绿色建筑设计文献综述

绿色建筑设计文献综述摘要:20世纪60年代，美国建筑师保罗·索勒瑞提出了生态建筑的新理念，绿色建筑理论引入到中国以后,绿色建筑成为日益流行的概念。但国内人们长期以加强具体的绿色技术应用来实现绿色建筑,过程设计没有成为绿色建筑设计的研究重点，过程研究的滞后阻碍了绿色建筑多学科整合设计的实现，因此有必要对绿色建筑的相关文献进行梳理,对基本的概念进行深入的剖析。本文从方法论的视角出发,促使绿色建筑设计的重点问题转为如何提高设计与规划过程的效率和更合理使用技术。关键词:绿色建筑;绿色建筑技术;方法论;绿色建筑设计方法论;并行设计过程模型1绿色建筑世界性的能源和环境危机使得“可持续发展”(SustainableDevelopment)的思想在全世界范围内达成共识。从社会能源消费的构成来看，建筑能耗占总能耗的30%～40%，随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，建筑能耗将在一段时期内继续以较快的速度增长。对于城市和建筑来说，由传统的高消耗型发展模式转向节能环保型模式成为必然的趋势，绿色建筑的概念应运而生。绿色建筑的概念由美籍意大利建筑师保罗•索勒瑞于20世纪60年代首先提出，是指为人类提供一个健康、舒适的工作、居住、活动的空间，同时实现最高效率地利用能源、最低限度地影响环境的建筑物。现在这一概念得到了高度的重视，在不少国家得到实践推广，成为世界建筑发展的方向。经过30多年的发展，绿色建筑现在在国际上已有了许多成熟的评估体系，如美国的LEED、英国的BREEM、加拿大的GBC、日本的CASBEE、澳大利亚的NABERS等绿色建筑评估体系。中国也紧跟世界发展潮流，在2006年6月推出了GB/T50378-2006《绿色建筑评价标准》，从法律和标准上规范了绿色建筑的发展。2绿色建筑的内涵２００４年８月，住房和城乡建设部建设部颁发的《绿色建筑评价标准》对绿色建筑作出了如下定义：指在建筑的全寿命周期内（包括物料生产、建筑规划、设计、施工、运营维护及拆除过程），最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑¨。２】。从概念上来讲，绿色建筑主要包含了以下四点：（１）节约资源，即节能、节地、节水、节材，主要强调减少各种资源的浪费；（２）保护环境，强调减少环境污染，减少二氧化碳的排放；（３）满足人们的使用要求，为人们提供“健康”、“适用”、“高效”的使用空间；（４）循环利用可再生资源。所谓“绿色建筑”的“绿色”，并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园，而是一个概念或象征，有些专家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、保护环境舒适、健康、安全的建筑，从而实现与自然和谐共生。3绿色建筑的节能设计绿色建筑要求建筑物高效率地利用能源，最低限度地影响环境，实现“人-建筑-自然”三者的和谐统一。因此，建筑的节能设计成为实现绿色建筑的关键。建筑节能是指在建筑中提高能源利用率，用最有限的资源和最小的能源消耗取得最大的经济和社会效应。据粗略估算，采取周密、有效的建筑技术措施可降低2/3～3/4的建筑能耗。从社会和经济长久发展的角度来看，绿色建筑是未来发展的必然趋势，绿色建筑的节能设计也必将得到高度的重视。3.1建筑规划与整体设计建筑的规划与整体设计是建筑设计的一个重要部分也是实现建筑节能的关键环节，如果选址不当或者设计不合理将会在建筑后期运行中带来无法挽回的损失。在此阶段，建筑师应从整体综合设计概念出发，与结构工程师，设备工程师，能源分析专家和环境专家紧密配合，达到从策划、选址到设计都符合节能环保的要求。具体的措施如下。3.1.1合理选择建筑的地址选址时应因地制宜，结合当地的气候、文化、经济、交通、能源供应等诸多因素进行综合分析，充分利用自然环境，以达到最为经济、合理的效果。