试论绿色建筑设计的定义与概念设计原则
关键词：绿色建筑含义；建筑设计；概念设计；设计原则
1概念设计的重要性
概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。
强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。
同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念、深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。
2绿色建筑的含义
绿色建筑的内涵已有许多的论述。归纳起来就是“资源有效利用”的建筑。有人把绿色建筑归结为具备4R的建筑。即Reduce,减少建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用;Renewable,利用可再生能源和材料;Recycle,利用回收材料,设置废弃物回收系统;Reuse,在结构允许的条件下重新使用旧材料。因此,绿色建筑是资源和能源有效利用、保护环境,亲和自然,舒适、健康、安全的建筑。
3绿色建筑的设计原则
绿色建筑首先要关注的还是以人为本,为居住者提供舒适健康、安全便利的居住场所,在使用功能上满足人们的要求。但有别于传统的建筑体系,绿色建筑关注的不仅仅是建筑自身,加强资源节约与综合利用,保护自然资源,体现“绿色”化,因地制宜,充分利用自然条件,才是实现绿色建筑的关键。
绿色建筑中最核心、最有生命力的不是某种固定的结论或方法,而是这种思想所蕴涵的设计原则。从建筑的选址、规划、设计、功能的设定、材料和技术的选用、设备的安装,到建筑建成后的营运、维护,绿色建筑的思想都以人为中心,与自然融为一体,贯穿建筑的整个使用周期。从根本上来说,它是重视人、自然、建筑三者互动关系的产物,要求建筑师在建筑设计中把握设计与环境的关系。其特点主要体现:
3.1整体及环境优先原则
建筑应作为一个开放体系与其环境构成一个有机系统,设计要追求最佳环境效益。建筑要体现对自然环境和社会生态环境的关心和尊重,主要表现在保持当地文脉,保护历史人文景观,重视建筑场地对地形、地势的利用,加强建筑对当地技术、材料的利用,加强绿化,减少环境污染,用独特的美学艺术让建筑体现时代精神。
3.2简单高效发展的原则
绿色建筑应体现对能源的节省,尽可能利用可再生能源,如太阳能、风能等,加大智能化设计,广泛利用电子通讯和信息技术,要有预见性地研究建筑与社会发展的互动关系,做到近期规划与长期规划的结合,为扩建和建造留有余地。
3.3健康舒适的原则
绿色建筑应保证建筑的适用性,体现对用户的关心,增强用户与自然环境的沟通,让人们在健康、舒适、充满活力的建筑中生活和工作。这主要体现在创造良好的通风对流环境,增加建筑的采光系数,保证室内一定的温、湿度,创造良好的声环境氛围,建立立体绿化系统净化环境。
4绿色建筑的概念设计
绿色建筑的设计分为整体设计和建筑的单体设计来论述。绿色建筑的设计不仅仅是针对某一个建筑的设计,而是建立在一定的区域范围内的,以当地的社会经济文化及气候、地理、资源为条件,以综合各种绿色技术作为手段,以构筑绿色自然生态及社会经济良性循环系统为目标的宏观概念。在这样的链式结构中,每一个局部的相对闭合的体系,又都相对开放地与其它环节休戚相关。
城市的开发建设应与当地的自然环境、资源、社会经济背景结合,在发展建设的同时,创造性的保护和利用已有条件。一方面改变不合理的布局模式、区域划分、空间结构和资源配置,另一方面让城市的社会历史文脉,自然地理特征得以沿袭并以此成为城市的个性标志。
干旱少雨地区与湿热地区相比,由于气候条件的差异,在城市的空间布局模式上就有区别,前者采取相对紧凑的城市结构,后者则要求城市空间的相对通透开畅以利于安排空气流动通廊;丘陵地区的城市风貌与平原地区城市也有着显著不同。
绿色建筑需要各专业之间综合考虑,整体协调才能得以实现。综合设计涉及到了场地、景观、建筑、结构、机电等各专业的内容。绿色建筑目标的实现需要相关专业的协同努力。除场地、景观外,各专业的概念设计措施如下:
4.1弹性设计方案
采用弹性设计方案,提高房屋的适用性、可变性,具体表现在建筑结构、建筑设备等灵活性要求上,体现“一二十年不落后,三四十年可改造”的思想,减少后期投入费用。
4.2建筑体型和平面设计
建筑的体型系数即建筑物表面积与体积比,它与建筑的热工性能密不可分。建筑细高比越大、热损耗/热吸收也就越大。以立方体建筑为例,最经济的比例是1:4(高:宽)。在相同体积时分散的布局模式要比集中布局的建筑热耗大,从节能的角度宜首选高层和中高层建筑。具体设计时减少建筑外墙面积、控制层高。建筑层高固定时,对于确定的建筑面积,都有与之相适宜的最佳节能楼层数。
