建筑設(shè)計(jì)中的可持續(xù)性原則與環(huán)境適應(yīng)性研究

李立

安徽省金田建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 安徽 合肥 231600

可持續(xù)性原則和環(huán)境適應(yīng)性在建筑設(shè)計(jì)中起著重要作用。可持續(xù)性原則追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的平衡，通過(guò)減少能源消耗、水資源管理、廢物降低和再利用以及采用可再生能源等措施，實(shí)現(xiàn)建筑的高效能耗和低碳排放。而環(huán)境適應(yīng)性則注重主動(dòng)考慮當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的特征和條件，包括充分利用自然光線和通風(fēng)、減少對(duì)空調(diào)和供暖系統(tǒng)的依賴、利用地形和植被來(lái)調(diào)節(jié)溫度和能量消耗，從而提高建筑的舒適性和能源效率，并減少對(duì)外部環(huán)境的不良影響。

1 可持續(xù)性原則在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 低碳排放設(shè)計(jì)

首先，采用高效能源系統(tǒng)是至關(guān)重要的。這意味著選擇和整合能效較高的設(shè)備和技術(shù)，例如高效的供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。通過(guò)使用先進(jìn)的控制系統(tǒng)和智能化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的有效管理和優(yōu)化，從而減少不必要的能源損耗。例如，使用自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)外溫度和人員活動(dòng)情況進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，避免能源浪費(fèi)。其次，節(jié)能設(shè)備也是低碳排放設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。這包括使用能效較高的照明設(shè)備、電器和其他電子設(shè)備。以LED照明為例，相比傳統(tǒng)白熾燈泡，LED照明具有更高的能源利用效率和更長(zhǎng)的壽命。此外，在辦公設(shè)備和家用電器的選擇上，應(yīng)優(yōu)先考慮能效標(biāo)簽評(píng)級(jí)較高的產(chǎn)品。同時(shí)，使用節(jié)能模式和自動(dòng)關(guān)機(jī)功能也是減少耗電量的有效方法。

除了設(shè)備和技術(shù)，建筑本身的設(shè)計(jì)和材料選擇也能對(duì)低碳排放產(chǎn)生重要影響。優(yōu)化建筑外觀和形態(tài)，考慮采用絕緣材料和高效保溫系統(tǒng)，可以減少熱量損失和能源浪費(fèi)。同時(shí)，在建筑材料的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選用可再生材料或回收再利用的材料，降低對(duì)有限資源的依賴，并減少碳排放。

1.2 建筑材料選擇

在可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)中，選擇合適的建筑材料是至關(guān)重要的，因?yàn)樗梢燥@著影響建筑的環(huán)境性能和可持續(xù)性。

首先，選擇可再生材料是一種重要的策略?？稍偕牧鲜侵改切┠軌蛞钥沙掷m(xù)方式生長(zhǎng)和再生的材料，如竹子、再生木材、麻材等。與傳統(tǒng)的非可再生材料相比，使用可再生材料可以減少對(duì)有限資源的依賴，并降低環(huán)境影響。這些材料的生長(zhǎng)過(guò)程通常消耗較少的能源和水資源，且可以迅速再生。此外，這些材料通常具有較低的碳足跡，并能夠有效地吸收二氧化碳。通過(guò)選用可再生材料，可以推動(dòng)可持續(xù)林業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)。

其次，回收利用材料也是一種重要的選擇。這包括利用廢棄物材料或通過(guò)再循環(huán)過(guò)程將廢舊材料轉(zhuǎn)化為新材料?；厥绽貌牧嫌兄跍p少垃圾填埋量和資源消耗，并促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐。通過(guò)回收利用廢棄物材料，可以最大限度地延長(zhǎng)材料的使用壽命，并減少對(duì)原始資源的需求。例如，使用再生混凝土可以減少對(duì)原始石材和水泥的需求，同時(shí)減少碳排放。此外，回收利用還可以鼓勵(lì)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型。

