绿色建筑生态节能设计策略

绿色建筑生态节能设计策略近一个世纪以来，世界经济迅猛发展，人类正以无比的勇气和智慧改造自然，书写着人类史辉煌的篇章．但是在轰隆的机器声中，人类这些“天之骄子”在征服自然的同时，自然界也正在悄然地向人类发起报复，生态危机、环境污染、人口爆炸、能源匮乏，正日甚一日地威胁着人类的生存和发展．这一切使得人们不得不进行反思和总结，并使人类渐渐认识到大自然不是可以任意改造的，是一个有着自身发展规律的有机体，人类应该尊重自然，与大自然和谐共生．世界上有两类资源：一是可再生资源，如水、氧气、树木、生物等，它来源于地球上的自然的发展过程；另一类是不可再生资源，如石油、煤炭等，它的数量在地球上是固定不变的．目前我国能源形势相当严重，人均能源拥有量低，能源结构依然以煤为主，约占７５％．全国年耗煤量已超过１３亿ｔ．由于燃煤效率低，对环境污染严重，造成我国大气污染和酸雨严重．能源利用效率低，我国能源终端利用效率仅为３３％，比发达国家低１０个百分点．随着城市建设的高速发展，建筑能耗逐年大幅度上升，已成为中国能源消费的主体之一，目前我国建筑用能已达全社会能源消费量的３２％．加上每年房屋建筑材料生产能耗约１３％，我国的建筑总能耗已达全国能源总量的４５％．庞大的建筑能耗，已经成为我国国民经济的巨大负担．建筑面临着一场新的革命，建筑节能环保势在必行．随着环境问题及社会问题的日益严重，一些学者开始关注环境，联合国于１９８６年提出可持续发展的概念，其基本含义是：人类社会的发展不能以损害后代人的利益而满足当代人的利益为代价．可持续发展是２１世纪各个国家正确处理与协调人口、资源、环境、经济相互关系的共同的发展战略，是人类发展的唯一途径．１９９９年２０届国际建协大会在北京召开，各国与会代表在“２１世纪的建筑学”的主体下签署了《北京宪章》，《北京宪章》中特别强调人与自然相互依存的辩证关系，倡导科技与人文共进．因此“可持续的建筑”、“生态建筑”、“绿色建筑”等在广大学者和政府的多方努力下应运而生．１绿色建筑的涵义维基百科将绿色建筑表述为：通过在设计、建造、使用、维护和拆除等全生命周期各阶段进行仔细与全面的考虑，以提高建筑在土地、能源、水、材料等方面的利用率，同时减少建筑对人们健康以及周边的负面影响为目标的实践活动．美国绿色建筑协会制定的《绿色建筑评价体系》，认为绿色建筑追求的是如何实现从建筑材料的生产、运输、建筑、施工到运行和拆除的全生命周期，建筑对环境造成危害总量最少，同时居住者和使用者有舒适的居住质量．评价体系分５个方面：合理的建筑选址（ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｓｉｔｅｓ）、节水（ｗａｔｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、能源和大气环境（ｅｎｅｒｇｙａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）、材料和资源（ｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅ）及室内环境质量（ｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙ）．该标准成为绿色建筑实践与设计的有力推动者．读解绿色建筑，其涵义为在建筑物的全生命周期中，最少程度地占有和消耗地球资源，最小且高效率地使用能源，最少产生废弃物并最少排放有害环境物质，成为与自然和谐共生、有利生态系统与人居系统共同安全、健康且满足人类功能需求、心里需求、生理需求及舒适度需求的可持续建筑物．２绿色建筑的原则绿色建筑应遵循以下原则：１）和谐原则：建筑作为人类基本的生活、生产场所，由于其建造过程和使用拆除的全寿命过程存在着消耗和影响，其自身系统和谐、与环境关系和谐便成为绿色建筑特别强调的重要的和谐原则．２）适地原则：以建筑符合生态系统安全、健康为依据，高效利用土地，符合人文特性和经济属性的建设选址和规划设计，是绿色建筑建造、使用所必须遵循的的条件和根本原则．３）节约原则：资源占有与能源消耗在符合建筑全寿命周期使用总量与使用功能均衡的前提下，实现最小化与减量化的节约原则．４）高效原则：建筑作为人类的居所，其建造、使用、维护与拆除应本着符合人与自然生态安全、和谐共生的前提，满足宜居、健康的要求，系统地采用集成技术提高建筑功能的效率，优化管理调控体系，是绿色建筑的高效原则．