生態理念在現代建筑設計中的應用探討

岳建文

(山西省建筑標準設計研究院，山西太原 030013)

作為一種新的文明范式，生態文明在人類社會發展過程中的地位越來越突出，生態文明的核心理念是強調人與自然環境的和諧相處，達到“依生之美”的境界。生態文明所倡導的“依生之美”不僅融入傳統的人文學科，其對應用學科的影響也十分顯著，在建筑設計中所倡導的生態設計理念即是生態美學思想與建筑設計學的有機結合，而生態建筑也是未來建筑設計發展的最終方向。

1 生態建筑的設計原則

生態建筑所體現的是系統化的技術集成，其融合了多種專業技術，因此相對于傳統的建筑設計，生態建筑設計需遵循以下幾點原則。

1．1 以人為本原則

建筑產品的最終目的是服務于人的日常生活及工作，人是建筑的主體，因此設計過程中要遵循以人為本的原則，以滿足人的交流、學習、健身、娛樂等活動為設計目標。設計方案不得對人的生活質量產生影響，不得影響到人的身體健康及應用的便利性。建筑產品以其體量、格局、形態、功能等作為其外在表現形式，建筑活動的主要目的是為人類的生產、生活提供更為舒適的環境，并利用自然條件為人類創造更加優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 重構共生原則

生態建筑的設計要具有重構意識，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。針對一些環境污染較為嚴重的地區，更要突出生態設計理念的重要作用。比如將有條件的污染源采用綠化措施改變成風景怡人的公園，為生態建筑的建設提供更好的環境條件。生態化設計理念并非只是一個抽象性的概念，設計師要將自身改造自然界的能動性充分發揮出來，將重構、共生的理念融入到建筑設計中，對其周圍的生態環境予以改善，實現區域內的生態平衡。

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，充分尊重環境的生態價值及效益，將有價值的生態要素保留下來，最大程度上減少對自然環境的破壞，實現建筑環境與自然環境的和諧共生。因此設計過程中，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生的負面影響，針對其本質特性開展建筑設計，保證建筑類型與當地自然環境相得益彰，控制對自然環境的污染與破壞。

1．4 舊材料的回收與新型材料的開發

生態理念下的建筑是生態系統的一部分，相應的建筑所用的材料也要盡量做到回收利用，實現與生態系統的再次整合。如果住宅建筑結構條件允許，盡量保留原有建筑，采取科學、合理的改建措施以適應新功能，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，再根據實際情況回收利用，實現由建筑材料到新建筑的良性循環。

2 現代建筑設計中生態理念的應用實例

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。項目設計初期進行了全方位的設計論證，詳細分析當地氣候條件、能源狀況及建筑性質，最后得出如下生態節能方案:分析建筑圍護結構的熱惰性，改善其熱工性能;對太陽輻射的影響做出改善;分析自然通風及自然采光優化的可行性;研究諸如水源熱泵、熱電聯產、太陽能等新型生態能源系統應用的可行性;將冰蓄冷技術、天然免費冷源的優勢充分發揮出來，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、通風空調系統進行優化，在建筑內部合理劃分空調區域，采用獨立分層空調系統，實現空調系統的靈活調節與啟停;采用大溫差冷凍水系統及地板輻射采暖系統，并實現各個控制系統及運行方式的優化。具體措施如下。

2．1 建筑圍護結構及通風系統的設計

本建筑項目中，為保證圍護結構的熱工性能，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鍍膜的位置視結構的具體朝向而定，最大程度上滿足結構保溫、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、墻的面積比進行優化、調整。此外，對冷橋進行精心、嚴格的處理。圍護結構采用Low-E鍍膜玻璃，可有效控制夏季太陽輻射熱量進入室內，并在冬季減少室內的熱量損失。采用固定或電動的鋁合金翼板外遮陽，與建筑外立面設計相結合，不僅可實現節能的設計目標，而且建筑的立面質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，在其頂部及底部設置電動控制的可開啟外窗，保證室內的自然通風;針對封閉的屋頂結構層，在兩側設置同樣的電動控制的通風窗，夏季開啟形成有效的自然通風，最大程度上降低建筑的冷負荷。