除了可再生材料和回收利用材料，還應(yīng)考慮其他方面的材料選擇。這包括優(yōu)先選擇具有較低環(huán)境影響的材料，如低能耗材料、低揮發(fā)性有機(jī)化合物材料和無(wú)毒材料。此外，需要綜合考慮材料的生命周期成本和環(huán)境影響，從采購(gòu)、使用到處理的整個(gè)過(guò)程，評(píng)估材料的可持續(xù)性表現(xiàn)。

1.3 水資源管理

在建筑設(shè)計(jì)中，合理管理水資源是可持續(xù)性原則的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采取多項(xiàng)措施來(lái)有效管理水資源。

首先，安裝節(jié)水裝置是非常關(guān)鍵的步驟。通過(guò)使用低流量的水龍頭、淋浴噴頭和廁所沖洗系統(tǒng)，可以顯著減少用水量，同時(shí)確保正常的生活需求。例如，使用帶有節(jié)水器的水龍頭可以減少水流量，而安裝帶有雙沖按鈕的廁所沖洗系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇不同的沖洗量，從而節(jié)約大量水資源。此外，還可以選擇高效的洗碗機(jī)和洗衣機(jī)，以減少使用的水量。其次，收集和利用雨水也是一種重要的水資源管理方法。通過(guò)設(shè)置雨水收集系統(tǒng)并儲(chǔ)存雨水，可以在建筑物內(nèi)供應(yīng)非飲用水，如灌溉植物或進(jìn)行清潔和沖洗等用途。收集雨水可以使用屋頂排水系統(tǒng)，將雨水導(dǎo)入儲(chǔ)藏容器，然后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理就可以得到可用的水資源。這樣不僅減少了對(duì)自來(lái)水的需求，還能夠最大限度地回收和利用雨水資源。

此外，對(duì)灌溉系統(tǒng)實(shí)施節(jié)約措施也是至關(guān)重要的。采用滴灌系統(tǒng)或噴灌系統(tǒng)，并根據(jù)植物的實(shí)際需求調(diào)整灌溉時(shí)間和頻率，可以最大限度地減少水的浪費(fèi)。傳統(tǒng)的灑水灌溉方式往往會(huì)導(dǎo)致大量的水流失和不必要的浪費(fèi)，而現(xiàn)代的滴灌系統(tǒng)可以將水直接送到植物的根部，減少蒸發(fā)和流失。同時(shí)，使用土壤濕度傳感器等智能灌溉技術(shù)可以根據(jù)土壤條件自動(dòng)調(diào)整灌溉參數(shù)，確保植物得到適量的水分。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)

在可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)中，生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采取多項(xiàng)措施來(lái)促進(jìn)生物多樣性和保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。首先，保留現(xiàn)有的自然環(huán)境是非常重要的。建筑項(xiàng)目應(yīng)盡量避免破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，如濕地、森林或草原等，以保留物種的棲息地和生態(tài)功能。其次，保護(hù)植被覆蓋也是一個(gè)關(guān)鍵方面。通過(guò)保留現(xiàn)有的樹(shù)木和植被，以及在建筑周圍增加綠化空間，可以提供更多的氧氣、改善空氣質(zhì)量，并吸收空氣中的污染物。另外，采用可持續(xù)的景觀設(shè)計(jì)也是一種重要的方法。這包括選擇本地適應(yīng)性植物、提供適當(dāng)?shù)臈⒌睾褪澄镌?，以支持?dāng)?shù)氐纳锒鄻有訹1]。最后，減輕城市熱島效應(yīng)也是一個(gè)重要方向。通過(guò)增加綠化覆蓋和水體特征，可以降低城市地區(qū)的溫度，改善人類舒適度并減少能源消耗。綜上所述，通過(guò)保留現(xiàn)有的自然環(huán)境、保護(hù)植被覆蓋、增加綠化空間和采用可持續(xù)的景觀設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，并為建筑創(chuàng)造一個(gè)更健康、可持續(xù)的環(huán)境。

2 環(huán)境適應(yīng)性研究在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 區(qū)域氣候的考慮