５）舒适原则：舒适要求与资源占有及能源消耗在建筑建造、使用与维护管理中一直是一个矛盾体．在绿色建筑中强调舒适原则不是以牺牲建筑的舒适度为前提，而是以满足人类居住舒适要求为设定条件，通过人类长期依托建筑而生存的经验和科学技术的不断探索发展，总结形成建筑绿色化、生态化及符合可持续发展要求的建筑综合集成系统技术，以满足绿色建筑的舒适原则．６）经济原则：绿色建筑的建造、使用、维护是一个复杂的技术系统问题．高投入、高技术的极致绿色建筑虽然可以反映出人类科学技术发展的高端水平，但是并非只是高技术才能实现绿色建筑的功能、效率与品质，适宜技术与地方化材料及地域特点的建造经验同样是绿色建筑的重要发展途径．唯技术论和唯高投资论都不是绿色建筑的追求方向，适宜的投资、适宜成本和适宜消费才是绿色建筑的经济原则．３绿色建筑的生态节能设计策略绿色建筑的生态节能设计主要分为主动式设计与被动式设计．绿色建筑的主动式设计即在绿色建筑中采用各种高效集成的技术手段，实现绿色建筑的功能．被动式设计则是在适应和利用自然环境的同时灵活设计应用，即根据符合地域气候的建筑物本身的设计，来控制能量、阳光、空气等的流动，在减少地球环境负荷的同时，考虑获得舒适的室内环境的设计方法，并用技术手段补充不足部分．绿色建筑的生态节能设计策略主要有如下几点．３．１充分利用自然采光和自然通风天然的阳光是大自然赐给人类的宝贵财富，它取之不尽、用之不竭．充分利用天然采光不但可以节约大量照明用电，还提供更健康、高效、自然的光环境，从卫生的角度看，充分的日照还可以起到杀灭细菌和病毒的目的．建筑的自然采光就是将日光引入建筑内部，通过设计手段精确地控制并且将其按一定的方式分配，以提供比人工光源质量更好的照明．自然通风是一项改善人与环境的重要技术手段．在我国许多传统建筑中都有体现，如传统民居中的穿堂风等处理手法，较之其他相对昂贵、复杂的生态技术，自然通风是一项比较成熟而廉价的技术措施．通过合理的建筑设计，自然通风可在不消耗不可再生的能源的情况下降低室内温度、带走潮湿的气体、排除室内污浊的空气，使人体感到舒适，并提供新鲜、清洁的自然空气，有利于人的生理和心里健康，减少人们对空调系统的依赖，从而节约能源、降低污染、预防疾病．自然通风和采光往往是结合在一起的．通过保证房间内及中庭顶部（若有条件，可依建筑形式而设）一定的开窗面积，既达到了自然采光的目的，又可依靠室内外的风压及热压差，形成有组织的自然通风，在室外气候适宜时通过自然通风达到调节室内热环境的目的．３．２改善围护结构的隔热保温性能建筑物围护结构应有较好的保温隔热功能，一般通过建筑外墙的耗能约占建筑物全部耗能的４０％，因此提高围护结构的保温、隔热性能对改善室内热工环境及建筑节能具有重要意义．不同国家和地区的气候条件的差异，对建筑外围护结构的传热性能要求都不同，一般情况气候越严寒，其建筑外围护结构的传热系数要求就越小，需要用导热系数小的高效隔热材料附着在墙体结构来改善整个墙体的热工性能．根据复合材料与主体结构相对位置不同，分为外保温技术、内保温技术及夹心保温技术，其中外墙外保温是目前较为高效、简单的保温节能技术．要注意围护结构的保温不等于隔热，隔热的目的是尽量减少围护结构吸收的太阳热辐射向室内传递．对于自然通风的建筑来说外围护的隔热设计主要是控制内表面的温度，为此要求外围护结构应该具有一定的衰减度和延迟时间，以保证内表面温度不致过高，以免向室内和人体辐射过多的热量．围护结构隔热的方法可根据不同的建筑使用功能、不同地区气候特点来选择，如通过加强墙体的蓄热性能来获得室外热能通过围护结构向室内传递的延迟时间，将内表面最高温度出现的时间和建筑使用的时间错开，利用材料本身的热惰性来达到隔热的目的；在墙体中设置通风间层，这些间层与室外或室内相同，利用风压和热压的作用带走进入空气层的部分热量，从而减少传入室内的热量；建筑防热外表面采用浅色平滑的饰面材料，采用对太阳辐射热吸收率小的材料等．屋面的能耗在围护结构总能耗中占有相当的比例，因此应当重视其保温隔热效果．一般而言，屋面的传热系数要优于外墙的传热系数，并且可依屋面的形式选用不同的保温材料．３．３遮阳措施在建筑设计中考虑日光调节（ＳｕｎＣｏｎｔｒｏｌ）是勒．柯布西耶最早提出的，在他设计的昌迪加尔法院和马赛公寓作品中，将艺术和遮阳完美地结合在一起．