3.1.2采取合理的外部环境设计建筑外部环境对建筑能耗也有影响，如在建筑周围布置植被，水面等以改善局部微气候，避免热岛效应从而达到减少建筑内部能耗的目的。3.1.3合理设计建筑形态建筑形态设计包括建筑整体体量和建筑朝向的确定以及内部空间的合理分隔等，在设计中应最大限度地利用自然采光、自然通风等，以减少建筑对设备的依赖。3.2围护结构的设计建筑的围护结构包括门、窗、墙、屋顶、遮阳设施等，它们的设计对建筑耗能、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有很大的影响。国外资料表明，提高围护结构保温隔热性能所增加的投资，完全可以由节省的能源费用来补偿，一般情况下改善维护结构节能性能所增加的费用仅为总投资的3%～8%，而节约的能源可达20%～40%。墙体是建筑外围护结构的主体，起承重或分隔作用的单一材料墙体往往难以同时满足较高的保温隔热要求，因此，复合墙体得到了很快的发展。复合墙体不但解决了内外墙热桥的问题，而且具有增加室内实用面积，方便室内二次装修等优点。目前，主要采用的有模压或挤塑聚苯板、岩棉板、玻璃棉板、聚氨酯发泡等保温材料的复合墙体内外保温体系。窗的传热系数比外墙、屋面等围护结构大得多，住宅热损的35%是由于门窗与室外热交换造成的，使用中空玻璃、真空玻璃和低辐射玻璃代替单层玻璃是在建筑中降低门窗热耗的有效措施。屋顶保温技术应用较多的是加气混凝土，也有使用水泥聚苯板、水泥珍珠岩、浮石砂或采用架空保温屋面的。围护结构的设计随着新型材料的发展而发展，新型保温隔热、蓄热功能的墙体材料及复合化应用材料，高效热辐射材料，新型保温和密闭材料等，都会大大提高建筑节能功效。3.3提高能源利用效率据统计，在发达国家，空调采暖能耗占建筑能耗的65%，我国采暖空调和照明所用能量的增长速度已明显高于能量增长的速度。只有高能效的空调、照明系统与上述措施并行，才能真正的减少建筑能耗。要提高能源的利用率，首先，应根据建筑的特点、功能和当地的气候特点，设计高能效的暖通空调设备系统，如：热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。然后，在使用中采用高效的能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗等情况。以在2006年6月在清华大学落成的我国首座超低能耗节能示范楼为例：节能楼中使用的是水循环空调，采用这种系统后能源消耗比普通空调系统减少30%。该楼中每个房间都安装了感应装置，人离开房间后感应装置自动关闭光源，停止供应冷气和热气，比同等规模的建筑节能约70%左右。另外，节能楼中还配备了雨水和地渗水收集系统，可将这些水进行深度处理后再次利用，用于冲厕和景观用水[5]。虽然节能建筑的初期成本的投入比较高，但其投入使用后的运行成本确比高耗能建筑低许多，随着能源价格的不断上涨其经济效应将更加显著。3.4新能源的利用在绿色建筑中，新能源的利用对节约传统能源起着非常重要的作用。现在能源危机在世界范围内得到了广泛的关注，大量使用太阳能、地热能、风能、生物能等非常规、可再生并且绿色无污染的能源成为发展的趋势，符合绿色建筑的理念和可持续发展的思想。目前主要的太阳能利用方式有：①被动式太阳能热水系统，利用太阳能集热器或真空管吸收太阳辐射热，为用户提供生活热水。此系统结构简单、经济适用，在我国得到了广泛的运用；②主动式太阳能系统，在太阳能居室采暖方面具有更大的选择性，但需要外在能源启动运行，并需借助电扇或泵等装置来转换和传递太阳能，以此获得生活热水或提供居室供暖；③太阳能光伏发电系统，是利用太阳能光伏电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，提供室内设备用电或接入市政电网送电。此外还有太阳能吸收式制冷系统和太阳能干燥系统等。地热能的应用主要有：①利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和热水供应；②借助地源热泵和地道风系统利用低温地热能。