低碳設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑中的發(fā)展與對(duì)環(huán)境的影響

朱虹

引言

人類社會(huì)是自然界長(zhǎng)期發(fā)展的產(chǎn)物，在遠(yuǎn)古的蒙昧?xí)r期就生活在大自然的懷抱中。起初人類抵御自然災(zāi)害能力低下，而敬畏地忍受著自然規(guī)律的制約與生存命運(yùn)的擺布。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，我們清楚的看到建筑的存在與建筑技術(shù)的每一次進(jìn)步，都是為人類改善居住環(huán)境和協(xié)調(diào)與大自然的關(guān)系進(jìn)行頑強(qiáng)的努力。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的革命，特別是工業(yè)化時(shí)代的超速發(fā)展。出現(xiàn)了城市高樓林立，阡陌交通，爆發(fā)式的資源消費(fèi)。高密度的污染及大規(guī)模的廢棄物產(chǎn)出。這種人為的人與自然的對(duì)抗越來(lái)越嚴(yán)重地威脅到人類自身安全與生存。臭氧空洞、溫室效應(yīng)、酸雨、沙塵暴、物種滅絕、水源匱乏、SARS等等。這些我們當(dāng)代人必須面對(duì)的危機(jī)與挑戰(zhàn)，是我們?nèi)祟愡^(guò)度發(fā)展，激化與自然的矛盾所導(dǎo)致的全球?yàn)?zāi)難與問(wèn)題。

在我國(guó)改革開(kāi)放、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展日新月異的今天，對(duì)照歐，美國(guó)家在現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中的痛苦經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。中國(guó)的城市發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程，不能再重蹈覆轍。在城市建設(shè)中一定要重新考慮人與自然的關(guān)系，尊重自然生態(tài)規(guī)律。讓越來(lái)越多的低碳建筑、低碳社區(qū)、低碳城市構(gòu)成我國(guó)未來(lái)希望的發(fā)展前景。

一、低碳建筑的可持續(xù)設(shè)計(jì)

（一）什么是低碳設(shè)計(jì)

低碳設(shè)計(jì)是一種在不減弱自然系統(tǒng)的健康發(fā)展和再生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上便能夠滿足人類需求的一種平衡設(shè)計(jì)。美國(guó)建筑師學(xué)會(huì)將低碳設(shè)計(jì)定義為“將這個(gè)系統(tǒng)賴以運(yùn)轉(zhuǎn)的重要資源持續(xù)不斷地運(yùn)用至將來(lái)的一種社會(huì)能力的設(shè)計(jì)”。在世界人口激增、能源需求量增加、環(huán)境持續(xù)污染的年代中，低碳設(shè)計(jì)正迅速成為當(dāng)今世界所提倡。

我們目前的經(jīng)濟(jì)體系中并沒(méi)有意識(shí)到那些已經(jīng)枯竭資源的價(jià)值以及環(huán)境污染和生物可持續(xù)性銳減的代價(jià)。如果每個(gè)人一天的碳排放量以數(shù)字記錄，可以得出一個(gè)人一天的碳足跡。記錄碳足跡可以提醒人類對(duì)大自然虧欠了多少。所以，對(duì)低碳設(shè)計(jì)的研究凸顯了我們對(duì)自然無(wú)節(jié)制攝取的克制和在日常行為中改善與自然之間關(guān)系的種種努力。我們漸漸地意識(shí)到環(huán)境可持續(xù)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)間的密切關(guān)系。如果說(shuō)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)是目標(biāo)，那么低碳設(shè)計(jì)就是我們這些設(shè)計(jì)者們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。低碳設(shè)計(jì)使能源惡消耗、效率低下、排污嚴(yán)重的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄?jié)制利用資源、富有活力且可反復(fù)使用的循環(huán)系統(tǒng)。

（二）為什么要發(fā)展低碳建筑的可持續(xù)設(shè)計(jì)

