大方面:一即“建筑設計需從根本上考慮與自然環境的關系,及對自然環境的影響”,二即“需減少建筑運行過程對石油燃料的依賴性”。
二、可持續建筑的低碳設計戰略
為了實現節能和減排的雙重目標,一種綜合性的可持續建筑發展戰略呼之欲出。此種戰略并不僅僅聚焦于技術層面,同時強調了行為轉變在建筑節能領域中的作用,而這點通常在中國的建筑行業被忽略。
1.低碳節能技術手段
建筑供暖、通風、制冷、空調系統(即HVAC 系統)和照明系統,占了建筑總能耗的絕大比例。低碳節能技術手段也聚焦于此,在維持建筑的熱平衡、保證照明舒適度的同時,采用現代先進科技和創新型產品,降低建筑能耗。
(1)維持建筑熱平衡
在建筑設計過程早期,應將當地氣候條件、太陽高度角、采光條件等考慮入設計概要中。建筑從屋頂、外墻到窗戶可應用智能玻璃立面、建筑遮陽設備、創新型隔熱產品等先進技術與材料,降低整個建筑的屋頂、外墻、窗洞等傳熱系數,從而減少住戶用于取暖和消暑的電費支出。
(2)照明設備與控制系統
照明設計應符合建筑照明標準的相關規定,使用高效節能的光源與燈具,并根據使用者的實際需求,設置適當的環境照明和任務照明。采用時控、光控或者智能控制器進行調光,在一個空間內依據用戶的需求與喜好,創造不同的場景,適應多功能的用途。智能調光系統在保證光環境舒適宜人的同時,也能提高用戶的工作效率,同時,最大限度地節省使用燈光,節省電力消耗,充分展示在照明運行環節最大限度挖掘節能減排的潛力。
2.可再生能源技術與建筑一體化設計
可再生能源技術與建筑一體化設計,即將建筑的使用功能與可再生能源的利用有機地結合在一起,形成多功能的建筑構件,使得建筑各部分的功能協調統一,達到令人滿意的節能和使用效果。如今,光熱建筑一體化、光伏建筑一體化、風能建筑一體化等技術,在建筑中的應用也越來越廣泛。但從目前來看,這些技術大多更適于整合于新建建筑中,而用于已建建筑的改造,還亟須技術改進。
(1)光熱建筑一體化
太陽能熱水器是目前我國太陽能熱利用的主要形式。除此之外,還可以將太陽能轉化后的熱能利用于制冷與空調,包括太陽能吸收式制冷、太陽能除濕式制冷、太陽能吸附式制冷等。但由于太陽能集熱器占地較多,在推廣中難免受到一些限制。
太陽能集熱器是太陽能轉化為熱能系統的重要組成部分,也是一體化設計中的重點內容。建筑設計需將太陽能集熱器作為建筑的組成元素,與建筑有機結合,保持建筑統一和諧的外觀,并與周圍環境相協調。在保證集熱效果的前提下,太陽能集熱器的設計安裝有著多種方式,包括在建筑屋面(平、坡屋面)、陽臺攔板、建筑立面等。其中,太陽能集熱器設置在平面屋頂上是最為簡單易行的設計方法,其優點是安裝簡單,可放置的集熱器面積相對較大,且可以調整集熱器的朝向,對于東西朝向的建筑極為便利。而太陽能集熱器設置在建筑外立面上會使建筑有一個新穎的外觀,能彌補屋面(尤其是坡屋面)上集熱器面積及安裝角度受限的缺陷。
(2)光伏建筑一體化
新建建筑采用光伏建筑一體化,可以達到更好的節能和碳減排效果。通過太陽能電池板將太陽能轉化為直流電能,再通過逆變器將直流電能轉換成交流電能,就能成為絕大多數家用電器的電能來源。但在實際應用上,將太陽能轉化為電能的太陽能電池片轉換效率目前僅為15%左右,即使采用聚光技術的電池片,最高轉換效率也只能達到35%左右。而許多辦公設備(比如筆記本電腦、打印機等),又要將交流電源轉換成直流電源,能量損失最高可達50%。事實上,大多數電氣設備,包括照明設備,都能依靠直流電有效工作而不需要交流電源。鑒于此,更多地使用直流分配網絡(DC distribution networks),可減小不必要的能量轉換,提高可再生技術的經濟效益。
從另一個角度看,目前使用太陽能電池板發電,相對于傳統煤炭等發電手段,價格依然比較昂貴。如果每千瓦時的電能價格能夠降低,那么將光伏產品用于建筑發電的低碳潛力巨大。隨著太陽能電池板生產量的擴大、生產技術的不斷成熟,光電轉換效率不斷在提高,太陽能電池板的價格也不斷在下降。現今的研發重點也聚焦于傳統晶硅電池片的替代品研究,采用不同基質材料(比如薄膜聚化物)嘗試光電轉換,使得CIGS 等各類低成本電池片的效率仍在提高。與此同時,專為建筑集成而開發的光伏組件雙面玻璃的封裝方式在逐漸流行,為建筑商將光伏組件直接組成玻璃幕墻,擴大電池片覆蓋建筑的面積,從而為提高電量輸出提供著新的設計思路與方法。這些都預示著光伏技術將成為可再生能源技術與建筑一體化設計中的重要一員。