在建筑設(shè)計(jì)中，充分考慮區(qū)域的氣候條件是環(huán)境適應(yīng)性研究不可或缺的一部分。這意味著需要詳細(xì)了解并充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳎ㄆ骄鶜鉁?、季?jié)變化、日照時(shí)數(shù)和降水等因素，以便能夠設(shè)計(jì)出更加適應(yīng)和響應(yīng)氣候的建筑方案。

首先，平均氣溫是一個(gè)極為重要的指標(biāo)，它會(huì)直接影響到建筑物的能源消耗和人體舒適度。在較高氣溫地區(qū)，采取減少熱量吸收和增強(qiáng)通風(fēng)的措施尤為關(guān)鍵。例如，可以使用遮陽(yáng)裝置來(lái)阻擋過(guò)多的太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，并選擇反射性較強(qiáng)的白色屋面材料，以降低建筑體系的熱吸收。此外，自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也非常重要，通過(guò)合理設(shè)置通風(fēng)口和窗戶，利用自然風(fēng)力進(jìn)行室內(nèi)空氣流動(dòng)，從而減輕空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。相反，在較低氣溫地區(qū)，保溫材料和采暖系統(tǒng)的選擇至關(guān)重要，以確保室內(nèi)環(huán)境的舒適性。優(yōu)良的保溫設(shè)計(jì)可以減少熱量傳輸和能源損失，例如采用隔熱材料進(jìn)行外墻保溫、雙層窗戶等。同時(shí)，高效的采暖系統(tǒng)（如地暖、空氣熱泵等）也能夠提供室內(nèi)恒定的溫度，并減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。

其次，季節(jié)變化也需要在設(shè)計(jì)中加以考慮。不同季節(jié)的氣溫差異和日照時(shí)間的變化將直接影響建筑物的性能和使用體驗(yàn)。例如，在冬季寒冷的地區(qū)，可以利用朝南的窗戶和被動(dòng)太陽(yáng)能設(shè)計(jì)來(lái)最大程度地吸收太陽(yáng)能，并減少供暖需求。借助日照較少的北面窗戶，可以減少熱量散失和冷風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)。而在夏季炎熱的地區(qū)，則需要考慮遮陽(yáng)和冷卻系統(tǒng)，以降低室內(nèi)溫度并提供舒適性。這可能包括使用遮陽(yáng)板、可調(diào)節(jié)百葉窗和高效空調(diào)系統(tǒng)等。

2.2 自然通風(fēng)和采光

在建筑設(shè)計(jì)中，充分利用自然通風(fēng)和采光是環(huán)境適應(yīng)性研究中不可或缺的重要方面。通過(guò)合理設(shè)置建筑開(kāi)口和窗戶位置，并充分利用自然氣流和光線，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的流通和優(yōu)質(zhì)采光，從而減少對(duì)人工通風(fēng)和照明系統(tǒng)的需求，節(jié)省能源并提高舒適度。

首先，自然通風(fēng)是一種有效的方式來(lái)提供新鮮空氣并排除污染物。通過(guò)合理設(shè)置建筑開(kāi)口，如窗戶、門和通風(fēng)口，可以利用自然氣流帶來(lái)的微風(fēng)和氣流來(lái)達(dá)到通風(fēng)效果。例如，在建筑物的布局上，可以考慮設(shè)置庭院或中庭來(lái)引導(dǎo)空氣流動(dòng)，并設(shè)置窗戶位置以促進(jìn)自然氣流的進(jìn)入和流通。此外，房間內(nèi)的熱空氣可以通過(guò)上部的排氣口或自然層流效應(yīng)被迅速排出，同時(shí)從下方進(jìn)入的新鮮空氣也可以提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。這種自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)不僅有助于提供良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量，還能夠降低空調(diào)系統(tǒng)的使用頻率和能源消耗。

其次，充分利用自然采光可以減少對(duì)人工照明系統(tǒng)的依賴。通過(guò)合理布置窗戶和開(kāi)口，將陽(yáng)光引入室內(nèi)，可以提供自然而柔和的照明效果。這不僅能夠節(jié)約能源，還能為居住者創(chuàng)造一個(gè)更加愉悅和健康的室內(nèi)環(huán)境。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮建筑朝向、窗戶面積和位置等因素，以最大程度地捕捉到自然光線。此外，結(jié)合遮陽(yáng)和日光控制系統(tǒng)，可以在需要時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)光線的強(qiáng)度和分布，以實(shí)現(xiàn)最佳的視覺(jué)舒適度。例如，可以使用可調(diào)節(jié)百葉窗、簾子或智能光線傳感器來(lái)控制室內(nèi)光線的亮度和方向，以適應(yīng)不同時(shí)間和季節(jié)的光照變化[2]。

