生態(tài)建筑學(xué)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

文／湯海鳴 中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 湖南長沙 410000

引言：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高和物質(zhì)生活條件的不斷提高，對房屋建筑設(shè)計提出了更高的要求。近年來，將生態(tài)意識融入建筑設(shè)計越來越受到重視。這不僅代表了人們對生態(tài)破壞的認(rèn)識和對生態(tài)破壞的補(bǔ)償，也表明建筑設(shè)計順應(yīng)時代的發(fā)展提出了更高的要求，因為居住空間的大小已經(jīng)關(guān)系到人文關(guān)懷、舒適度和宜居性。

1、建筑節(jié)能設(shè)計的影響因素和涉及問題

1.1 影響因素

實際開展節(jié)能設(shè)計的過程中，諸多因素制約了節(jié)能設(shè)計的運(yùn)用開展，包括工作人員的專業(yè)技能、新能源的使用技術(shù)、投入成本等，這些因素在設(shè)計中都起著至關(guān)重要的作用。首先，我國建筑行業(yè)引入節(jié)能設(shè)計理念的實戰(zhàn)經(jīng)驗少，專業(yè)人員不足，大部分設(shè)計工作人員沒有參加過專業(yè)培訓(xùn)，制約了節(jié)能設(shè)計的有效投入運(yùn)用。其次，新能源的使用直接關(guān)乎到建筑對環(huán)境的影響程度。現(xiàn)在使用的多為太陽能、風(fēng)能等部分可再生資源。除此之外，建筑成本也是制約民用建筑的另一重要因素。

1.2 涉及問題

在使用建筑過程中，大量的能源被耗費(fèi)，給環(huán)境帶來沉重負(fù)擔(dān)。隨著人們環(huán)保意識的日漸提升，大家對建筑的安全要求也逐漸提高。為了達(dá)到這一高質(zhì)量水平，建筑行業(yè)需要耗費(fèi)資源開展安全保證工作，從而也造成了大量的建筑能耗。另外，因為我國對節(jié)能環(huán)保理念提倡得較晚，致使建筑節(jié)能方式相較于其他國家存在一定差距。例如，在民用建筑物的供暖方面，集中供暖仍然是最主要的取暖途徑，而這種供暖方式是采用煤炭和天然氣供暖。因為煤炭在使用過程中常常發(fā)生燃燒不完全的情況，所以造成了煤炭資源的浪費(fèi)問題。近年來，大量的供暖能源由煤炭轉(zhuǎn)換為天然氣，大氣污染有所緩解，但能耗依舊很高。只有解決建筑節(jié)能方式落后的問題，提高能源的有效利用率，才能推動建筑節(jié)能設(shè)計的使用以及發(fā)展。

2、生態(tài)建筑設(shè)計的必要性

生態(tài)建筑設(shè)計是改善生態(tài)環(huán)境的重要手段。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境逐漸被破壞，生態(tài)建筑學(xué)和生態(tài)建筑也逐漸引起了人們的關(guān)注。生態(tài)建筑學(xué)是指依托現(xiàn)代化技術(shù)對建筑物進(jìn)行生態(tài)化設(shè)計，從而使建筑物的植被、陽光、排水和通風(fēng)能夠更加合理化，實現(xiàn)建筑物的自然調(diào)節(jié)，為居住者打造更加宜人的居住環(huán)境。生態(tài)建筑對相關(guān)工作人員的綜合素質(zhì)水平要求較高，只有通過多學(xué)科知識的交叉和融合，才能保證生態(tài)建筑設(shè)計的科學(xué)性。發(fā)達(dá)國家很早就認(rèn)識到生態(tài)建筑研究的重要性，并且積極開展相關(guān)研究工作，形成了很多優(yōu)秀的理念和方法。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的生態(tài)建筑研究領(lǐng)域還存在一些不足，相關(guān)部門應(yīng)該借鑒發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的理念，并且結(jié)合我國實際情況，樹立科學(xué)的生態(tài)建筑理念。生態(tài)建筑不僅能夠改善生態(tài)環(huán)境，還具有經(jīng)濟(jì)回報率高、使用壽命長、技術(shù)要求高等特點。為了使建筑物在生態(tài)和功能上達(dá)到統(tǒng)一，相關(guān)部門應(yīng)該做好監(jiān)督管理工作，提高施工技術(shù)水平，積極采用節(jié)能環(huán)保材料，拓展生態(tài)建筑設(shè)計思路。此外，相關(guān)部門在生態(tài)建筑設(shè)計工作中，還應(yīng)該因地制宜，綜合分析水土、溫度、濕度、地形等因素，制訂合理的設(shè)計方案，選擇合適的搭建技術(shù)，保證生態(tài)建筑的實用性和生態(tài)性。因此，生態(tài)建筑設(shè)計具有至關(guān)重要的作用。

