基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的綠色建筑設(shè)計(jì)策略研究

基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的綠色建筑設(shè)計(jì)策略研究

一、中國可持續(xù)建筑研究的應(yīng)用實(shí)踐綠色建筑是指在建筑生命周期中消耗最小的地球資源和能源，并在環(huán)境生活中制造最小的廢物的建筑。出發(fā)點(diǎn)是綠色環(huán)保。生態(tài)建筑是一個(gè)和諧共存的建筑，注重人與自然、發(fā)展和保護(hù)、建筑與環(huán)境的關(guān)系，側(cè)重于生態(tài)平衡。可持續(xù)建筑是指自然資源減少、循環(huán)再生、能源高效、生活環(huán)境安全、生態(tài)系統(tǒng)平衡運(yùn)行的建筑。資本和能源循環(huán)是平衡的。對(duì)于可持續(xù)建筑,世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)給出了四個(gè)原則和一個(gè)評(píng)定因素:四個(gè)原則分別是資源的應(yīng)用效率原則、能源的使用效率原則、污染的防止原則(室內(nèi)空氣質(zhì)量、CO2的排放量)、環(huán)境的和諧原則,評(píng)定因素是對(duì)以上四個(gè)原則的內(nèi)容進(jìn)行研究,以評(píng)定結(jié)果來判斷建筑是否為可持續(xù)建筑。我國從基本國情出發(fā),綜合考慮人與自然和諧發(fā)展、節(jié)約能源、有效利用資源和保護(hù)環(huán)境,提出“節(jié)能省地型住宅和公共建筑”這一概念,主要內(nèi)容是節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材與生態(tài)環(huán)境保護(hù),注重以人為本,強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)學(xué)者收集篩選出中外85個(gè)(其中國外70個(gè),國內(nèi)15個(gè))運(yùn)用可持續(xù)發(fā)展理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的建筑物進(jìn)行分析,結(jié)果表明,可持續(xù)建筑的核心內(nèi)容主要是節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材與生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面。從這個(gè)意義上講,節(jié)能省地型住宅和公共建筑與綠色建筑、生態(tài)建筑、可持續(xù)建筑的基本內(nèi)涵是相通的,具有某種一致性,是具有中國特色的可持續(xù)建筑理念。二、可持續(xù)設(shè)計(jì)的概念1.綠色建筑策略的生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同優(yōu)化科學(xué)的城市發(fā)展觀是根據(jù)城市的生態(tài)承載力、生態(tài)足跡、生態(tài)赤字水平,判定城市可持續(xù)度,并采取措施削減生態(tài)赤字,進(jìn)而達(dá)到生態(tài)平衡;通過對(duì)城市生態(tài)資源的綜合評(píng)價(jià),根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論和碳氧平衡原理,構(gòu)建城市自然生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò),確保城市自然生態(tài)環(huán)境不受或少受破壞與威脅,并為城市規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)提供科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù);借鑒生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)中生態(tài)—經(jīng)濟(jì)共贏與優(yōu)化理論,從技術(shù)與制度兩個(gè)層面認(rèn)識(shí)綠色建筑設(shè)計(jì)策略的生態(tài)經(jīng)濟(jì)特征,引入“生態(tài)經(jīng)濟(jì)效率”與“環(huán)效—成本率”的概念和生態(tài)足跡分析方法,構(gòu)建綠色建筑設(shè)計(jì)策略的生態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型,促進(jìn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)同優(yōu)化;通過相關(guān)法規(guī)的政策導(dǎo)向作用,促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及和諧社會(huì)的形成,為生態(tài)城市建設(shè)提供政策支持。2.滿足生態(tài)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各系統(tǒng)之間的和諧共系統(tǒng)論的基本觀點(diǎn)是整體觀點(diǎn)、等級(jí)觀點(diǎn)和動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)。系統(tǒng)的整體性是系統(tǒng)論的核心。