2.3 建筑形態(tài)和布局

環(huán)境適應(yīng)性研究還強(qiáng)調(diào)建筑形態(tài)和布局對(duì)環(huán)境的重要影響。通過(guò)優(yōu)化建筑的朝向和布局，可以最大限度地利用自然資源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能和景觀特征，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

首先，合理設(shè)置建筑的朝向和開(kāi)口對(duì)于能源效益至關(guān)重要。考慮到太陽(yáng)的軌跡和光照強(qiáng)度變化，將主要開(kāi)口朝向南方可以最大程度地利用日照，提供充足的自然采光和溫暖。在北半球，南向開(kāi)口能夠接收到更多的陽(yáng)光，并將其引入室內(nèi)，從而減少人工照明和供暖的需求。同時(shí)，在炎熱地區(qū)，可以使用遮陽(yáng)裝置或覆蓋物來(lái)減少直射陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，降低空調(diào)負(fù)荷。這種朝向和開(kāi)口的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以最大程度地利用太陽(yáng)能資源，提高建筑的能源效率。

其次，建筑與周圍環(huán)境的關(guān)系也是一個(gè)重要因素。考慮到建筑與周圍的遮陽(yáng)和景觀特征，可以有效控制室內(nèi)溫度，提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。通過(guò)建筑的投影和遮擋，可以在夏季阻擋炎熱的陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，從而減輕空調(diào)負(fù)荷。而在冬季，可以允許溫暖的陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，提供自然的加熱效果。此外，與周圍的景觀融合也可以提供更好的視覺(jué)和環(huán)境體驗(yàn)，促進(jìn)人與自然的聯(lián)系。例如，合理安排窗戶位置以欣賞美景或創(chuàng)造舒適的室內(nèi)外連續(xù)性，使居住者能夠更好地享受自然環(huán)境。

3 可持續(xù)性原則與環(huán)境適應(yīng)性的結(jié)合應(yīng)用

3.1 可再生能源與雨水回收系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用案例

The Bullitt Center：（布利特中心）是位于美國(guó)華盛頓州西雅圖的一座尖端可持續(xù)建筑。它經(jīng)常被稱為“世界上最環(huán)保的商業(yè)建筑”，并成為環(huán)境友好和節(jié)能建筑的典范。該案例是一座現(xiàn)有建筑的改造項(xiàng)目，通過(guò)采用太陽(yáng)能電池板、雨水收集系統(tǒng)和節(jié)能照明等措施，實(shí)現(xiàn)了幾乎自給自足的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。建筑中使用的太陽(yáng)能電池板可以為整個(gè)建筑提供所需的能源，雨水收集系統(tǒng)則用于供應(yīng)建筑內(nèi)部的用水需求。此外，采用了高效的照明系統(tǒng)和節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步減少了能源消耗。The CrystalThe Crystal（水晶宮）是位于倫敦的可持續(xù)發(fā)展知識(shí)中心。它是一座由洛克希德·馬丁公司設(shè)計(jì)的標(biāo)志性建筑，旨在展示可持續(xù)能源和環(huán)境技術(shù)：這個(gè)案例是將一個(gè)前電廠進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展的展示中心。在改造過(guò)程中，利用地?zé)崮芎吞?yáng)能供暖和供電，減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。建筑中采用了先進(jìn)的供暖和制冷系統(tǒng)，太陽(yáng)能光伏板以及智能控制系統(tǒng)，用于優(yōu)化能源利用和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

