基于生态经济学的绿色建筑设计策略研究

基于生态经济学的绿色建筑设计策略研究

一、中国可持续建筑研究的应用实践绿色建筑是指在建筑生命周期中消耗最小的地球资源和能源，并在环境生活中制造最小的废物的建筑。出发点是绿色环保。生态建筑是一个和谐共存的建筑，注重人与自然、发展和保护、建筑与环境的关系，侧重于生态平衡。可持续建筑是指自然资源减少、循环再生、能源高效、生活环境安全、生态系统平衡运行的建筑。资本和能源循环是平衡的。对于可持续建筑,世界经济合作与发展组织(OECD)给出了四个原则和一个评定因素:四个原则分别是资源的应用效率原则、能源的使用效率原则、污染的防止原则(室内空气质量、CO2的排放量)、环境的和谐原则,评定因素是对以上四个原则的内容进行研究,以评定结果来判断建筑是否为可持续建筑。我国从基本国情出发,综合考虑人与自然和谐发展、节约能源、有效利用资源和保护环境,提出“节能省地型住宅和公共建筑”这一概念,主要内容是节能、节地、节水、节材与生态环境保护,注重以人为本,强调可持续发展。国内学者收集筛选出中外85个(其中国外70个,国内15个)运用可持续发展理念进行设计的建筑物进行分析,结果表明,可持续建筑的核心内容主要是节能、节地、节水、节材与生态环境保护等方面。从这个意义上讲,节能省地型住宅和公共建筑与绿色建筑、生态建筑、可持续建筑的基本内涵是相通的,具有某种一致性,是具有中国特色的可持续建筑理念。二、可持续设计的概念1.绿色建筑策略的生态经济协同优化科学的城市发展观是根据城市的生态承载力、生态足迹、生态赤字水平,判定城市可持续度,并采取措施削减生态赤字,进而达到生态平衡;通过对城市生态资源的综合评价,根据景观生态学理论和碳氧平衡原理,构建城市自然生态安全网络,确保城市自然生态环境不受或少受破坏与威胁,并为城市规划和城市设计提供科学的设计依据;借鉴生态经济学中生态—经济共赢与优化理论,从技术与制度两个层面认识绿色建筑设计策略的生态经济特征,引入“生态经济效率”与“环效—成本率”的概念和生态足迹分析方法,构建绿色建筑设计策略的生态经济优化模型,促进生态与经济的协同优化;通过相关法规的政策导向作用,促进循环经济发展及和谐社会的形成,为生态城市建设提供政策支持。2.满足生态水系统设计的各系统之间的和谐共系统论的基本观点是整体观点、等级观点和动态观点。系统的整体性是系统论的核心。城市是由自然生态系统、社会生态系统、经济生态系统等构成的复合生态系统。自然生态系统强调生态安全和生态效益;社会生态系统强调构建和谐社会和文化的先进性;经济生态系统强调适度发展和循环经济。这里既要保持每个系统内部的平衡,更要强调各系统之间的协调发展,实现复合生态系统的最优化,达到天、地、人和谐共生的目标。根据“整体大于各部分之总和”的原理,生态设计策略和能源结构的选择应注重资源整合,谋求整体最优化。3.生态位分离原理根据生态位理论,所有的生态元均具有相应的生态位。关键是看二者的关系是处于时空对位状态还是错位状态,或者说是适宜状态还是不适宜状态。对位可以充分保持其功能效益和稳定性、可持续发展;错位则会走向衰败或被淘汰。实践中最重要的是找准适宜生态位,并避免生态位重叠,一旦出现重叠必会引起竞争,须依照生态位分离原理来解决,即竞争形成生态位分异,分异导致共生,共生促进系统的稳定发展。根据生态适宜性原理,要合理利用现实生态位(或称存在生态位),挖掘潜在生态位(或称非存在生态位)。物质的存在状态是变化的,在现实生态位的状态下,它是资源;在潜在生态位的状态下,则是废弃物。当人们不断地将潜在生态位变成现实生态位时,物质就会从一种资源转变成另一种资源,实现资源的循环利用。