目前人們?cè)絹?lái)越清晰的認(rèn)識(shí)到二氧化碳排放量猛增，會(huì)導(dǎo)致全球氣候變暖，而全球氣候變暖會(huì)對(duì)整個(gè)人類的生存和發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。實(shí)際上，城市里碳排放60%來(lái)源于建筑維持功能本身，而交通汽車(chē)只占到30%。氣候變化、空氣污染和資源緊缺，這一切促成了地方、區(qū)域和全球范圍日益增長(zhǎng)的環(huán)境關(guān)注。其中可持續(xù)城市和低碳建筑的發(fā)展問(wèn)題需要更多的關(guān)注，因?yàn)榻ㄔ旎顒?dòng)在消耗大量資源的同時(shí)制造大量的環(huán)境污染物。

對(duì)于發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，低碳建筑思想也越來(lái)越受到重視，并已寫(xiě)進(jìn)國(guó)家的發(fā)展規(guī)劃中。事實(shí)上，早在2007年我國(guó)提出的《能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中，明確提出到2010年，將使單位GDP能源消耗量比2006年降低20%的目標(biāo)。

建筑可持續(xù)目標(biāo)的最終達(dá)成需要所有建筑專業(yè)人員——建筑師和工程師的共同協(xié)作。政府也應(yīng)當(dāng)在可持續(xù)建筑的追求中發(fā)揮作用，鼓勵(lì)和促進(jìn)有環(huán)境意識(shí)的建筑實(shí)踐。建筑的生命周期很長(zhǎng)，我們今天做出的任何決定都會(huì)在今后幾十年中持續(xù)他們的影響。

二、上海世博會(huì)中建筑與環(huán)境的低碳設(shè)計(jì)

（一）低碳設(shè)計(jì)在建筑中的運(yùn)用——以英國(guó)零碳建筑為例

1.英國(guó)零碳館的設(shè)計(jì)由來(lái)

2010上海世博會(huì)中，有一位來(lái)自英國(guó)的設(shè)計(jì)師比爾.鄧斯特提出顛覆城市傳統(tǒng)，徹底改變?nèi)藗兩畹睦砟?。盡管人們已經(jīng)意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要性，可是現(xiàn)代人的生活任然依賴那些需要排放二氧化碳的能源。比爾認(rèn)為要想徹底的改變城市環(huán)境就要改變?nèi)祟惖纳钅Ｊ?，讓人們不再依賴石油、煤油等能源。這座建筑之所以被稱為零碳館是因?yàn)樗枰碾娏?、水和食物完全是自給自足的，不需要世博區(qū)提供任何幫助。無(wú)論它舒適的空間，美麗的空中花園還是智能配套的設(shè)施，都讓人相信在這里可以找到理想的生活。

2.在設(shè)計(jì)初始分析英國(guó)零碳館所能運(yùn)用的低碳材料

英國(guó)零碳館中所有的生活垃圾都可以被降解，并且轉(zhuǎn)化為火力發(fā)電能源。墻體附著有特殊的熒光涂料，白天儲(chǔ)存的太陽(yáng)能量，將在夜間釋放熒光。以減少照明能耗。房子朝南的墻壁采用的是鏤空設(shè)計(jì)，以后會(huì)裝上玻璃，自然采光；而房子的北面墻壁則被設(shè)計(jì)為斜坡?tīng)?。玻璃窗采光，也和發(fā)電完美結(jié)合。屋頂?shù)奶?yáng)能熱水板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。另外還將種上一種名叫“景天”的半肉質(zhì)植物?！熬疤臁辈粌H有助于防止冬天室內(nèi)的熱量散失，而且還能使零碳館從周邊各展館中“脫穎而出”。此外，四季恒溫是零碳館的最大特點(diǎn)。其中的秘訣就在于屋頂上的一個(gè)獨(dú)特的裝置“風(fēng)帽”。它們的任務(wù)就是時(shí)刻采集新鮮的空氣并調(diào)節(jié)室溫，讓室內(nèi)外的空氣不停地流通。

3.在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮英國(guó)零碳館的技術(shù)應(yīng)用