3.2 可再生能源與綠色生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用案例

One Central Park（中央公園一號(hào)）是位于澳大利亞悉尼的一個(gè)知名住宅和商業(yè)綜合體。它是由法國(guó)建筑師讓·努維爾（Jean Nouvel）和景觀設(shè)計(jì)師帕特里克·布倫特（Patrick Blanc）共同設(shè)計(jì)的，這個(gè)案例是一座住宅和辦公樓復(fù)合體的新建項(xiàng)目。建筑的特色之一是垂直花園和太陽(yáng)能面板的應(yīng)用，使得建筑物在外觀上充滿綠意，并且能夠通過(guò)可再生能源供電。此外，建筑還配備了雨水收集和再利用系統(tǒng)，用于灌溉垂直花園和供應(yīng)建筑內(nèi)部的非飲用水需求。 Nanyang Technological University（南洋理工大學(xué)）是位于新加坡的一所著名大學(xué)。學(xué)生服務(wù)中心，該案例是一座校園建筑的新建項(xiàng)目，以生態(tài)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。建筑采用了綠色屋頂、太陽(yáng)能光伏板和自然通風(fēng)系統(tǒng)等可持續(xù)技術(shù)。綠色屋頂有助于降低室內(nèi)溫度并提供自然美感，太陽(yáng)能光伏板則為建筑提供清潔能源，自然通風(fēng)系統(tǒng)則減少了對(duì)機(jī)械空調(diào)的需求，節(jié)約了能源消耗。

3.3 可再生能源與建筑智能系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用案例

The Edge（尖峰大廈）是位于荷蘭阿姆斯特丹的一座標(biāo)志性建筑。它是一座創(chuàng)意和可持續(xù)性辦公樓，旨在提供現(xiàn)代化和環(huán)保的工作環(huán)境，這座辦公樓以智能建筑技術(shù)為基礎(chǔ)，采用靈活的照明和空調(diào)系統(tǒng)、太陽(yáng)能板和地?zé)嵯到y(tǒng)等措施，實(shí)現(xiàn)了高效的能源利用。智能照明和空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)建筑內(nèi)外環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，太陽(yáng)能板提供可再生能源，地?zé)嵯到y(tǒng)利用地下的穩(wěn)定溫度進(jìn)行建筑供暖和制冷。

Bahrain World Trade Center（巴林國(guó)際貿(mào)易中心）是位于巴林的一座標(biāo)志性建筑。它是巴林首都麥納麥的地標(biāo)之一，也是中東地區(qū)最具特色和獨(dú)特的建筑之一，這座商業(yè)塔樓利用風(fēng)能發(fā)電來(lái)減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。建筑內(nèi)置的風(fēng)力渦輪機(jī)可以捕捉到高層樓宇所具有的更強(qiáng)風(fēng)速，將其轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)建筑使用[3]。這種利用風(fēng)能的技術(shù)降低了建筑的能耗，并且在能源利用上具有較高的效率。

4 結(jié)論

在建筑設(shè)計(jì)中，可持續(xù)性原則與環(huán)境適應(yīng)性研究的結(jié)合應(yīng)用為我們提供了一種有力的方法來(lái)創(chuàng)造更加環(huán)保、高效和舒適的建筑環(huán)境。可持續(xù)性原則的應(yīng)用涵蓋了低碳排放設(shè)計(jì)、建筑材料選擇、水資源管理和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等方面，旨在減少對(duì)自然資源的消耗，并降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。而環(huán)境適應(yīng)性研究強(qiáng)調(diào)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣骱铜h(huán)境條件來(lái)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，使其能夠更好地適應(yīng)并響應(yīng)周圍環(huán)境。通過(guò)將可持續(xù)性原則與環(huán)境適應(yīng)性研究相結(jié)合，我們可以實(shí)現(xiàn)更全面、綜合的建筑設(shè)計(jì)。這種綜合應(yīng)用不僅考慮到建筑的環(huán)境影響和能源效率，還關(guān)注建筑與當(dāng)?shù)貧夂?、自然資源以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的協(xié)調(diào)與融合。通過(guò)案例研究和綜合評(píng)價(jià)，我們可以學(xué)習(xí)和借鑒成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行成本效益分析，以支持可持續(xù)性建筑設(shè)計(jì)的決策制定。