3、綠色建筑設(shè)計理念在建筑設(shè)計中的整合與運(yùn)用原則

3.1 人本性

建筑工程建設(shè)的主要目的便是滿足人們的居住需求，在開展建筑物設(shè)計的過程中，設(shè)計者必須要嚴(yán)格遵循美學(xué)規(guī)律、心理學(xué)規(guī)則、風(fēng)水學(xué)理念，對工程建筑的各項因素開展細(xì)化分析，以便切實有效地滿足廣大用戶的居住需求，為用戶營造出舒適、健康、自然的居住空間?；诰G色建筑設(shè)計理念開展建筑設(shè)計，必須要貫徹以人為本的原則，做好建筑工程人性化設(shè)計，切實滿足“人本性”要求。工程設(shè)計師應(yīng)該有針對性地開展設(shè)計，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，科學(xué)進(jìn)行調(diào)研，選擇契合本地人們生活方式的建筑設(shè)計方案，就地取材，減少建材運(yùn)輸成本，在保障建筑應(yīng)用水平的同時，減少工程造價，滿足廣大用戶們的居住需求。

3.2 環(huán)保性

在工程建設(shè)的過程中會應(yīng)用到大量的能源、材料，并且會產(chǎn)生相對較多的建筑垃圾，若這些建筑垃圾無法第一時間進(jìn)行高效處理，那么則會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在我國社會環(huán)境日漸進(jìn)步的當(dāng)下，人們更加注重環(huán)境保護(hù)工作。為了滿足社會對綠色建筑的需求，建筑工程設(shè)計者必須要在綠色建筑設(shè)計理念應(yīng)用時，全面貫徹環(huán)保性，在工程設(shè)計各個環(huán)節(jié)進(jìn)行環(huán)保性設(shè)計，切實有效地減少能源、建筑材料浪費(fèi)問題，堅持節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)工程與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，切實減少不必要的浪費(fèi)，提升資源利用效率。

3.3 地域性

建筑工程設(shè)計必須要考慮到地域性特點，結(jié)合工程建設(shè)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、水文條件，做好各個環(huán)節(jié)的建筑設(shè)計內(nèi)容，充分考慮該地區(qū)是否適宜人們居住，更好地穩(wěn)步推進(jìn)建筑工程設(shè)計。我國地大物博，不同地區(qū)的氣候環(huán)境、地質(zhì)水文都存在差異，所以在進(jìn)行工程設(shè)計之前，應(yīng)該充分對當(dāng)?shù)氐乃?、氣候、地質(zhì)環(huán)境、土壤情況等各項內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計?？紤]好地域地理特點，為建筑設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。

4、生態(tài)建筑學(xué)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 朝向設(shè)計

朝向設(shè)計是生態(tài)建筑設(shè)計中的重要組成部分，而建筑物所在的經(jīng)緯度和太陽直射角度會影響朝向設(shè)計工作。因此，生態(tài)建筑設(shè)計人員應(yīng)該進(jìn)行精密數(shù)據(jù)計算，確保建筑物朝向設(shè)計的合理性?？茖W(xué)的朝向設(shè)計能夠提高建筑物內(nèi)的光照程度，從而減少空調(diào)及電燈的使用，在一定程度上達(dá)到了節(jié)能減排的目的。與此同時，合理的朝向還能夠保證室內(nèi)空氣流通，加速衣物風(fēng)干的速度，從而減少了烘干設(shè)備的使用，節(jié)約了電能。在進(jìn)行朝向設(shè)計時，生態(tài)建筑設(shè)計人員應(yīng)該詳細(xì)調(diào)查建筑物的周邊環(huán)境，精確測量建筑物之間的距離，確保建筑物室內(nèi)每個房間的采光需求都能夠得到滿足。例如，為了提高建筑物的光能和風(fēng)能的利用率，生態(tài)建筑設(shè)計人員可以增加豎向的遮陽格柵欄，或者增大窗戶面積，以提高居住舒適性，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