城市是由自然生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)等構(gòu)成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)生態(tài)安全和生態(tài)效益;社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)構(gòu)建和諧社會(huì)和文化的先進(jìn)性;經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)適度發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。這里既要保持每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的平衡,更要強(qiáng)調(diào)各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)化,達(dá)到天、地、人和諧共生的目標(biāo)。根據(jù)“整體大于各部分之總和”的原理,生態(tài)設(shè)計(jì)策略和能源結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)注重資源整合,謀求整體最優(yōu)化。3.生態(tài)位分離原理根據(jù)生態(tài)位理論,所有的生態(tài)元均具有相應(yīng)的生態(tài)位。關(guān)鍵是看二者的關(guān)系是處于時(shí)空對(duì)位狀態(tài)還是錯(cuò)位狀態(tài),或者說是適宜狀態(tài)還是不適宜狀態(tài)。對(duì)位可以充分保持其功能效益和穩(wěn)定性、可持續(xù)發(fā)展;錯(cuò)位則會(huì)走向衰敗或被淘汰。實(shí)踐中最重要的是找準(zhǔn)適宜生態(tài)位,并避免生態(tài)位重疊,一旦出現(xiàn)重疊必會(huì)引起競爭,須依照生態(tài)位分離原理來解決,即競爭形成生態(tài)位分異,分異導(dǎo)致共生,共生促進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)生態(tài)適宜性原理,要合理利用現(xiàn)實(shí)生態(tài)位(或稱存在生態(tài)位),挖掘潛在生態(tài)位(或稱非存在生態(tài)位)。物質(zhì)的存在狀態(tài)是變化的,在現(xiàn)實(shí)生態(tài)位的狀態(tài)下,它是資源;在潛在生態(tài)位的狀態(tài)下,則是廢棄物。當(dāng)人們不斷地將潛在生態(tài)位變成現(xiàn)實(shí)生態(tài)位時(shí),物質(zhì)就會(huì)從一種資源轉(zhuǎn)變成另一種資源,實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。4.注重建筑與自然環(huán)境的和諧發(fā)展建筑系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng),是地球生物圈中能量、物質(zhì)流動(dòng)的一個(gè)環(huán)節(jié)。這就要求我們?nèi)骊P(guān)注生態(tài)環(huán)境建設(shè),促進(jìn)建筑與周圍環(huán)境的良性互動(dòng);考慮時(shí)間因素,樹立全壽命周期的建筑發(fā)展觀念;考慮空間因素,控制建筑系統(tǒng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的空間置換影響;考慮資源有限,在人居環(huán)境建設(shè)中要高效利用和保護(hù)地球上的資源,從少費(fèi)多用的非物質(zhì)化——減量化到循環(huán)利用的再物質(zhì)化——資源化。5.生態(tài)安全保障在城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中,自然生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng),然而系統(tǒng)本身卻十分脆弱,所以人們必須樹立“自然生態(tài)優(yōu)先”的思想,才能確保城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)平衡。生態(tài)安全是國家安全和社會(huì)穩(wěn)定的一個(gè)重要組成部分。越來越多的事實(shí)表明,生態(tài)破壞將使人們喪失大量適于生存的空間,并由此產(chǎn)生大量生態(tài)移民而沖擊周邊社會(huì)的穩(wěn)定。保障生態(tài)安全,是生態(tài)與環(huán)境保護(hù)的首要任務(wù)。確保生態(tài)安全必須充分發(fā)揮自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效益。生態(tài)安全在城市建設(shè)中體現(xiàn)為建構(gòu)城市自然生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò),它作為城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施,是城市及其居民持續(xù)獲得自然生態(tài)服務(wù)的保障,是城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)重要的組成部分和基本的設(shè)計(jì)依據(jù)。在住區(qū)建設(shè)中應(yīng)注重場地設(shè)計(jì)的生態(tài)化,在建筑設(shè)計(jì)中要強(qiáng)調(diào)建筑對(duì)環(huán)境的生態(tài)化補(bǔ)償。6.生物氣候變化緩沖帶的構(gòu)建我國氣候多樣,在生態(tài)設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)建筑所在氣候區(qū)的特點(diǎn),采取因地制宜的生態(tài)策略,構(gòu)建生物氣候緩沖層,伴隨生態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的過程凸顯地方特色。