4.注重建筑与自然环境的和谐发展建筑系统是一个开放系统,是地球生物圈中能量、物质流动的一个环节。这就要求我们全面关注生态环境建设,促进建筑与周围环境的良性互动;考虑时间因素,树立全寿命周期的建筑发展观念;考虑空间因素,控制建筑系统对自然生态系统的空间置换影响;考虑资源有限,在人居环境建设中要高效利用和保护地球上的资源,从少费多用的非物质化——减量化到循环利用的再物质化——资源化。5.生态安全保障在城市复合生态系统中,自然生态系统是人类生存和发展的生命支持系统,然而系统本身却十分脆弱,所以人们必须树立“自然生态优先”的思想,才能确保城市复合生态系统协调平衡。生态安全是国家安全和社会稳定的一个重要组成部分。越来越多的事实表明,生态破坏将使人们丧失大量适于生存的空间,并由此产生大量生态移民而冲击周边社会的稳定。保障生态安全,是生态与环境保护的首要任务。确保生态安全必须充分发挥自然生态系统的生态效益。生态安全在城市建设中体现为建构城市自然生态安全网络,它作为城市生态基础设施,是城市及其居民持续获得自然生态服务的保障,是城市规划与设计重要的组成部分和基本的设计依据。在住区建设中应注重场地设计的生态化,在建筑设计中要强调建筑对环境的生态化补偿。6.生物气候变化缓冲带的构建我国气候多样,在生态设计中,应根据建筑所在气候区的特点,采取因地制宜的生态策略,构建生物气候缓冲层,伴随生态经济优化的过程凸显地方特色。建筑设计选择生态策略时,我们主张被动式策略(自然通风、相变蓄热体、阳光房、保温隔热墙体等)优先,主动式策略(太阳能电池板、空调系统等)优化,有利于实现生态—经济双赢。7.生态建筑的技术创新生态环境建设是复杂的系统工程,不是单一学科、个别行业或少数人能够独立完成的,必须多学科交叉、跨行业合作以及全民参与才能真正实现。在学术层面,强调多学科交叉、联合攻关,综合解决复杂性问题。例如在宏观尺度的生态设计中,需要不同学科交叉;在中观和微观尺度的生态设计中,则要求相关专业密切配合,共同完成生态住区和绿色建筑的设计。在生态环境建设中,建筑师应起综合和整合的作用。在技术层面,强调跨行业合作,共同打造生态规划和生态建筑技术支持平台。在社会层面,必须提高全民的生态环境意识和参与意识,提倡绿色消费和节约型生活方式,建设新的城市生态文化。8.构建生态文明,推进循环经济城市生态文化价值观的核心思想是天、地、人和谐共生,体现在:普及生态伦理观,生态伦理是人对整个自然生态系统的道德意识,我们应确立“生态文明观”,并将“生态文明”作为现代文明的一种崭新形态;构建和谐社会,其思想基础是和谐文化,促进和谐文化建设,能为构建和谐社会提供强大的思想道德力量;推进循环经济,循环经济模式要求遵循生态学规律,合理利用自然资源和环境容量,在物质不断循环利用的基础上发展经济;根据接受美学原理共建生态城市,在生态城市规划与建设中遵循接受美学原理,主动预留空白和未定性,构成其召唤结构,充分调动接受主体的积极性(即公众参与),填补空白,圆满实现生态城市建设的目标。三、建筑节能策略可持续建筑可采用层层深入的设计方法,由外到内逐层剖析,采取的生态技术策略大致可分为四个层次,基本涵盖了绿色建筑评价标准中的各项评价指标:第一,建筑物对环境造成压力,产生负面影响,因此,建筑要对周边环境作出生态化的回应和补偿。第二,建筑物的外皮即围护结构是建筑节能的基础,重点要解决好墙体、门窗材料和构造的节能,要选用绿色节能材料。在建筑节材节能方面结构体系的潜力很大,改革的重点是结构体系整体优化、结构与围护一体化和房屋工业化生产。