2．2 空調系統冷熱源設計

本工程空調系統的冷源設計，是在充分了解項目特點、當地資源情況與能源價格的基礎上進行全面分析，最終確定采用復合能源系統。整個空調冷源系統包括水源熱泵系統、冰蓄冷系統、湖水換熱輔助冷源系統、市場熱力備用熱源系統等多個子系統。將這些系統科學、合理的結合在一起，既保證了建筑空調系統的冷熱源需求，系統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。當水源熱泵處于制冷狀態時，冷卻水系統通過湖水進行冷卻，可以取得優于冷卻塔的冷卻效果，所以，與常規采用冷卻塔冷卻的水冷冷水機組空調系統相比，水源熱泵空調的COP值更高，至少可降低能耗5%～10%左右。當水源熱泵處于制熱狀態時，由于熱泵僅需消耗搬動熱能的功，可獲得4∶1的COP值，故節能效果十分明顯;與傳統的燃煤鍋爐供熱網絡系統相比，其運行成本至少可下降15%～20%，有效實現空調系統的節能目標。此外，在冬季及過渡季節，湖水換熱輔助冷源系統可以利用水源熱泵對建筑物外區供熱產生的冷水再實現對內區制冷，這種天然冷源的有效應用可有效降低空調系統的能量消耗。市場熱力備用熱源系統也作為太陽能生活熱水系統的輔助熱源，冬季還可實現熱力供應。

2．3 空調通風系統的改善

通風系統采用全空氣空調系統，可以獲得較低的送風溫度，從而降低總送風量的1/3左右，并至少降低10%的風機電能。排風與新風利用全熱交換器進行熱回收，可降低10%～20%的能量消耗。針對其他空調分區，采用獨立的空調系統，可根據實際需要靈活調節開啟數量;針對燈光散熱，可以采用分層空調系統來實現，并對排風和新風通過熱交換進行熱回收，至少可回收60%以上的燈光散熱。綜合大廳無需設置獨立系統，采用噴口射流送風的形式，同樣，排風與新風利用全熱交換器進行熱回收，以降低10%～20%的能量消耗。前庭及休閑區域設置獨立的全空氣空調系統，靈活調節啟停數量以滿足實際需求。前庭設置低溫地板輻射采暖系統，可降低1/3的能量消耗;為增加建筑環境的舒適度，可以沿落地玻璃幕墻設置地板條縫送風口。其他小空間可采用風機盤管加新風系統的模式進行空氣調節，根據實際情況進行冷熱調節。本工程所有全空氣空調均采用雙風機系統模式，新風比的調節利用控制焓值的方法來實現，盡可能采用新風冷量。

此外，空調水系統可以采用四管制系統模式，不僅可以實現同時供冷供熱的要求，還可以防止由于冷熱中和導致的能源浪費。盡量提高供回水溫差，以降低輸配水量，控制初期建設投資，降低水泵功耗。

2．4 其他節能措施

設置太陽能生活熱水系統，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，可保證全天候熱水供應。對建筑室內燈光熱能進行回收:本項目屬于綜合性建筑，會用到大量的照明設施，而照明設備會產生大量熱量，如不加以處理不僅會導致能源浪費，而且會增加空調系統的負擔。因此設置中間媒質熱回收系統可回收40%的燈光散熱。

3 結語

建筑設計是一項綜合技術工程與藝術設計的綜合性專業，而對于生態節能建筑而言，其各項技術應用只是手段，最終目的是實現節能環保的設計目標。生態建筑設計過程中，要在充分考慮建筑功能及特點的前提下，以功能決定形式，實現建筑技術與建筑藝術的完美結合，提高各項技術應用的針對性、系統性，將整個建筑及區域的建造、建筑全生命周期內運行的能源消耗、其對環境及區域生態鏈的影響控制在最小范圍內，促使建筑融入生態循環中，促進生態環境的平衡發展，真正實現人、自然、建筑的和諧與統一。

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