黃鈺茹,王錫琴
(成都大學建筑與土木工程學院,四川 成都 610106)
現(xiàn)代建筑的設(shè)計思路,已經(jīng)從追求表面上的高質(zhì)、高量,轉(zhuǎn)至科學運用自然能源,開展綠色環(huán)保設(shè)計的層面。此種理念既符合時代發(fā)展需求,又可以為使用者創(chuàng)造出回歸自然的生活、工作條件。
根據(jù)UNEP(聯(lián)合國環(huán)境署)2020年全球建筑和施工狀況報告,2019年建筑和建設(shè)行業(yè)占全球總能源使用量的35%,占與能源相關(guān)的CO2排放量的38%。因此,建筑成為了全球能源消耗的主要貢獻者,降低建筑業(yè)的能源消耗,減輕建筑業(yè)造成的生態(tài)環(huán)境污染,對實行我國碳中和戰(zhàn)略起著至關(guān)重要的作用。推進現(xiàn)代建筑的節(jié)能設(shè)計,發(fā)展綠色建筑對現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展有重大意義。發(fā)展綠色建筑的節(jié)能設(shè)計,不僅可以高效地利用資源,通過可再生資源的使用來降低生活熱源的成本,也可以通過建筑材料的循環(huán)使用來達到降低建筑成本及環(huán)境成本的作用,而且極大地拓寬了建筑材料的選擇范圍,對新型材料的研發(fā)起到推動作用,大大緩解地球溫室效應產(chǎn)生的壓力,也極大地保護了其他資源。
為促進人與自然、人與社會的和諧發(fā)展,在進行現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計時應遵循和諧性原則,在設(shè)計過程中堅持因地制宜的設(shè)計理念,充分利用周圍環(huán)境的資源條件,保證建筑與當?shù)丨h(huán)境的整體性。只有人類建筑實踐活動遵守生物因素和地理因素相互聯(lián)系的規(guī)律,才能達到節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展的目的,使建筑物真正變得安全、節(jié)能、舒適,與周圍環(huán)境和諧共處。
綠色建筑在當代科技迅速發(fā)展的大時代環(huán)境下應運而生,在這樣的社會條件下,綠色建筑節(jié)能設(shè)計要符合現(xiàn)代化的基本原則。但這并不與傳統(tǒng)本土建筑相對立,而是在繼承和保護傳統(tǒng)地域建筑及其技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用創(chuàng)新材料和技術(shù)策略,滿足時代發(fā)展的需求,為綠色建筑增添新的活力,通過現(xiàn)代技術(shù)實現(xiàn)人與自然、技術(shù)與文化的共生。
綠色建筑的主旨便是在保障使用者的安全舒適下,實現(xiàn)能源的高效利用,最大程度地減少能量的消耗。建筑行業(yè)一直占據(jù)高投入、高消耗的行業(yè)前列,不符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的趨勢,只有將綠色可持續(xù)發(fā)展理念完全融入建筑建設(shè)的每一個環(huán)節(jié),才能更好地實現(xiàn)真正的資源有效利用,例如在進行建筑外立面設(shè)計時,可以考慮利用當?shù)氐慕ㄔO(shè)材料,既能減少資源消耗又實現(xiàn)經(jīng)濟利益的最大化。
到2020年,我國的一次能源消費依然是煤炭占主導,城市的能源供給主要來自煤炭,新能源的利用仍舊不高,意味著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是我國發(fā)展正面臨的重要任務之一,必須減少對石化能源的需求,降低對煤電的依賴,推進節(jié)能減排,向部分發(fā)達國家學習,大力開發(fā)新能源和可再生資源,積極利用風、水、太陽能等支持建筑行業(yè)的綠色設(shè)計發(fā)展。
目前建筑行業(yè)參與綠色建筑建設(shè)的積極性并不高,使綠色建筑節(jié)能技術(shù)的研發(fā)速度很慢,相關(guān)的科技創(chuàng)新技術(shù)很少,關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)得不到開展,直接影響到綠色建筑的實現(xiàn),導致綠色建筑的發(fā)展跟不上城市化的步伐。而改變傳統(tǒng)高能耗建筑材料則將從源頭減少建筑的能耗,節(jié)能環(huán)保材料不僅可以減少對不再生資源的使用,而且將改善使用者的空間體驗感,將地球的負荷降到最小。因此,應加大對創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)和節(jié)能建筑材料的投入,才能加快綠色建筑的建設(shè)進程。
在綠色建筑的項目實施過程中,從前期設(shè)計到項目施工都應融入綠色建筑的設(shè)計理念,將節(jié)能環(huán)保貫徹到整個建設(shè)過程中。但設(shè)計人員在進行建筑設(shè)計時,并未實地考察,就無法了解當?shù)氐沫h(huán)境自然條件,不僅使建筑在周圍環(huán)境中顯得突兀,而且無法充分利用當?shù)氐臍夂驐l件,既影響建筑的采光或通風效果,又加大后期對建筑設(shè)備的耗能,降低了使用者對生活、工作感受的滿意度。