建筑設(shè)計(jì)選擇生態(tài)策略時(shí),我們主張被動(dòng)式策略(自然通風(fēng)、相變蓄熱體、陽光房、保溫隔熱墻體等)優(yōu)先,主動(dòng)式策略(太陽能電池板、空調(diào)系統(tǒng)等)優(yōu)化,有利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)—經(jīng)濟(jì)雙贏。7.生態(tài)建筑的技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境建設(shè)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程,不是單一學(xué)科、個(gè)別行業(yè)或少數(shù)人能夠獨(dú)立完成的,必須多學(xué)科交叉、跨行業(yè)合作以及全民參與才能真正實(shí)現(xiàn)。在學(xué)術(shù)層面,強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉、聯(lián)合攻關(guān),綜合解決復(fù)雜性問題。例如在宏觀尺度的生態(tài)設(shè)計(jì)中,需要不同學(xué)科交叉;在中觀和微觀尺度的生態(tài)設(shè)計(jì)中,則要求相關(guān)專業(yè)密切配合,共同完成生態(tài)住區(qū)和綠色建筑的設(shè)計(jì)。在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中,建筑師應(yīng)起綜合和整合的作用。在技術(shù)層面,強(qiáng)調(diào)跨行業(yè)合作,共同打造生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)建筑技術(shù)支持平臺(tái)。在社會(huì)層面,必須提高全民的生態(tài)環(huán)境意識(shí)和參與意識(shí),提倡綠色消費(fèi)和節(jié)約型生活方式,建設(shè)新的城市生態(tài)文化。8.構(gòu)建生態(tài)文明,推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)城市生態(tài)文化價(jià)值觀的核心思想是天、地、人和諧共生,體現(xiàn)在:普及生態(tài)倫理觀,生態(tài)倫理是人對(duì)整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)的道德意識(shí),我們應(yīng)確立“生態(tài)文明觀”,并將“生態(tài)文明”作為現(xiàn)代文明的一種嶄新形態(tài);構(gòu)建和諧社會(huì),其思想基礎(chǔ)是和諧文化,促進(jìn)和諧文化建設(shè),能為構(gòu)建和諧社會(huì)提供強(qiáng)大的思想道德力量;推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì),循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式要求遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律,合理利用自然資源和環(huán)境容量,在物質(zhì)不斷循環(huán)利用的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟(jì);根據(jù)接受美學(xué)原理共建生態(tài)城市,在生態(tài)城市規(guī)劃與建設(shè)中遵循接受美學(xué)原理,主動(dòng)預(yù)留空白和未定性,構(gòu)成其召喚結(jié)構(gòu),充分調(diào)動(dòng)接受主體的積極性(即公眾參與),填補(bǔ)空白,圓滿實(shí)現(xiàn)生態(tài)城市建設(shè)的目標(biāo)。三、建筑節(jié)能策略可持續(xù)建筑可采用層層深入的設(shè)計(jì)方法,由外到內(nèi)逐層剖析,采取的生態(tài)技術(shù)策略大致可分為四個(gè)層次,基本涵蓋了綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo):第一,建筑物對(duì)環(huán)境造成壓力,產(chǎn)生負(fù)面影響,因此,建筑要對(duì)周邊環(huán)境作出生態(tài)化的回應(yīng)和補(bǔ)償。第二,建筑物的外皮即圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能的基礎(chǔ),重點(diǎn)要解決好墻體、門窗材料和構(gòu)造的節(jié)能,要選用綠色節(jié)能材料。在建筑節(jié)材節(jié)能方面結(jié)構(gòu)體系的潛力很大,改革的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體系整體優(yōu)化、結(jié)構(gòu)與圍護(hù)一體化和房屋工業(yè)化生產(chǎn)。第三,要在節(jié)能的前提下創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境,生態(tài)策略的選擇應(yīng)注意被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略優(yōu)先,優(yōu)化主動(dòng)式設(shè)計(jì)策略。第四,高效利用石化能源,積極開發(fā)利用可再生能源?？偟膩碚f,可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)策略應(yīng)體現(xiàn)資源整合、集成創(chuàng)新、整體最優(yōu)的原則。