4.2 完成建筑物的整體布局設(shè)計

節(jié)能設(shè)計需要融入到整體的建筑設(shè)計中去，這樣才可以實現(xiàn)整體的建筑節(jié)能設(shè)計布局。設(shè)計人員在進(jìn)行民用建筑外部環(huán)境設(shè)計時，需要盡可能地利用當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境優(yōu)勢，比如在透風(fēng)且光照充足的地方建設(shè)建筑物，這樣可以充分利用太陽能、風(fēng)能等可再生資源，從而減少建筑內(nèi)部的電能使用，達(dá)到節(jié)能的效果。因此，設(shè)計人員必須認(rèn)真勘查建筑物所在地的氣候條件，清晰掌握當(dāng)?shù)氐墓庹?、通風(fēng)情況，只有這樣，才可以最大程度地利用自然資源，合理實現(xiàn)建筑節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。除了可以通過自然資源開展節(jié)能設(shè)計之外，設(shè)計人員還可以通過合理節(jié)省土地使用來達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。例如，采取科學(xué)方式縮減建筑物間的距離可以起到節(jié)約土地使用面積的方式，提升土地資源的利用率，同時保證建筑物的質(zhì)量。與此同時，在開展建筑物內(nèi)部空間設(shè)計時，可以充分利用地下空間面積，比如將機(jī)房、超市、儲藏室等都布局在地下，這樣可以提升建筑物的內(nèi)部空間使用率。另外，居住用房可以考慮設(shè)計全開放式的客廳、廚房，這樣在提升居住房屋的使用空間的同時，內(nèi)部通風(fēng)和采光效果也得到了提升。

4.3 合理使用水資源和冷暖資源

在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫降闹T多資源里，水資源是十分關(guān)鍵的一項資源。因此，在進(jìn)行民用建筑設(shè)計過程中，設(shè)計人員需用針對水資源進(jìn)行科學(xué)合理的節(jié)能設(shè)計，盡可能減少水資源的浪費(fèi)。例如，設(shè)計人員可以在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時，將污水回收系統(tǒng)融入到建筑設(shè)計里，將生活污水、廢水統(tǒng)一收集起來，采取污水凈化措施，從而實現(xiàn)污水廢水再利用。除此之外，設(shè)計人員還可以考慮增加人工濕地的設(shè)計，將生活污水排放到人工濕地，不僅解決了污水處理問題，也為城市增加了一片綠植，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。設(shè)計人員在充分利用水資源的同時，還需要綜合考慮冷暖資源的科學(xué)合理使用。由于現(xiàn)在居民大多采取冷暖空調(diào)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，通常是白天晚上都在使用空調(diào)，這在一定程度上造成了電能資源的耗費(fèi)。所以，設(shè)計人員可以在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時，將建筑智能化使用引入到設(shè)計方案中，實現(xiàn)智能化控制建筑內(nèi)部問題，保持室溫穩(wěn)定在適宜溫度狀態(tài)。

4.4 建筑水資源循環(huán)設(shè)計

建筑在使用過程當(dāng)中，對于水的消耗量也是極其巨大的，但地球的水資源有限，而且其自然循環(huán)過程較慢，所以在綠色理念下，必須要控制和減少建筑對水資源的消耗，為此可以進(jìn)行建筑水資源循環(huán)設(shè)計。例如，可以設(shè)計專門的雨水回收利用系統(tǒng)、中水系統(tǒng)，使用節(jié)水器具、設(shè)備，對雨水、廢水進(jìn)行收集、處理，然后再用于植物澆灌等二次使用，避免對水資源的過度消耗、浪費(fèi)。