外遮阳是最有效的遮阳设施，它直接将８０％的太阳辐射热量遮挡于室外，有效地降低了空调负荷，节约了能量．通常外遮阳的基本形式分为４种：水平式、垂直式、综合式和挡板式，结合建筑形式，在南向及西向安装一定形式的可调外遮阳，随使用情况进行调节，这样既能满足夏季遮阳的要求，又不影响采光及冬季日照要求．３．４高效节能的外窗和幕墙系统一直以来，窗及玻璃幕墙都是维护结构中的能耗大户，但随着技术的不断提高，新产品的不断出现，窗及玻璃幕墙的性能已获得了极大的提升．首先，新型高性能玻璃的发展（如ＬＯＷ－Ｅ镀膜玻璃，真空玻璃等）给窗及玻璃幕墙的保温及防辐射性能以极大的提高，其次新的结构形式起到了相当的作用，新型型材及断桥技术的应用对窗和幕墙的整体热工性能及气密性都有极大的提升．按照绿色建筑的原则，幕墙作为建筑的外围护体系，并不是一个完全封闭的外壳，应该是建筑与环境之间的过滤装置，幕墙设计应该是多功能的，除基本的防护功能外，还应考虑室内环境品质的调节，提高建筑节能效率．双层玻璃幕墙又称双层呼吸式幕墙，不同于传统的单层幕墙，它由内外二层（或三层）玻璃组成围护结构，玻璃之间留有一定宽度的通风道，并配有可调节的遮阳．在冬季双层玻璃之间形成一个阳光温室，提高建筑内表面的温度，有利于节约采暖能耗；在夏季，利用烟囱效应对通风道进行热压通风，使玻璃之间的热空气排走，达到降温的目的．对于高层建筑来说，直接开窗通风容易造成紊流，不易控制，而双层幕墙能够通过通风道进行开窗通风，在一定程度上改善建筑室内的空气质量．３．５绿化与建筑结合绿色植物一方面可以满足人们希望与自然界接触的愿望，另一方面绿色植物可以吸收二氧化碳，通过光合作用产生氧气，为使用者提供舒适的环境和新鲜的空气，同时植物还可以起到遮挡太阳直射光，降低环境温度，减少空调的消耗，从而达到环保的作用．建筑绿化分为屋顶绿化、外墙垂直绿化和室内绿化．３．６可再生能源的利用近年来，可再生能源在世界范围内迅速发展，可再生能源已成为实现能源多元化，应对气候变化和实现可持续发展的重要替代能源，可再生能源目前主要指太阳能、风能、地热能、潮汐能和生物能．太阳能是绿色可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染．目前对太阳能的利用总体上可分为两类：太阳能集热板集热及太阳能光伏发电．太阳能集热板集热技术较为成熟，设备材料价格也不昂贵，现已大量应用．太阳能集热系统与建筑结合，达到与建筑和环境和谐统一，将是今后的技术发展和应用方向．太阳能光伏发电是应用半导体将太阳能转换成电能，目前发电成本比煤电和水电要高一些，但是具有安全可靠、无噪声、无污染、不受地域限制、规模大小很灵活、维护简便等优点，是２１世纪最重要的新能源之一．太阳能光伏发电还可以在满足光伏发电系统运行的前提下，达到与建筑一体化设计，满足建筑美观要求．图４中所示清华大学节能试验楼，就是将光电池与建筑遮阳完美地结合在一起．３．７水资源综合利用绿色建筑中“水系统”———指在满足建筑功能、用水水量、水质要求的前提下，将水景观、水资源综合利用、污染控制、生态修复技术等集成一体的水环境系统，它将建筑给水、污水处理与中水再利用、排水、雨水控制利用、水景、生态等子系统有机地结合起来．绿色建筑中水资源综合利用主要有以下原则：１）雨水收集与利用，合理规划地表与屋面雨水径流途径，降低地表径流，采用多种渗透措施增加雨水渗透量，有效控制径流污染．２）绿化用水、洗车等非饮用水尽量采用中水和（或）雨水等非传统水资源．３）采用节水器具，并优先利用附近中水处理厂的中水．４）降雨量大的缺水地区，通过技术经济比较，合理确定雨水集蓄及利用方案．５）科学、合理设计水景．综上所述，绿色建筑的生态节能设计是项综合性的系统集成技术，它需要综合建筑、结构、暖通空调、给排水、建筑电气与楼宇控制、室内设计等各个专业，通过有机的整合，密切的协作，对建筑自身特点及区域自然资源、环境的深入分析，以及对当前成熟的高新技术及产品的应用，才能形成一整套可行的、合适的、内部有机相连的生态节能体系．图１为目前典型的绿色建筑生态节能设计集成图例．４结束语目前，我国正处于建设的鼎盛时期，要实现可持续发展，作为资源消耗大户的建筑业必须要走绿色建筑之路．目前对绿色建筑的探索和研究，仍处于初级阶段，要实现真正意义的绿色建筑，还需要广大建筑设计人员和科研人员长期不断的发展完善．可以相信，随着社会的发展进步，各种生态节能技术会在各类建筑设计（包括电厂建筑）中越来越广泛地应用．。