四、工程實(shí)例分析1.被動(dòng)式節(jié)能策略清華大學(xué)超低能耗示范樓位于清華大學(xué)建筑館東側(cè),建設(shè)用地560m2,建筑面積3000m2(圖1,圖2)。設(shè)計(jì)采取了五方面的生態(tài)策略:(1)在建筑與環(huán)境的關(guān)系上,充分挖掘場地的積極因素,轉(zhuǎn)化消極因素,考慮建筑對(duì)環(huán)境空間置換影響,采用微型園林、人工濕地、植被屋面、生態(tài)艙等技術(shù),對(duì)環(huán)境作出生態(tài)化補(bǔ)償(圖3~圖5)。(2)結(jié)構(gòu)體系選用鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重輕,排放CO2少,便于材料的回收、再利用以及實(shí)驗(yàn)功能的需要。(3)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)高性能、應(yīng)變性和智能化,采用高保溫隔熱墻體、雙層皮通風(fēng)玻璃幕墻、真空玻璃幕墻、可控外遮陽、植被屋面。(4)在室內(nèi)環(huán)境控制方面,被動(dòng)式節(jié)能策略優(yōu)先,包括熱壓通風(fēng)、反光板、追蹤采光系統(tǒng)、光導(dǎo)管系統(tǒng)、相變蓄熱地面等(圖6~圖13)。主動(dòng)式節(jié)能策略優(yōu)化,包括室內(nèi)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)、置換通風(fēng)系統(tǒng)等。(5)在能源系統(tǒng)方面,采用燃?xì)鉄犭娎渎?lián)產(chǎn)系統(tǒng)、溶液除濕新風(fēng)系統(tǒng)、煙氣吸收式熱泵技術(shù)等。2.增加環(huán)境凈化與環(huán)保,促進(jìn)自然通風(fēng)。據(jù)外部的生物環(huán)境,更該項(xiàng)目位于邯鄲市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的西南部。用地范圍約11860m2,建筑面積約14960m2(圖14~圖16)。設(shè)計(jì)中所采用的生態(tài)策略有:(1)在建筑布局上,充分利用好的朝向,爭取陽光和風(fēng)向等有利條件。建筑體形有利于減少能耗、自然通風(fēng)、獲取陽光。(2)通過分層交錯(cuò)的空中庭院布局,創(chuàng)造出健康宜人的辦公環(huán)境,有利于工作人員接觸自然,增加綠視率,有利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量,促進(jìn)室內(nèi)自然通風(fēng)。(3)通過外圍護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化,減少了建筑能耗,減輕供熱和空調(diào)的負(fù)荷,提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度。(4)采用毛管滲濾“生物床”技術(shù)處理部分生活污水,使水質(zhì)達(dá)到景觀用水的要求,為生態(tài)水池提供水源。(5)植物的選擇與配置以綠量指標(biāo)為指導(dǎo),結(jié)合邯鄲地區(qū)的氣候特征,盡可能選用地方樹種,以喬木、灌木、草坪相結(jié)合的方式,提高植被的葉面積指數(shù)。(6)利用電廠的廢氣資源,采用溴化鋰吸收式制冷技術(shù),減少能耗。3.景觀領(lǐng)域的建筑改造該項(xiàng)目位于山西省五臺(tái)縣西龍池抽水蓄能發(fā)電站現(xiàn)場營地。項(xiàng)目用地面積約為72000m2,建筑面積17096.6m2(圖17~圖19)。設(shè)計(jì)中所采用的生態(tài)策略有:(1)在建筑布局上,根據(jù)基地內(nèi)高差大的地形特點(diǎn),結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚝腿照涨闆r,采用臺(tái)地式布局,力求保持原有的山地自然風(fēng)貌,并保留了部分有價(jià)值的樹木。(2)植物配置強(qiáng)調(diào)喬灌草相結(jié)合的復(fù)層植被結(jié)構(gòu),增加綠量,并且盡可能選用地方樹種。雨水回滲地下,污水則采用毛管滲濾技術(shù)處理,用于景觀用水,營造人工濕地和生態(tài)水池,以達(dá)到節(jié)約水資源、美化環(huán)境、改善場地小氣候的目的。(3)建筑外墻采用外保溫節(jié)能墻體,門窗采用中空玻璃,通過模擬計(jì)算,建筑遮陽采用以垂直遮陽為主、可調(diào)節(jié)的穿孔板外遮陽。(4)建筑體形和布局有利于自然通風(fēng)?？照{(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管,新風(fēng)系統(tǒng)可除濕和熱回收。(5)能源供應(yīng)采用水源熱泵系統(tǒng),提供冷熱源和生活熱水。(6)建筑屋頂為種植屋面,建筑中庭作為氣候緩沖空間或熱壓通風(fēng)空間,并布置小型植物群落,改善空氣質(zhì)量,增加綠視率,形成“生態(tài)核”。4.圖1:美國有助于建設(shè)更高水平的混合模型,如圖2該項(xiàng)目位于青島市嶗山高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。用地面積7008m2,建筑面積6385m2(圖20,圖21)。采取的生態(tài)技術(shù)策略有:節(jié)能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用輕質(zhì)節(jié)能混凝土砌塊和Low-E中空玻璃,風(fēng)光互補(bǔ)的可再生能源利