4.5 合理應(yīng)用各類綠色建筑材料

綠色理念下的建筑設(shè)計，不僅要考慮建筑在使用過程當(dāng)中的節(jié)能，同時還要考慮建筑在建設(shè)、施工過程當(dāng)中，對于環(huán)境的保護(hù)，為此合理應(yīng)用各類綠色建筑材料就顯得尤為必要。不論是在生產(chǎn)過程當(dāng)中，還是在施工乃至后期的使用過程當(dāng)中，傳統(tǒng)建筑材料都存在較大的環(huán)境污染問題，而且對建筑能源的消耗量較大，顯然這是并不符合綠色、環(huán)保要求的。因此在當(dāng)前的綠色理念建筑設(shè)計下，應(yīng)當(dāng)規(guī)避這樣的情況，加強(qiáng)對新式綠色材料的使用，以此減少建筑可能對環(huán)境造成的破壞，降低能源消耗。目前不論是墻體建設(shè)、玻璃、管材以及水泥等，都有相應(yīng)的綠色建筑材料可供選擇，其在性能上滿足建筑建設(shè)的需求，并且在生產(chǎn)中、施工中可能帶來的環(huán)境污染更少，建成后的建筑能耗也會明顯的減少。

4.6 尊重個性，因地制宜

所謂的因地制宜就是要依托自然環(huán)境，在考慮到當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境因素基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑設(shè)計，這樣的設(shè)計方式能夠減少環(huán)境的破壞，還能夠讓環(huán)境更好地為人們服務(wù)。也正因如此，建筑項目建設(shè)前，相關(guān)單位需熟知建設(shè)地和周遭自然環(huán)境，充分發(fā)揮自然環(huán)境的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，確保項目建設(shè)質(zhì)量。例如，旅游業(yè)周圍的建筑既能夠充分利用生態(tài)環(huán)境，獲取更多的經(jīng)濟(jì)收益和社會收益，還能夠大大降低人們生活給景區(qū)帶來的負(fù)面作用。此外，大功率使用能源功能性建筑設(shè)計也要遵循因地制宜原則。把這類建筑的建設(shè)地選在資源儲備量、種類較為豐富的區(qū)域，使用風(fēng)能等可再生能源，充分發(fā)揮了生態(tài)建筑的優(yōu)勢。可是我們必須注意到，高污染化工類建筑需將建筑地選在離人群、水源、自然資源較遠(yuǎn)的區(qū)域，以降低污染給環(huán)境造成的不利影響，且生產(chǎn)期間需做好排放物的處理工作，排放物經(jīng)處理滿足排放要求后才能排放。總體來說，項目施工期間需要考慮到項目特征和環(huán)境因素，遵循因地制宜這一原則，以實現(xiàn)建筑和生態(tài)環(huán)境的共贏，促使二者能夠良性發(fā)展。

4.7 屋面的節(jié)能設(shè)計

屋面的節(jié)能設(shè)計是建筑物整體節(jié)能設(shè)計非常重要的一個環(huán)節(jié)。以往開展的屋面節(jié)能設(shè)計，通常是在屋面上安裝一層保溫層。而采用的施工材料多為吸水性能差的防水材料，起到防滲漏的作用。這種保溫材料因其密度小、設(shè)計簡單，從而得到廣泛使用，但是這種材料也存在弊端。保溫層材料的質(zhì)量受其厚度制約，材料保溫效果好，則其厚度就越大，耗費(fèi)成本就越多。但是采用屋面綠化的節(jié)能設(shè)計方式，通過綠化起到降低熱島效應(yīng)，實現(xiàn)屋面隔熱保溫的作用，從而不僅解決了居民的保溫要求，還能夠增加城市綠化面積，降低建筑成本開支。

4.8 外門窗節(jié)能設(shè)計

在建筑能耗耗損中，外門窗屬于能耗損失最多的位置，在整體能耗散失中占據(jù)了很大的比例。因此，設(shè)計人員在進(jìn)行該部位設(shè)計時，需要在確保外門窗的功能基礎(chǔ)上，較大程度地降低外門窗的開口面積，以達(dá)到降低能耗的效果。由于目前并未設(shè)置統(tǒng)一的外門窗節(jié)能材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，所以設(shè)計人員需要結(jié)合建筑物當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r確定適宜的建筑材料。例如，北方氣候偏冷，外門窗材料選擇時多采用塑鋼材料門窗，這種材料能夠規(guī)避金屬窗的冷橋現(xiàn)象發(fā)生。如果建筑物位于四季氣候較為顯著的地區(qū)，那么在選擇材料時，多推薦使用鍍膜玻璃和中空玻璃，這兩種材料能夠適應(yīng)四季冷熱交替的氣候條件?？傮w來說，設(shè)計人員在進(jìn)行外門窗節(jié)能設(shè)計過程中，需要綜合多種因素考慮，選擇適宜的外門窗材料進(jìn)行建筑設(shè)計，既能滿足居住使用需求，也起到節(jié)能環(huán)保的目的。

