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

岳建文

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

作為一種新的文明范式，生態(tài)文明在人類社會發(fā)展過程中的地位越來越突出，生態(tài)文明的核心理念是強調(diào)人與自然環(huán)境的和諧相處，達到“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，其對應(yīng)用學(xué)科的影響也十分顯著，在建筑設(shè)計中所倡導(dǎo)的生態(tài)設(shè)計理念即是生態(tài)美學(xué)思想與建筑設(shè)計學(xué)的有機結(jié)合，而生態(tài)建筑也是未來建筑設(shè)計發(fā)展的最終方向。

1 生態(tài)建筑的設(shè)計原則

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

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)計過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、娛樂等活動為設(shè)計目標(biāo)。設(shè)計方案不得對人的生活質(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，建筑活動的主要目的是為人類的生產(chǎn)、生活提供更為舒適的環(huán)境，并利用自然條件為人類創(chuàng)造更加優(yōu)美的外部視覺景觀效果，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)計要具有重構(gòu)意識，利用建筑所在地的各種自然資源與社會資源，積極營造一個人與建筑、人與自然和諧共生的氛圍。針對一些環(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)計理念并非只是一個抽象性的概念，設(shè)計師要將自身改造自然界的能動性充分發(fā)揮出來，將重構(gòu)、共生的理念融入到建筑設(shè)計中，對其周圍的生態(tài)環(huán)境予以改善，實現(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、地形地勢等自然因素充分考慮進來，充分尊重環(huán)境的生態(tài)價值及效益，將有價值的生態(tài)要素保留下來，最大程度上減少對自然環(huán)境的破壞，實現(xiàn)建筑環(huán)境與自然環(huán)境的和諧共生。因此設(shè)計過程中，要全面了解建筑場地周圍的地形地貌、植被水文、日照、土壤等各個自然要素，分析建筑物對這些自然因素產(chǎn)生的負(fù)面影響，針對其本質(zhì)特性開展建筑設(shè)計，保證建筑類型與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境相得益彰，控制對自然環(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，也要盡量保護磚石、鋼材、木料、板材等建筑材料的完整性，再根據(jù)實際情況回收利用，實現(xiàn)由建筑材料到新建筑的良性循環(huán)。

2 現(xiàn)代建筑設(shè)計中生態(tài)理念的應(yīng)用實例

某綜合性建筑工程項目集商場、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。項目設(shè)計初期進行了全方位的設(shè)計論證，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:分析建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性，改善其熱工性能;對太陽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)、天然免費冷源的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，利用電價峰谷差異降低運行成本，提高工程的社會效益;對供熱系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化，在建筑內(nèi)部合理劃分空調(diào)區(qū)域，采用獨立分層空調(diào)系統(tǒng)，實現(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)，并實現(xiàn)各個控制系統(tǒng)及運行方式的優(yōu)化。具體措施如下。

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

本建筑項目中，為保證圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，建筑的玻璃門窗、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，對窗、墻的面積比進行優(yōu)化、調(diào)整。此外，對冷橋進行精心、嚴(yán)格的處理。圍護結(jié)構(gòu)采用Low-E鍍膜玻璃，可有效控制夏季太陽輻射熱量進入室內(nèi)，并在冬季減少室內(nèi)的熱量損失。采用固定或電動的鋁合金翼板外遮陽，與建筑外立面設(shè)計相結(jié)合，不僅可實現(xiàn)節(jié)能的設(shè)計目標(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。針對面積較大的建筑空間，在其頂部及底部設(shè)置電動控制的可開啟外窗，保證室內(nèi)的自然通風(fēng);針對封閉的屋頂結(jié)構(gòu)層，在兩側(cè)設(shè)置同樣的電動控制的通風(fēng)窗，夏季開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

本工程空調(diào)系統(tǒng)的冷源設(shè)計，是在充分了解項目特點、當(dāng)?shù)刭Y源情況與能源價格的基礎(chǔ)上進行全面分析，最終確定采用復(fù)合能源系統(tǒng)。整個空調(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)、市場熱力備用熱源系統(tǒng)等多個子系統(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厚。當(dāng)水源熱泵處于制冷狀態(tài)時，冷卻水系統(tǒng)通過湖水進行冷卻，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，由于熱泵僅需消耗搬動熱能的功，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，其運行成本至少可下降15%～20%，有效實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)。此外，在冬季及過渡季節(jié)，湖水換熱輔助冷源系統(tǒng)可以利用水源熱泵對建筑物外區(qū)供熱產(chǎn)生的冷水再實現(xiàn)對內(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。市場熱力備用熱源系統(tǒng)也作為太陽能生活熱水系統(tǒng)的輔助熱源，冬季還可實現(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)機電能。排風(fēng)與新風(fēng)利用全熱交換器進行熱回收，可降低10%～20%的能量消耗。針對其他空調(diào)分區(qū)，采用獨立的空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)實際需要靈活調(diào)節(jié)開啟數(shù)量;針對燈光散熱，可以采用分層空調(diào)系統(tǒng)來實現(xiàn)，并對排風(fēng)和新風(fēng)通過熱交換進行熱回收，至少可回收60%以上的燈光散熱。綜合大廳無需設(shè)置獨立系統(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)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的模式進行空氣調(diào)節(jié)，根據(jù)實際情況進行冷熱調(diào)節(jié)。本工程所有全空氣空調(diào)均采用雙風(fēng)機系統(tǒng)模式，新風(fēng)比的調(diào)節(jié)利用控制焓值的方法來實現(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，不僅可以實現(xiàn)同時供冷供熱的要求，還可以防止由于冷熱中和導(dǎo)致的能源浪費。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)置太陽能生活熱水系統(tǒng)，白天利用太陽能集熱板收集熱能，晚上可供使用;并輔以市場熱力備用熱源系統(tǒng)，可保證全天候熱水供應(yīng)。對建筑室內(nèi)燈光熱能進行回收:本項目屬于綜合性建筑，會用到大量的照明設(shè)施，而照明設(shè)備會產(chǎn)生大量熱量，如不加以處理不僅會導(dǎo)致能源浪費，而且會增加空調(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

建筑設(shè)計是一項綜合技術(shù)工程與藝術(shù)設(shè)計的綜合性專業(yè)，而對于生態(tài)節(jié)能建筑而言，其各項技術(shù)應(yīng)用只是手段，最終目的是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計目標(biāo)。生態(tài)建筑設(shè)計過程中，要在充分考慮建筑功能及特點的前提下，以功能決定形式，實現(xiàn)建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)的完美結(jié)合，提高各項技術(shù)應(yīng)用的針對性、系統(tǒng)性，將整個建筑及區(qū)域的建造、建筑全生命周期內(nèi)運行的能源消耗、其對環(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，促進生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展，真正實現(xiàn)人、自然、建筑的和諧與統(tǒng)一。

［1］鄒永華，宋家峰．關(guān)于生態(tài)建筑的哲學(xué)思考［J］．建筑學(xué)報，2012，13(12):55-57．

［2］趙晶晶．城市建筑設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展性［J］．美術(shù)大觀，2012，21(4):13-14．

［3］吳 彬，齊青萍．中國傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代設(shè)計［J］．藝術(shù)與設(shè)計(理論)，2010，5(3):89-90．