現(xiàn)代建筑綠色節(jié)能設(shè)計的核心思路在于充分運用自然能源。使建筑的空間設(shè)計具備“生態(tài)屬性”,充分運用可再生能源,使可持續(xù)發(fā)展理念得到實踐。比如在進行建筑暖通、光照系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時,可以充分運用太陽能資源、風能資源、地熱能資源等,通過自然調(diào)節(jié),即可滿足消費者需求。如太陽能熱水器,通過太陽能電池板,即可將可再生的太陽能資源轉(zhuǎn)化為熱能,達到加熱水的目的。隨著技術(shù)的發(fā)展,除了熱水器外,在建筑的頂層及部分墻體表面,可以鋪設(shè)太陽能板和太陽能管道,目的在于將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能后,儲存在器件中,在特定時候,可以成為建筑的輔助熱能,從而降低電力資源的消耗。
4.2.1 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計
圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)指通過改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能,達到夏季隔熱、冬季保溫,使建筑物室內(nèi)溫度盡可能達到人體的舒適溫度,以減少通過輔助設(shè)備達到合理舒適室溫所產(chǎn)生的負荷,最終達到節(jié)能目標。雙層幕墻就以其豐富的美學效果和生態(tài)節(jié)能的理念在綠色建筑中應用日益廣泛,通常由外層幕墻、熱通道和內(nèi)層幕墻構(gòu)成,且在熱通道內(nèi)能夠形成空氣有序流動的建筑幕墻,具有通風換氣、隔熱、隔聲、節(jié)能環(huán)保功能,使室內(nèi)生活環(huán)境與室外自然環(huán)境達到完美融合[1]。
4.2.2 室內(nèi)環(huán)境設(shè)計
現(xiàn)代綠色建筑在進行室內(nèi)照明設(shè)計時常用智能照明系統(tǒng),可以做到有人時自動識別光線和冷暖需求,在光線充足時只開空調(diào)不開燈,無人時自動關(guān)閉。通風設(shè)計則可通過合理的建筑及室內(nèi)空間設(shè)計,充分利用自然通風排除室內(nèi)不新鮮的空氣,從而達到通風節(jié)能的目的。如被動式綠色建筑常采用自然通風,它不僅可以降低建筑物夏季輔助設(shè)備的能耗,也可以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。以上海市的綠地集團總部大樓為例,其所有天窗的可開啟面積達到了41%,所有幕墻的可開啟面積大于13%,因基地鄰近黃浦江邊,在亞熱帶海洋性季風氣候作用下,在過渡性季節(jié)也能夠引導建筑室內(nèi)通風[2]。
4.2.3 建筑材料選擇
圍繞“綠色、節(jié)能、環(huán)?!钡冗M行建筑設(shè)計時,不應盲目追求價格昂貴的材料,應該基于科學分析,選擇材料時應評估資源的消耗量(見圖1),選擇資源消耗少、可集約化生產(chǎn)的建筑材料。比如建筑施工時可以選用硅酸鹽混凝土、含硫石膏等。此類材料通過科學方法,將煤炭等化石資源充分燃燒之后產(chǎn)生的含硫化合物、二氧化碳等加以處理,制作成與普通石膏、混凝土性能相近的材料。應用此類工藝,不僅極大地降低了天然石膏的開采率,還有效保護了不可再生資源。此外,使用含硫混凝土等材料,還可以使建筑具備一定的生態(tài)屬性,讓消費者仿佛置身于天然環(huán)境之中。
圖1 建筑材料能耗統(tǒng)計對比
現(xiàn)代建筑多為高層建筑,采用此種設(shè)計理念的根本目的在于提升土地資源利用率。在保證此項目標不變的前提下,還應合理規(guī)劃設(shè)計方案,降低后續(xù)使用過程的資源消耗率。本文提到的充分運用風能資源,可以在夏季炎熱天氣發(fā)揮重要作用,弱化空調(diào)、電風扇等電力設(shè)備的存在價值。假設(shè)在一個單元、4戶型的高層建筑中,東西2個邊緣為大戶型,同時設(shè)有南北陽臺或臥室,在高溫天氣時,如果有自然風流經(jīng),將會產(chǎn)生“過堂風”,能夠充分調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。但夾在2個大戶型中間的小戶型,往往只具備單一方向的陽臺或者臥室,無法形成對流風向,為了應對夏季高溫,選擇此戶型的消費者必然開空調(diào)或者電扇。基于此,設(shè)計人員應該盡可能地調(diào)整小戶型房間的結(jié)構(gòu),使其在南北兩面都具備“空氣開口”(比如在防盜門上方設(shè)置小型窗戶,由內(nèi)部開啟,既可以保證室內(nèi)安全,又能夠形成“過堂風”)[3]。
發(fā)展現(xiàn)代綠色建筑的節(jié)能設(shè)計能夠減少對地球自然資源的消耗,在一定程度上,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。相關(guān)人員在設(shè)計過程中,應融入綠色環(huán)保的設(shè)計理念,充分把握建筑與自然環(huán)境、人文環(huán)境的和諧性,符合現(xiàn)代化的發(fā)展需求,重視對資源的高效利用,給使用者創(chuàng)造一個安全舒適的生活環(huán)境。盡管當前的綠色建筑設(shè)計還存在不少問題,但隨著國家對節(jié)能環(huán)保設(shè)計的關(guān)注,相關(guān)行政法規(guī)的不斷完善,以及人們綠色環(huán)保意識的普遍覺醒,將促使我國綠色建筑建設(shè)走上更明確、更清晰的發(fā)展道路,從各個層面進行節(jié)能設(shè)計,將綠色建筑的環(huán)保理念融會貫通,發(fā)展以綠色建筑為主流的城市建設(shè)。