4.9 建筑智能化、數(shù)字化設(shè)計

在實踐中，無論是簡單的建筑結(jié)構(gòu)形式還是復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)形式，面對當(dāng)前日益增長的市場需求，整體設(shè)計難度在不斷增大。在應(yīng)對復(fù)雜設(shè)計時，滿足低碳設(shè)計理念，要積極利用計算機(jī)信息技術(shù)、BIM技術(shù)等新興數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，通過構(gòu)建智能設(shè)計框架系統(tǒng)，以建設(shè)項目為目標(biāo)，對設(shè)計方案和建筑信息模型進(jìn)行直觀展示，便于設(shè)計師調(diào)查和對比分析設(shè)計方案，探討方案是否符合低碳建筑的價值。建筑智能化設(shè)計可以從樓宇控制系統(tǒng)入手，進(jìn)行節(jié)能減排，這對低碳理念在實際項目中的應(yīng)用具有很高的借鑒價值，設(shè)計單位應(yīng)該從資金和技術(shù)人才等方面給予有效支持。

4.10 合理使用再生資源和新能源

節(jié)能設(shè)計的核心是科學(xué)合理地運(yùn)用新能源和可再生資源，實現(xiàn)建筑物節(jié)能環(huán)保的效果。因此，設(shè)計人員需要結(jié)合建筑物所在地的自然環(huán)境情況，將可以使用的資源充分運(yùn)用到建筑設(shè)計中去，不僅需要將普遍使用的太陽能、風(fēng)能等充分利用起來，還需要考慮其他的節(jié)能資源，如潮汐能等等。新能源是建筑節(jié)能設(shè)計中至關(guān)重要的構(gòu)成內(nèi)容，太陽能和風(fēng)能當(dāng)前已普遍應(yīng)用于建筑中。例如，太陽能可以提供加熱供暖，建筑內(nèi)的洗浴熱水供應(yīng)大部分都是由太陽能提供的。而風(fēng)可以代替煤炭用于電力供應(yīng)，從而起到節(jié)省資源保護(hù)環(huán)境的作用。另外，一些新能源也已經(jīng)用于建筑節(jié)能設(shè)計中。作為綠色環(huán)保的新型能源，一方面可以降低建筑內(nèi)部的污染程度，從而有利于維護(hù)居民的身體健康。另一方面新能源的投入使用，一定程度上緩解了可再生資源的供應(yīng)緊張狀況，從而推動了節(jié)能設(shè)計在建筑設(shè)計中的使用開展，也進(jìn)一步提高了人們的環(huán)保節(jié)能意識。通過在建筑設(shè)計過程中引入可再生資源和新能源，也為居民創(chuàng)造了節(jié)能環(huán)保的舒適居住環(huán)境[4]。

結(jié)束語：

人們隨著生活水平的提升，生態(tài)意識越來越強(qiáng)烈，人們的思想隨著社會的發(fā)展而改變，這樣的轉(zhuǎn)變展現(xiàn)在眾多方面。以后的世界只會越發(fā)重視生態(tài)和環(huán)保，為實現(xiàn)人和自然和諧相處可持續(xù)發(fā)展這一目標(biāo)，建筑設(shè)計也要加大節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)和諧的力度，從而在一定程度上提升人們的生活水平，使房屋建筑更適宜人們的居住。設(shè)計人員在開展建筑節(jié)能設(shè)計過程中，需要綜合建筑物所在地的氣候、環(huán)境、人文風(fēng)俗習(xí)慣等多方面進(jìn)行考慮分析，安排好節(jié)能環(huán)保需求的建筑材料、建筑布局設(shè)計以及可再生資源、新能源等的利用，在實際運(yùn)用中真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。