生態(tài)理念在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

岳建文

(山西省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

作為一種新的文明范式，生態(tài)文明在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的地位越來(lái)越突出，生態(tài)文明的核心理念是強(qiáng)調(diào)人與自然環(huán)境的和諧相處，達(dá)到“依生之美”的境界。生態(tài)文明所倡導(dǎo)的“依生之美”不僅融入傳統(tǒng)的人文學(xué)科，其對(duì)應(yīng)用學(xué)科的影響也十分顯著，在建筑設(shè)計(jì)中所倡導(dǎo)的生態(tài)設(shè)計(jì)理念即是生態(tài)美學(xué)思想與建筑設(shè)計(jì)學(xué)的有機(jī)結(jié)合，而生態(tài)建筑也是未來(lái)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的最終方向。

1 生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)原則

生態(tài)建筑所體現(xiàn)的是系統(tǒng)化的技術(shù)集成，其融合了多種專(zhuān)業(yè)技術(shù)，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，生態(tài)建筑設(shè)計(jì)需遵循以下幾點(diǎn)原則。

1．1 以人為本原則

建筑產(chǎn)品的最終目的是服務(wù)于人的日常生活及工作，人是建筑的主體，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循以人為本的原則，以滿足人的交流、學(xué)習(xí)、健身、娛樂(lè)等活動(dòng)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)方案不得對(duì)人的生活質(zhì)量產(chǎn)生影響，不得影響到人的身體健康及應(yīng)用的便利性。建筑產(chǎn)品以其體量、格局、形態(tài)、功能等作為其外在表現(xiàn)形式，建筑活動(dòng)的主要目的是為人類(lèi)的生產(chǎn)、生活提供更為舒適的環(huán)境，并利用自然條件為人類(lèi)創(chuàng)造更加優(yōu)美的外部視覺(jué)景觀效果，滿足人的生理需求與心理需求。

1．2 重構(gòu)共生原則

生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)要具有重構(gòu)意識(shí)，利用建筑所在地的各種自然資源與社會(huì)資源，積極營(yíng)造一個(gè)人與建筑、人與自然和諧共生的氛圍。針對(duì)一些環(huán)境污染較為嚴(yán)重的地區(qū)，更要突出生態(tài)設(shè)計(jì)理念的重要作用。比如將有條件的污染源采用綠化措施改變成風(fēng)景怡人的公園，為生態(tài)建筑的建設(shè)提供更好的環(huán)境條件。生態(tài)化設(shè)計(jì)理念并非只是一個(gè)抽象性的概念，設(shè)計(jì)師要將自身改造自然界的能動(dòng)性充分發(fā)揮出來(lái)，將重構(gòu)、共生的理念融入到建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)其周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境予以改善，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)平衡。

1．3 因地制宜原則

所謂因地制宜即就地取材，將氣候因素、地形地勢(shì)等自然因素充分考慮進(jìn)來(lái)，充分尊重環(huán)境的生態(tài)價(jià)值及效益，將有價(jià)值的生態(tài)要素保留下來(lái)，最大程度上減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境與自然環(huán)境的和諧共生。因此設(shè)計(jì)過(guò)程中，要全面了解建筑場(chǎng)地周?chē)牡匦蔚孛病⒅脖凰摹⑷照铡⑼寥赖雀鱾€(gè)自然要素，分析建筑物對(duì)這些自然因素產(chǎn)生的負(fù)面影響，針對(duì)其本質(zhì)特性開(kāi)展建筑設(shè)計(jì)，保證建筑類(lèi)型與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境相得益彰，控制對(duì)自然環(huán)境的污染與破壞。

1．4 舊材料的回收與新型材料的開(kāi)發(fā)

生態(tài)理念下的建筑是生態(tài)系統(tǒng)的一部分，相應(yīng)的建筑所用的材料也要盡量做到回收利用，實(shí)現(xiàn)與生態(tài)系統(tǒng)的再次整合。如果住宅建筑結(jié)構(gòu)條件允許，盡量保留原有建筑，采取科學(xué)、合理的改建措施以適應(yīng)新功能，減少建筑材料的消耗;即使必須拆除舊有建筑，也要盡量保護(hù)磚石、鋼材、木料、板材等建筑材料的完整性，再根據(jù)實(shí)際情況回收利用，實(shí)現(xiàn)由建筑材料到新建筑的良性循環(huán)。