英國(guó)零碳館在上海建造時(shí)技術(shù)上遇到了一些全新的挑戰(zhàn)。歐洲處于寒帶氣候區(qū)，它需要的是制熱。然而在上海，它僅僅是一小部分時(shí)間需要制熱，大部分時(shí)間需要制冷。上海夏天濕熱的天氣，讓風(fēng)帽這種靠自然通風(fēng)，為室內(nèi)降溫的功能幾乎失靈。所以在降溫上需要找到新的技術(shù)方法。世博會(huì)最佳實(shí)踐區(qū)在黃埔江畔依江而建。江水就是最好的降溫元素。于是設(shè)計(jì)師改變風(fēng)帽的內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)。將一部分江水引到零碳館下方，與進(jìn)入風(fēng)帽的熱空氣進(jìn)行冷熱交換，空氣降溫之后再被分配到每個(gè)房間。這就可以在不使用空調(diào)的情況下依然保持室內(nèi)的涼快舒適。（如圖1、2）

（二）低碳設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響——以西班牙空氣生態(tài)樹(shù)為例

低碳設(shè)計(jì)在環(huán)境中的運(yùn)用非常廣泛。大到整個(gè)城市，小到樓前廣場(chǎng)。在過(guò)去十年中整個(gè)設(shè)計(jì)水平發(fā)展很快。但是總體感覺(jué)環(huán)境事業(yè)的發(fā)展有點(diǎn)浮躁，或許我們追求了更多視覺(jué)的沖擊，而忽略了對(duì)周邊環(huán)境的影響。

在上海世博園區(qū)里，一個(gè)最佳實(shí)踐區(qū)內(nèi)。有一個(gè)奇特外形的建筑，這就是來(lái)自西班牙的空氣生態(tài)樹(shù)。在園區(qū)內(nèi)人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。上海的氣溫達(dá)到35℃的高溫，園區(qū)內(nèi)進(jìn)行施工的工人在休息的時(shí)間，不去安裝了空調(diào)的工人休息室休息，反而都來(lái)到這個(gè)西班牙的空氣生態(tài)樹(shù)下乘涼，并且在這個(gè)建筑物周?chē)鷽](méi)有任何制冷設(shè)備。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，雖然空氣生態(tài)樹(shù)的建筑是一個(gè)開(kāi)放式的空間，但是這里的溫度要比周?chē)?-10度。設(shè)計(jì)師瓊斯﹒路易斯﹒瓦列霍在生態(tài)樹(shù)的傘狀結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置，它可以將水霧化為超微粒子，擴(kuò)散至空氣中，通過(guò)增加“傘”下的濕度，來(lái)達(dá)到降溫效果。為了更好的達(dá)到既環(huán)保又有好的降溫效果，設(shè)計(jì)師又在空氣生態(tài)樹(shù)上加裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，他帶動(dòng)空氣樹(shù)內(nèi)部的電扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使空氣循環(huán)流通。同時(shí)在空氣樹(shù)的外圍設(shè)計(jì)了黑色的紗布，來(lái)遮擋中午的陽(yáng)光，以便達(dá)到更好的降溫效果。

三、實(shí)現(xiàn)建筑與環(huán)境低碳設(shè)計(jì)的方法

由于低碳設(shè)計(jì)涉及到整體的環(huán)境質(zhì)量，因此，與建筑材料與能源等相關(guān)的問(wèn)題十分重要。事實(shí)上，低碳設(shè)計(jì)不一定要花費(fèi)更多。而且，低碳設(shè)計(jì)能夠提高建筑物的價(jià)值。以下是對(duì)實(shí)現(xiàn)低碳建筑設(shè)計(jì)的幾種方法的簡(jiǎn)單介紹：

（一）保證熱舒適度的同時(shí)提高能效

通過(guò)能源分析改進(jìn)設(shè)計(jì)，利用完整的建筑體系安排以確保系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)運(yùn)行。首先謹(jǐn)慎而系統(tǒng)地降低建筑的整體荷載，當(dāng)所有的建筑荷載都降低后開(kāi)始考慮建筑內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)。在降低建筑物的全部荷載后，就像對(duì)一些更小的設(shè)備那樣，所降低的就不僅僅是運(yùn)行費(fèi)用，而且還包括初始的投資。首先對(duì)建筑元素進(jìn)行定位和模塊化，然后考慮建筑物的表皮，最后進(jìn)行玻璃設(shè)計(jì)。能源分析應(yīng)當(dāng)與在建筑最初的概念設(shè)計(jì)開(kāi)始就彼此融合，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠充分認(rèn)識(shí)到特定的建筑類型、項(xiàng)目要求及氣候區(qū)域在能量設(shè)計(jì)當(dāng)中存在的問(wèn)題。