风能的利用较适用于多风海岸线山区和易引起强风的高层建筑，在英国和香港已有成功的工程实例，但在建筑领域，较为常见的利用形式是自然通风方式。总体而言，新能源的利用规模还不大，技术上不完善，商品化程度也较低，仍需继续深入广泛地研究。4研究设计方法论对于绿色建筑设计的意义现阶段我国绿色建筑研究在技术方面已达到一定水平,技术的逐步成熟与体系化,促使绿色建筑设计的重点问题转为如何提高设计与规划过程的效率和更合理使用技术,实现集成优化。当前在设计整合方面所出现的问题最主要表现在设计过程上。由于人们长期以加强具体的绿色技术应用来实现绿色建筑，而忽视了设计方法论层面的研究所能带来的巨大影响．过程设计没有成为绿色建筑设计的研究重点，过程研究的滞后阻碍了绿色建筑多学科整合设计的实现。因此，如何从设计方法论的层面改革绿色建筑设计过程是真正实现绿色建筑设计的首要问题。“设计方法论”与“设计方法”仅一字之差,含义却相去甚远。设计方法是实现建筑的具体手段。会随着客观世界复杂性的增加而提高；而“设计方法论本身并不为建筑设计提供具体方法，它主要是把建筑设计这一种活动领域作为对象。”设计方法论是针对设计活动本质的研究方法。以方法论为基础，人们才能进一步提出各种具体设计方法。可以说，设计方法会不断更新，但始终要依托于设计过程。正如只有将各种绿色建筑设计方法融入到合理的设计过程之中，才能发挥作用。因此，绿色建筑设计的过程与方法的完美结合是实现绿色建筑的关键。5绿色建筑设计过程与其基本认知模型回溯到２０世纪６０年代，从引入系统论、控制论和信息论等学科成果，到建筑设计领域引发设计方法论运动开始，设计过程就受到了广泛的关注。其中，信息科学更是成为设计过程研究的基础学科。建筑设计方法论就是从信息科学角度出发，以对信息的认知来分解建筑设计过程的分析方式。可以从文献针对国内外学者对于设计过程所作的研究总结中，我们可发现信息及其流动过程形成了研究建筑设计活动的基本认知模型（图１）。该基本模型表明了设计活动中最重要的顺序性、交互性和叠代性，而我国传统建筑设计过程意图复杂的建筑设计过程则被概括为分析、综合和评价三种基本的思维活动。其中，分析的作用是根据事物的功能需求，把客观世界简化为模型，把问题分解到可以解决的程度；综合的作用是把元素组合成一个能工作的整体，提供多个备选方案：评价的作用则是检验设计方案是否能实现既定目标“圆。因此，建筑设计过程可以看作是建筑信息的流动过程。简而言之．绿色建筑设计活动的基本认知模型是分析设计过程的基础和单位。掌握了基本认知模型，我们才能够清晰地分析绿色建筑设计过程的具体层次，从而利用新的方法论．把不同的设计阶段整合为一个有机的整体，将合理的、具体的绿色建筑设计方法融入设计过程之中。6我国现阶段绿色建筑设计的方法及存在问题清华大学江亿院士曾表示：”要使建筑节能的推动模式真正运转起来，其关键是给出建筑能耗指标，建立起建筑能耗评估体系。“在我国，节能建筑评价指标体系既是正确评价建筑节能效果的标准，也是指导绿色建筑设计的依据。通过借鉴国外绿色建筑设计及评价方法，我国现行用来指导绿色建筑设计的方法主要有三类：按规定性指标、按性能性指标和年能耗对比评定法。着眼于设计过程，“按规定性指标进行的建筑节能设计中．整个设计过程与传统设计没有重大差别”；按建筑性能性指标设计的基本设计步骤。与传统建筑设计过程相比增加了反馈过程，但没有突破性的改进，年能耗对比评定法的设计过程与按性能性指标设计的过程基本相同，只是激发反馈的评价标准有所改变。运用信息科学中的信息流模型分析上述绿色建筑设计过程，我们能够更清晰地看到这些设计过程存在的问题。从传统建筑设计过程改进而来的绿色建筑设计过程仍保持着按要求顺序逐步完成任务、解决设计问题的线性思维方法。过程中由于专业分割明显，多数专业人员不能参与整个设计过程，无法掌握全方位信息。于是设计信息与信息反馈分散于建筑设计的各个阶段，无法保持完整和统一，造成信息与操作的片断性。这也致使建筑设计程序前后脱节，存在明显断层，不能进行有效信息反馈。另外，设计过程中如果更改设计，则需大量重复设计过程，工作效率大大降低。因此．