2 現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中生態(tài)理念的應(yīng)用實(shí)例

某綜合性建筑工程項(xiàng)目集商場(chǎng)、住宅為一體，總建筑面積55 000 m2，建筑高度39．6 m;地上建筑面積45 000 m2，地下建筑面積10 000 m2。項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期進(jìn)行了全方位的設(shè)計(jì)論證，詳細(xì)分析當(dāng)?shù)貧夂驐l件、能源狀況及建筑性質(zhì)，最后得出如下生態(tài)節(jié)能方案:分析建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性，改善其熱工性能;對(duì)太陽(yáng)輻射的影響做出改善;分析自然通風(fēng)及自然采光優(yōu)化的可行性;研究諸如水源熱泵、熱電聯(lián)產(chǎn)、太陽(yáng)能等新型生態(tài)能源系統(tǒng)應(yīng)用的可行性;將冰蓄冷技術(shù)、天然免費(fèi)冷源的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，利用電價(jià)峰谷差異降低運(yùn)行成本，提高工程的社會(huì)效益;對(duì)供熱系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在建筑內(nèi)部合理劃分空調(diào)區(qū)域，采用獨(dú)立分層空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)與啟停;采用大溫差冷凍水系統(tǒng)及地板輻射采暖系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制系統(tǒng)及運(yùn)行方式的優(yōu)化。具體措施如下。

2．1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本建筑項(xiàng)目中，為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，建筑的玻璃門(mén)窗、透明幕布等采用雙層中空Low-E鍍膜玻璃，Low-E鍍膜的位置視結(jié)構(gòu)的具體朝向而定，最大程度上滿足結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的功能。在不影響建筑立面的前提下，盡量增加非透明幕墻的面積，對(duì)窗、墻的面積比進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整。此外，對(duì)冷橋進(jìn)行精心、嚴(yán)格的處理。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Low-E鍍膜玻璃，可有效控制夏季太陽(yáng)輻射熱量進(jìn)入室內(nèi)，并在冬季減少室內(nèi)的熱量損失。采用固定或電動(dòng)的鋁合金翼板外遮陽(yáng)，與建筑外立面設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且建筑的立面質(zhì)感及空間層次感也有所改善，增加建筑整體的美感。針對(duì)面積較大的建筑空間，在其頂部及底部設(shè)置電動(dòng)控制的可開(kāi)啟外窗，保證室內(nèi)的自然通風(fēng);針對(duì)封閉的屋頂結(jié)構(gòu)層，在兩側(cè)設(shè)置同樣的電動(dòng)控制的通風(fēng)窗，夏季開(kāi)啟形成有效的自然通風(fēng)，最大程度上降低建筑的冷負(fù)荷。

2．2 空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)計(jì)

本工程空調(diào)系統(tǒng)的冷源設(shè)計(jì)，是在充分了解項(xiàng)目特點(diǎn)、當(dāng)?shù)刭Y源情況與能源價(jià)格的基礎(chǔ)上進(jìn)行全面分析，最終確定采用復(fù)合能源系統(tǒng)。整個(gè)空調(diào)冷源系統(tǒng)包括水源熱泵系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)、湖水換熱輔助冷源系統(tǒng)、市場(chǎng)熱力備用熱源系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。將這些系統(tǒng)科學(xué)、合理的結(jié)合在一起，既保證了建筑空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源需求，系統(tǒng)的能量消耗及運(yùn)行成本也得到有效控制。本工程四周有豐富的地表水資源，因此水源條件得天獨(dú)厚。當(dāng)水源熱泵處于制冷狀態(tài)時(shí)，冷卻水系統(tǒng)通過(guò)湖水進(jìn)行冷卻，可以取得優(yōu)于冷卻塔的冷卻效果，所以，與常規(guī)采用冷卻塔冷卻的水冷冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)相比，水源熱泵空調(diào)的COP值更高，至少可降低能耗5%～10%左右。當(dāng)水源熱泵處于制熱狀態(tài)時(shí)，由于熱泵僅需消耗搬動(dòng)熱能的功，可獲得4∶1的COP值，故節(jié)能效果十分明顯;與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比，其運(yùn)行成本至少可下降15%～20%，有效實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)。此外，在冬季及過(guò)渡季節(jié)，湖水換熱輔助冷源系統(tǒng)可以利用水源熱泵對(duì)建筑物外區(qū)供熱產(chǎn)生的冷水再實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)區(qū)制冷，這種天然冷源的有效應(yīng)用可有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗。市場(chǎng)熱力備用熱源系統(tǒng)也作為太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)的輔助熱源，冬季還可實(shí)現(xiàn)熱力供應(yīng)。