（二）發(fā)展靈活設(shè)計(jì)以延長(zhǎng)建筑壽命

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和適于加熱、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)通信系統(tǒng)的靈活基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將應(yīng)對(duì)未來(lái)需求的靈活可變的設(shè)計(jì)融入發(fā)展之中。采用適于擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，在建設(shè)中避免使用改造難度大、造價(jià)高的埋入式的固定電纜、管道系統(tǒng)和暗槽。對(duì)于需要較長(zhǎng)使用周期的設(shè)施應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，使建筑系統(tǒng)易于進(jìn)行定期維修和選擇性的更換。對(duì)于預(yù)期使用壽命較短的設(shè)施則應(yīng)考慮其將來(lái)的可能用途或拆除的相關(guān)設(shè)計(jì)。

（三）利用與環(huán)境更協(xié)調(diào)的建筑材料

在整個(gè)生命周期內(nèi)評(píng)估建筑材料對(duì)環(huán)境的影響，如：材料中揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量，可再生能力，可循環(huán)能力，低能耗、低污染性等是實(shí)施綠色建筑的重要環(huán)節(jié)。因此，要適當(dāng)應(yīng)用當(dāng)?shù)夭牧希琨溄?、磚石以及木材等，從而將建筑材料本身所造成的污染降至最小。

四、低碳設(shè)計(jì)的未來(lái)

低碳設(shè)計(jì)本質(zhì)上是使環(huán)境設(shè)計(jì)更加人性化，通過(guò)與自然更多地接觸和對(duì)社會(huì)更多的關(guān)注提供更好的生活環(huán)境。建筑是有適應(yīng)性的。如果設(shè)計(jì)合理，建筑可以在很大范圍的環(huán)境情形下舒適安全。人類也是有適應(yīng)性的。他們可以生活在北極冰天雪地的單薄帳篷里，也可以生活在赤道上炎熱的沙漠里。只需要很簡(jiǎn)單很直接地打開(kāi)窗戶，就可以帶來(lái)更多對(duì)低碳的創(chuàng)造性使用，更多的流通空間和更多的自然光線，這些不僅是建筑在技術(shù)層面上更加節(jié)能，同時(shí)促進(jìn)人與自然的交流。在走向可持續(xù)未來(lái)的過(guò)程中，我們不僅得到可見(jiàn)的好處，而且從心理上講，人們?cè)诳沙掷m(xù)的建筑中感覺(jué)更好，從而增強(qiáng)了他們的安寧感，提高了工作效率。

在未來(lái)的一個(gè)世紀(jì)，全球溫度很可能還將持續(xù)上升，設(shè)計(jì)師們需要對(duì)建筑性能有更好的理解，才能保證被動(dòng)和低能耗建筑持續(xù)有效地滿足使用者的需求、期待和福利。

五、結(jié)語(yǔ)

低碳建筑與景觀設(shè)計(jì)的理論體系和獨(dú)特的藝術(shù)形式深深的影響著當(dāng)代的城市、環(huán)境和建筑的發(fā)展。將低碳環(huán)保的能源利用技術(shù)與現(xiàn)代的建筑與環(huán)境有機(jī)融合，創(chuàng)造出更良好的人類居住環(huán)境和活動(dòng)空間。合理的利用大自然中可再生資源，減小不可再生資源的浪費(fèi)以及對(duì)環(huán)境的污染。這樣既可改善建筑物周?chē)臍夂?，減少建筑物內(nèi)的溫度波動(dòng)、凈化空氣、降低噪聲、美化環(huán)境。同時(shí)還能調(diào)節(jié)人的神經(jīng)系統(tǒng)，消除緊張及疲勞情緒，有益身心健康。低碳設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)代建筑、環(huán)境設(shè)計(jì)師重要的設(shè)計(jì)方式。

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【作者單位：上海大學(xué)美術(shù)學(xué)院】