第三,要在节能的前提下创造健康舒适的室内环境,生态策略的选择应注意被动式设计策略优先,优化主动式设计策略。第四,高效利用石化能源,积极开发利用可再生能源。总的来说,可持续建筑设计策略应体现资源整合、集成创新、整体最优的原则。四、工程实例分析1.被动式节能策略清华大学超低能耗示范楼位于清华大学建筑馆东侧,建设用地560m²,建筑面积3000m²(图1,图2)。设计采取了五方面的生态策略:(1)在建筑与环境的关系上,充分挖掘场地的积极因素,转化消极因素,考虑建筑对环境空间置换影响,采用微型园林、人工湿地、植被屋面、生态舱等技术,对环境作出生态化补偿(图3~图5)。(2)结构体系选用钢结构,钢结构比钢筋混凝土结构自重轻,排放CO2少,便于材料的回收、再利用以及实验功能的需要。(3)在建筑围护结构方面,重点强调高性能、应变性和智能化,采用高保温隔热墙体、双层皮通风玻璃幕墙、真空玻璃幕墙、可控外遮阳、植被屋面。(4)在室内环境控制方面,被动式节能策略优先,包括热压通风、反光板、追踪采光系统、光导管系统、相变蓄热地面等(图6~图13)。主动式节能策略优化,包括室内温湿度独立控制空调系统、置换通风系统等。(5)在能源系统方面,采用燃气热电冷联产系统、溶液除湿新风系统、烟气吸收式热泵技术等。2.增加环境净化与环保,促进自然通风。据外部的生物环境,更该项目位于邯郸市高新技术开发区的西南部。用地范围约11860m²,建筑面积约14960m²(图14~图16)。设计中所采用的生态策略有:(1)在建筑布局上,充分利用好的朝向,争取阳光和风向等有利条件。建筑体形有利于减少能耗、自然通风、获取阳光。(2)通过分层交错的空中庭院布局,创造出健康宜人的办公环境,有利于工作人员接触自然,增加绿视率,有利于改善室内空气质量,促进室内自然通风。(3)通过外围护系统优化,减少了建筑能耗,减轻供热和空调的负荷,提高室内环境的舒适度。(4)采用毛管渗滤“生物床”技术处理部分生活污水,使水质达到景观用水的要求,为生态水池提供水源。(5)植物的选择与配置以绿量指标为指导,结合邯郸地区的气候特征,尽可能选用地方树种,以乔木、灌木、草坪相结合的方式,提高植被的叶面积指数。(6)利用电厂的废气资源,采用溴化锂吸收式制冷技术,减少能耗。3.景观领域的建筑改造该项目位于山西省五台县西龙池抽水蓄能发电站现场营地。项目用地面积约为72000m²,建筑面积17096.6m²(图17~图19)。设计中所采用的生态策略有:(1)在建筑布局上,根据基地内高差大的地形特点,结合当地气候和日照情况,采用台地式布局,力求保持原有的山地自然风貌,并保留了部分有价值的树木。(2)植物配置强调乔灌草相结合的复层植被结构,增加绿量,并且尽可能选用地方树种。雨水回渗地下,污水则采用毛管渗滤技术处理,用于景观用水,营造人工湿地和生态水池,以达到节约水资源、美化环境、改善场地小气候的目的。(3)建筑外墙采用外保温节能墙体,门窗采用中空玻璃,通过模拟计算,建筑遮阳采用以垂直遮阳为主、可调节的穿孔板外遮阳。(4)建筑体形和布局有利于自然通风。空调末端采用风机盘管,新风系统可除湿和热回收。(5)能源供应采用水源热泵系统,提供冷热源和生活热水。(6)建筑屋顶为种植屋面,建筑中庭作为气候缓冲空间或热压通风空间,并布置小型植物群落,改善空气质量,增加绿视率,形成“生态核”。4.图1:美国有助于建设更高水平的混合模型,如图2该项目位于青岛市崂山高新技术开发区。用地面积7008m²,建筑面积6385m²(图20,图21)。采取的生态技术策略有:节能的围护结构系统采用轻质节能混凝土砌块和Low-E中空玻璃,风光互补的可再生能源利