(3) 風能建筑一體化
風能建筑一體化發電效率高、成本較低。小程機器,其應用價值還有爭議,而中程機器(5~50 kW),若裝置適當(如成為新型建筑或高層建筑的一部分),則貢獻巨大。比較典型的例子如2007 年6 月竣工的巴林世貿中心(WTC),3 個巨大的風力渦輪螺旋槳按照獨特的空氣動力學安裝到建筑中,每個直徑長達29m,每次工作,這3 個巨大的螺旋槳大約能給大樓提供11%~15%的電力,足夠給300 個家庭用戶提供1 年的照明用電。
3.意識提升與行為轉變
在很多情況下,意識提升對于實現節能和碳減排的目標,有著極大的促進作用,既節約成本,又行之有效。可持續建筑的擴展,需要利用政府立法和企業政策的影響力,提升建筑用戶的意識,促使行為轉變以實現節能。比如鼓勵建筑用戶,當離開房間的時候,關閉不必要的照明和電器設備,可以有效地減少電能消耗。又比如,在中國很多的商業建筑中,有近50%的能量用于供熱和制冷需求。如果在任何一座建筑中調整1 ℃的室內溫度變化,可在建筑年度能耗中,帶來非??捎^的節能效果。
4.碳抵償措施
碳抵償,即人們計算自己日?;顒又苯踊蜷g接制造的二氧化碳排放量,并計算抵消這些二氧化碳所需的經濟成本,然后付款給專門企業或機構,由他們通過植樹或其他環保專案、可再生能源工程等方式,抵消大氣中相應的二氧化碳量。建筑節能領域可以考慮推動碳抵償措施的實現。建筑在采取了高效能源管理、節能技術應用以及可再生能源利用等措施后,可以針對建筑全壽命期間的碳排放量進行合理的評估,采取一定的碳抵償措施,以實現更為顯著的碳減排效果。但值得注意的是,碳抵償仍舊富有爭議,自愿減排項目不僅缺乏統一認證標準,客觀上造成認證、監測的難度,還無法保證其真正實現項目所在地社區的可持續發展。因而,應該在前述措施都已有效開展后再考慮碳抵償措施。
關鍵詞:系統設計;可持續性;建筑設計
1我國可持續性建筑發展現狀
較之于國外先進國家,我國可持續性建筑的發展較晚,而且在新世紀以來也逐漸受到重視??沙掷m建筑的發展十分緩慢,這就致使可持續建筑設計沒有足夠的經驗,在生態環境利用與建筑材料選擇等方面沒有突出的表現。除此之外,我國關于可持續建筑設計的法律規范并不健全,這嚴重阻礙了可持續建筑設計的不斷發展。我國的建筑可持續發展情況并不樂觀,但在可持續發展戰略的重要指導之下,仍然取得了一定的進步,而且也在理論研究方面得到了一些成效,培養了一些專業設計人才,這為可持續性建筑的發展提供了一定的人才基礎。而且,我國可持續性建筑相關理念與法律等也逐漸完善,有關部門在不斷努力建立起合理、科學的評估與管理體系,從而使得可持續建筑設計的制度化與規范化等得以有效的實現。
2可持續性建筑的發展趨勢
2.1起點低、空間大
因為我國的可持續性建筑的發展起步較晚,并且缺乏相應的可以參考的經驗,所以其發展的起點較低,因此可持續性建筑設計的發展空間較大。而且,受到可持續發展戰略的影響,以及隨著區域人才資源與技術水平的積累與提高,會使得可持續建筑設計得以有效的發展,將其發展潛力有效的激發出來。
2.2階段化發展
和別的事物相同,可持續性建筑的不斷發展也需要一個較為漫長的過程,而且依據具體的發展水平情況,可以把這一發展使其分為不同的階段。就可持續性建筑設計而言,因為受到研究條件和技術水平的制約,所以在不同的發展階段,會產生不同水平的設計方案,但是一般而言這些設計方案的水平是不斷升高的,一直到最后設計出合理、科學的施工方案,因此,可持續性建筑通常會經歷不同的發展階段,然后取得較快的發展。
2.3發展過程中會出現很多矛盾問題
通常而言,可持續性建筑的發展基本上會和國家整體的經濟發展情況保持一致,所以在國家經濟發展水平較低的時候,可持續性建筑工程的發展也會存在一些問題,比如說:人們對可持續性建筑抱有較高的期待值,但因為國家整體經濟發展水平較低,兩者之間會產生一種矛盾,而這一矛盾也同樣是將來我國在可持續性建筑發展過程之中必須要予以解決的一個重要矛盾。
3環境系統設計分析
3.1環境系統設計的概念
