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行业透视 建筑节能设计需“天人合一”
陈滨
高楼林立,是一个城市繁华的标志,这些钢铁丛林,在构建我们城市和住所的同时,也在消耗着大量的能源。目前我国在建筑使用过程中直接消耗能源约占全社会总能耗的30%,使用钢材、水泥等生产能耗,占总能耗的16.7%,两项相加,我们已经十分短缺的能源,有近一半是被建筑消耗的。所以,建筑节能势在必行。
建筑师往往更多关注功能和美学
建筑能耗包括居住建筑和公共建筑使用中的能耗,其中,以采暖、空调、照明能耗所占的比例最大,造成这种高能耗的原因,其实跟建筑的早期设计有着密切的关系。建筑师在早期设计阶段其实是有很多策略可以来实现采暖、降温、通风和采光,来降低能耗的。建筑能耗没能在早期设计阶段得到控制的原因,在于建筑学科的分割,各学科之间又没有良好的沟通。同时,针对被动式环境调控的方法上缺乏较完善的设计规范。而建筑能耗这个问题,是上个世纪70年代由欧洲科学家最早提出来的,这是因为在二战之后,欧洲大陆百废待兴,人们对住房的需求也在急剧的增长,正是在这种时代背景下,一种工期短、结构简单的现代化建筑大量的出现。而我们国家在上个世纪五十年代,也陆续地建造了类似的建筑,这样的建筑曾经满足了人们的住房需求,但是它主要是用水泥预制板建造的,所以保温性能很差,人们要想达到舒适的目的,就需要消耗大量的能源。
不少建筑师在早期设计阶段,更多的是关注功能上和所谓美学上的设计考虑,建筑的热功特性,以及环境气候条件的考量往往有所欠缺,导致这个建筑物的能耗非常高。另外一方面,暖通专业是非常被动的,建筑师设计成什么样子,我们就只能针对你这个房屋,冬天缺多少热量,就供给多少热量,夏天需要降温多少,就供给你多少冷量。那么在这个过程中间,就变成建筑是高耗能的了。
让建筑和当地气候环境有机结合起来
改革开放以后打开国门,我们实际上学习引进了非常多的西方工业化的房屋建造技术,一方面加快了我们建筑的建造速度,但是另一方面却失去了地域文化的一些特征以及气候特征,变成了一种相同的模式,也就是工业化的产品,不管你是在什么地方,全是实行的同一种标准,统一的工业化的产品。 其实,要节能,我们首先就要考虑这个地方的气候特点,在进行建筑设计的时候,有效地利用当地的一些有利于来降低能耗、降低营造室内环境所需要消耗的自然条件。我国南北方温差比较大,不同气候环境让各地的建筑也有了不同的变化,即使是同一种建筑材料,所用的地域不同,它所造成的能耗也有着很大的差异。上个世纪九十年代,我国各地建筑中出现了大量的玻璃幕墙,一座座写字楼、商场都披上了透明的外衣,而在这种漂亮的外衣下,付出的竟然是高能耗的代价。大面积的玻璃窗,就是现代化的一种时尚,就是这样的一种生活方式,导致夏天大量的太阳光热通过玻璃窗进来,我们空调就要花费更多的电来降温,从住在里面的人来讲,他可能觉得这个房子挺明亮、挺舒服的,但是对于我们建筑来讲,能耗就是大幅度升高。有数据显示:玻璃幕墙能源消耗量,南方远远高于北方。
经过了大量的走访、测量,我们发现:陕北的窑洞要比现在的高层建筑节能20%,岭南地区的骑楼、吊脚楼,也要比现在的居民楼节能30%。由此可见,中国传统建筑手法,就是利用了自然的条件,因地制宜地建造了各种既有地方特色,又节能环保的建筑,而这恰恰是教科书本中所没有的。西北地区的窑洞,实际上它主要是利用了当地的一些地质条件,比如说它有很厚的黄土层,实际上最早的窑洞,很可能就是在黄土里面挖一个洞,非常简单地挖一个洞,它利用了很厚的土壤层的所谓的热惰性,使室外空气的温度变化对它洞里面的影响非常小,所以这都是一些因地制宜的、适合当地气候的一些传统民居。 天人合一的BEACH理论
现在采暖通风的系统设计过程中间所依据的一些设计参数,其实是有很多不合理的地方,比如说我们把冬天和夏天的室内环境温度设成恒定的,也就是说把冬天南北方的温度都设计成一样的,比如说冬季采暖我们设计成18~20度,夏季开空调的时候,我们可能是设计到26~28度,这是设计规范所规定的。可是我们也注意到,很多人不愿意长期呆在一个人工环境里面。那么人、建筑和气候三者之间,到底应该是一种什么样的状态呢?BEACH理论或可加以解释。
BEACH实际上是B-E-A-C-H五个英文单词的首字母,是由Building Environment,也就是建筑环境,Adaptive Comfort,就是适应性热舒适,和Health,也就是健康,这三个词的首字母所形成的,它主要是将建筑环境、人对自然环境的适应性以及健康,把它综合在一起来考虑的一种室内环境的营造方式的一种方法。
在建筑环境领域,通过良好的建筑设计来实现环境调控的方法,被称作建筑环境的被动式控制;而采用空调或采暖等设备系统,实现对环境的调控,则属于主动式控制。“天人合一理论”追求的是人类生存环境与自然界之间保持一种平衡。
近年来在欧洲比较流行的,德国开发的被动式房屋技术,他们的一个很重要的想法,就是通过良好的建筑设计,来减少对采暖空调系统的能耗,所以他们的原则就是使建筑达到一个非常好的保温状态,以及这个气密性。有一个词叫做冬暖夏凉,我们一直都希望能够建造一个冬暖夏凉的房屋,去实现建筑的天时、地利、人,这也许是建筑师的一个努力方向吧。(作者系大连理工大学建筑环境与新能源研究所所长)