同时,减少体型凹凸变化,采用规则平面形式。一个好的建筑布局可以最大限度地利用现场的资源来减少建筑得热和改善室内的环境质量,仔细划分建筑内的使用功能区,使不需要窗户的功能区域尽量安排在建筑物的北面,使具有相似使用功能的功能区域尽量位于同一区域,以利于建筑物通风和空调系统的设计及节能。
尽量依靠物理学原理,利用风压和热压,在室内组织自然通风,既减少了对空调设备的依赖又能防潮、除湿、换气、改善空气质量;而且,就对人的舒适度而言,自然空气是远胜过设备产生的空气的。
如德国新国会大厦的热平衡系统的处理穹顶下造型奇特的锥体内设置的通风管道吸走室内热空气,并通过热量转换器将其中的热量吸收。这一锥体可以使新鲜空气进入室内后缓慢地扩散到室内各个角落,然后变热、上升、排出。既提高室内人员的舒适感而且减少了通风的噪声。
4.3建筑围护措施
室内热稳定性与建筑热惰性指标成正比,建筑外围护结构对建筑的热工效益也构成很大影响。建筑热量平衡,就是在建筑中合理利用和有效利用能源,不断提高能源利用率。这其中主要涉及耗能大的方面就是北方地区的采暖和南方地区的隔热。国内的热平衡主要体现在围护方面,国外的有些做法是利用建筑本身的设计。
因此如何通过设计来有效地做好建筑采暖和隔热工作,并利用建筑构件调节采光方式,建立可持续发展的建筑环境是值得设计人员探讨的问题。如利用已存在的地形作为建筑的围护结构,可以减小建筑物的能源消耗。
4.4机电设备
建筑设备的运行和维护是建筑能耗的主要方面,节能和高效是现代建筑设备设计的方向,主要体现在:应使得现有设备的运行时间和和运行峰值与建筑使用者的活动情况相适应,可通过计算机控制和测量各点情况,使能源利用的结构更加合理;采用热回收效率高的设备以及变频.变流量输出系统;使用自动功率调节系统和照明、动力的系统,并尽可能使昼夜能耗得到平衡作用。
4.5暖通空调制冷节能
暖能空调制冷在建筑物中具有主动性,因此我们应慎重地对待。空调建筑物及空调房间的布置应遵循下列原则:
4.5.1建筑平面与体型应尽量简单方整,减少保温墙长度;
4.5.2空调房间应尽量与一般房间分开而集中布置;
4.5.3室内温湿度参数要求相同、使用性质和消声要求较一致的空调房间尽量相邻或上下层相对布置:
4.5.4为了避免太阳辐射热的影响,应尽量避免东西朝向布置和布置在项层;
4.5.5应尽量避免紧邻高温或高湿房间;
4.5.6建筑物转角处的空调房间不宜在两面外墙上都设置窗户,以减少传热和渗透;空气调节房间的外窗面积应尽量减少。
4.6水处理
中国水资源是有限的。水资源的利用,包括建筑内的供水、排水、卫浴用水、建筑物外的景观用水、绿化用水等,是给排水设计的一个要点。节水设计应重点考虑水资源的循环利用,在建筑组团中设置污水处理设备,经物理方式处理后的中水即可用于花木庭园浇灌及土壤渗透等方面。
并采取节水型器具等措施,降低用水量,同时加强屋顶雨水的收集和再利用。地面雨水可结合实际情况进行收集或通过采用可渗透的路面材料使雨水能深入地层,保持水体循环。另外,在建筑采暖中热水的循环利用,能为建筑节省很多能耗。
4.7结构体系及材料的选择
节材是走研究新型工业化和产业化道路,应选择高效经济的建筑结构和材料,如用钢结构,高强预应力混凝土体系。尽量减少使用不可再生能源和在生产或使用过程中产生污染的材料,积极开发可再生的新能源,如太阳能、风能、水能等无污染能源。
尽可能利用可降解、可再生材料,引进新型建材生产技术、开发生产环保、节能型建筑材料。就住宅建设而言,建设部已明令淘汰一些不符合节能、计量、环保等要求的产品及质量低劣的产品,以保证住宅产业向资源节约型方向发展,如实心粘土砖、空腹钢窗、原木门窗、镀锌管、铸铁水龙头。
4.8智能设计
目前,大量电子通讯和自动化技术在建筑中得以运用,出现了智能化大楼,可以根据温度、湿度、风力的情况自动调节“智能壳体”的开闭和空调量,保证了大楼中智能化生产和脑力劳动的高生产率,智能化的发展可以促进绿色建筑在“高标准、低能耗、高效能、低污染”状态下持续发展。
4.9地下空间的利用与节能
这一点与单体设计无关,但在节能设计中,也是值得推广的一种形式。地下空间由于有厚实的土层这种天然保温材料的围护,受地面温度的变化影响很小,土层三米以下深处的温度几乎不受外界影响,因此地下空间有冬暖、夏凉的突出优点,是一种节约制冷与采暖耗能最经济有效的建筑形式,地下空间的大量开发无疑对建筑节能起到很大的促进作用。尤其在我省,大量由于历史原因被废弃的防空洞,是一个值得利用的资源。
参考文献
[1]刘建勋,徐菁,绿色建筑的设计方法探讨[J],山西建筑2006.4