2．3 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的改善

通風(fēng)系統(tǒng)采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，可以獲得較低的送風(fēng)溫度，從而降低總送風(fēng)量的1/3左右，并至少降低10%的風(fēng)機(jī)電能。排風(fēng)與新風(fēng)利用全熱交換器進(jìn)行熱回收，可降低10%～20%的能量消耗。針對(duì)其他空調(diào)分區(qū)，采用獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)節(jié)開(kāi)啟數(shù)量;針對(duì)燈光散熱，可以采用分層空調(diào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)排風(fēng)和新風(fēng)通過(guò)熱交換進(jìn)行熱回收，至少可回收60%以上的燈光散熱。綜合大廳無(wú)需設(shè)置獨(dú)立系統(tǒng)，采用噴口射流送風(fēng)的形式，同樣，排風(fēng)與新風(fēng)利用全熱交換器進(jìn)行熱回收，以降低10%～20%的能量消耗。前庭及休閑區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的全空氣空調(diào)系統(tǒng)，靈活調(diào)節(jié)啟停數(shù)量以滿足實(shí)際需求。前庭設(shè)置低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，可降低1/3的能量消耗;為增加建筑環(huán)境的舒適度，可以沿落地玻璃幕墻設(shè)置地板條縫送風(fēng)口。其他小空間可采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)的模式進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行冷熱調(diào)節(jié)。本工程所有全空氣空調(diào)均采用雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模式，新風(fēng)比的調(diào)節(jié)利用控制焓值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡可能采用新風(fēng)冷量。

此外，空調(diào)水系統(tǒng)可以采用四管制系統(tǒng)模式，不僅可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)供冷供熱的要求，還可以防止由于冷熱中和導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。盡量提高供回水溫差，以降低輸配水量，控制初期建設(shè)投資，降低水泵功耗。

2．4 其他節(jié)能措施

設(shè)置太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)，白天利用太陽(yáng)能集熱板收集熱能，晚上可供使用;并輔以市場(chǎng)熱力備用熱源系統(tǒng)，可保證全天候熱水供應(yīng)。對(duì)建筑室內(nèi)燈光熱能進(jìn)行回收:本項(xiàng)目屬于綜合性建筑，會(huì)用到大量的照明設(shè)施，而照明設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如不加以處理不僅會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，而且會(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。因此設(shè)置中間媒質(zhì)熱回收系統(tǒng)可回收40%的燈光散熱。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合技術(shù)工程與藝術(shù)設(shè)計(jì)的綜合性專(zhuān)業(yè)，而對(duì)于生態(tài)節(jié)能建筑而言，其各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用只是手段，最終目的是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)目標(biāo)。生態(tài)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，要在充分考慮建筑功能及特點(diǎn)的前提下，以功能決定形式，實(shí)現(xiàn)建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)的完美結(jié)合，提高各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的針對(duì)性、系統(tǒng)性，將整個(gè)建筑及區(qū)域的建造、建筑全生命周期內(nèi)運(yùn)行的能源消耗、其對(duì)環(huán)境及區(qū)域生態(tài)鏈的影響控制在最小范圍內(nèi)，促使建筑融入生態(tài)循環(huán)中，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)人、自然、建筑的和諧與統(tǒng)一。

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