環境系統主要指的是在開展可持續建筑設計的時候,把建筑工程整體和附近環境當做一個統一的動態發展體系,進而對整個系統開展設計工作。開展環境系統設計工作主要注重的是建筑和環境之間的一體性,所以工程設計師在開展可持續建筑設計的時候應該對建筑附近環境的科學規劃予以綜合性考慮。在環境系統設計之中所提及的環境通常包括兩個方面:人工環境與自然環境。自然環境指的是氣候、土地、水體、花草等自然因素;而人工環境指的是通過人工改造之后的環境,比如說:道路橋梁、廣場、樓房等城市基礎設施。除此之外,環境系統還包含建筑物之中的家具、裝飾等要素。所以建筑工程設計師在開展設計的時候,一定要對建筑整體、人工環境與自然環境分別進行設計,之后在將其予以融合,使得環境系統的設計得以有效實現。
3.2進行環境系統設計的必要性
在設計的理念而言,環境系統設計不同于傳統的建筑設計,其主要是從建筑物和環境的關系和建筑物的可持續發展情況等方面,對建筑物的環境展開分析的,這是建筑設計施工的一種新型理念,能夠有效的推動可持續建筑設計工作的發展。
3.2.1為可持續性建筑設計提供了新的思路
經過了數十年的不斷發展,建筑行業的設計思路雖然有了一定程度的改變,但是改變幅度不大,可以說建筑行業的設計思路被限制在一個固定的框架之中,慢慢僵化,這樣很難有效優化建筑工程的系統功能,所以也很難使得人們對建筑系統的要求得以有效的滿足。所以,有必要采取有效的措施轉變傳統的建筑工程設計思路。設計思路的轉變一定要與社會經濟整體發展的方向相符,現代社會可持續發展已經成為一種總趨勢,所以建筑設計也應該遵循可持續發展的思路。環境系統設計能夠有效幫助建筑設計師了解環境系統整體的特征,有助于工程設計師從整體著手進行可持續建筑的設計,進而有效避免傳統建筑設計與環境相脫離的弊端。除此之外,環境系統設計還應該與建筑內外部環境結合起來,進而使得建筑應用功能與可持續發展要求相協調。
3.2.2與我國社會經濟可持續發展戰略相符
可持續發展是當前提出的一個重要的發展戰略,這要求社會各個部門把環境保護與經濟發展相統一,從而用最小的資源代價獲得最高的經濟成果。環境系統設計主要的觀點是把環境和建筑予以整體結合,這與我國可持續發展要求相符。
4系統設計理念下的可持續性建筑設計
4.1系統設計理念對可持續性建筑設計的要求
在現代建筑行業之中可持續建筑是一種新型建筑設計理念,其充分發揮了建筑和附近環境的關系,在充分發揮建筑功能的基礎上,最大限度的發揮生態環境保護的作用,進而使得可持續發展得以有效實現。但是要實現可持續性建筑設計一定要堅持系統設計理念的重要指導,所以必須要堅持系統設計對其的要求,具體包括以下幾點:①可持續性建筑設計一定要僅僅圍繞著可持續發展這一目標,予以慎重考慮與科學安排??沙掷m建筑設計一定要堅持建筑的可持續發展,因為建筑設計時非常復雜的一項工程而且包含眾多階段,所以工程設計師應該在不同階段制定出相應的設計目標。除此之外,設計師還應該根據建筑的關鍵部位開展具體設計工作,提出科學的施工建設方案,切實有效的提高工程設計的效率,進而使得建筑總體目標得以有效的實現。②有效降低系統設計的復雜度。為了有效確保工程施工的效率,設計工程師一定要有效簡化建筑設計的程序,切實保證建筑設計的簡潔性與精確性。③切實有效提升可持續性建筑設計的可靠性。
4.2系統設計理念下的可持續性建筑設計要素
在開展系統環境設計的時候不僅應該對建筑與周圍環境的關系予以充分考慮,還應該考慮工程施工技術工序與施工環節等,所以在系統環境的設計理念之下開展可持續性建筑設計具有較高的難度,因此工程設計師應該充分了解可持續性建筑設計的要素。主要包括:①設計師應該把可持續建筑系統作為一個開放的、動態的系統,應該考慮到系統空間、時間變化與系統構成的增減情況,唯有如此設計師才可以把建筑和環境有效的融合起來,進而使得建筑可持續發展得以有效的實現。②工程設計師應該充分考慮建筑系統環境的時間變化性,從而進行適當的研究。③工程設計師應該對空間對建筑系統環境產生的影響予以充分的考慮。建筑系統環境空間可能會由于工程設計施工的變化而產生一定的變化,進而改變過去建筑與環境間的關系,所以建筑工程設計師應該充分考慮這一點,切實將建筑設計與空間變化情況相符。
5結束語
綜上所述,在現代社會建筑工程不僅應該滿足人們的基本居住要求,還應該與社會經濟可持續發展要求相符,所以一定要重視可持續性建筑,應該采取有效的措施切實保證建筑的可持續性發展。這需要充分考慮建筑附近環境,所以應該將系統設計理念當做可持續性建筑設計的一個重要指導思想,使其在建筑設計中發揮重要的功能。
參考文獻
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