建筑生态效益实证
建筑生态效益实证
【摘要】
本文阐述了建筑生态效益的内涵与特征,并通过对两个建筑实例的分析,探索更为合理的生态技术在同一个建筑的不同阶段中的应用。
案例一是对英国可持续发展的住宅进行案例研究。阿尔派思路住宅是INTEGER的设计项目之一,体现了一种“全菜单”式的可持续发展概念,并且将这种循环发展的理念贯穿于整个设计、施工和使用过程中。该项目为低收入的社会群体提供了一种可持续发展的生活体验,并且将这种“可持续发展的生活”作为未来住宅设计的目标和发展方向。
案例二是对大进深的平面布局的公共图书馆进行建筑生态效益探索,通过对建筑的特殊功能需求、当地的特殊气候特征,探讨如何平衡建筑设计中不同的手法和特点,以创造出与特殊气候环境和谐共生的一种相对舒适的室内环境,并制定相应的环境设计策略。自然通风的组织将是此次生态设计的重点。
【关键词】
生态效益、设计策略、案例分析
1. 生态效益
建筑生态效益是人类的主体行为与自然因子、经济因子和社会因子通过能量流、物质流、信息流、人力流等生态流整体配合、协同作用的结果。在建筑环境中,人作为行为主体,按照自己的意识和需求对原生生态系统进行开发和改造,能量的摄取、储存和转化,物质的开采、加工、运输及废弃,信息的获取、处理和反馈,以及不同条件下人的行为、心理及其社会经济表现都直接或间接地影响甚至改变着人类的生存环境,同时也使我们赖以生存的自然生态环境承受着越来越沉重的负荷。
因此,建筑生态效益是表征在人类利用建筑技术建立为自身生存发展服务的建筑及其附属人工环境的过程中,建筑在建造、使用、运行以及废弃的全生命周期过程中对人类生存环境、经济社会运行和原生自然生态系统的功能和结构稳定性的影响,以及对改善自然环境质量、减少资源环境负荷和提高人类生活品质、促进人类社会可持续发展方面所起的功能和整体效用。
以下的两个案例将通过对建筑设计手法和技术手段的运用,最终实现建筑生态效益的最大化。
2. 可持续住宅案例研究
该住宅是INTEGER (Intelligent and Green,智能与绿色)的一个项目,在某种程度上,它体现了一种“全菜单式”的“考虑气候敏感性的环境设计”。在该项目中,建筑设计方法得到了全面的考虑,这使得阿尔派思路住宅建筑本身体现出当今可持续发展设计的最高水平。
2.1. 概况
2.1.1. 建筑描述
位于英国梅登黑德市的阿尔派思路住宅是一个包含19套一居室公寓(其中部分带有西
南向的阳台)、6套两居室公寓,以及2套3居室联体住宅的小型住宅区。其周边是停车场、循环储藏库和一些公共的堆积库房。这个住宅区是对一个废弃的停车场的重新开发应用,离火车只需步行5分钟,距离大型的城镇中心也只有几分钟的路程。它于2001年完工并且代表了当时可持续发展住宅设计的最高水平。
2.1.2. 设计项目组
·INTEGER建筑师:Bree Day Partnership
·客户:MDHA:Maidenhead&District Housing Association.
·承包商:布里克顿建设公司(Brickerton Construction)
·智能系统:i&l limited
·设备工程师:奥斯卡·费伯(Oscar Faber)
·结构工程师:安东尼·沃德及合伙人事务所(Anthony Ward Partnership)
·质量检测:安德鲁及合伙人事务所(The Andrews Partnership)
·健康和安全计划:克里斯·蒙克顿事务所(Chris Monckton Associates)
·M&E顾问:费伯·蒙塞尔,奥斯卡·费伯(Faber Maunsell, Oscar Faber)
2.1.3. 气候分析
梅登黑德位于英国的中南部(西经0°38′,北纬51°26′),伦敦附近。该地区冬季的日平均气温约4℃,而夏季的日平均气温约18℃。在冬季,最低的平均气温约1℃,最高平均气温约7℃;在夏季,最低平均气温约13℃,最高平均气温约24℃。由此可见,梅登黑德全年平均气温的变化范围在11℃以内。
梅登黑德的年平均相对
湿度超过了60%,并且在冬
季达到相对湿度的最高点
92.5%。即使在平均相对湿
度最低的7月,这里的平均
相对湿度也达到了62.5%。
因此,不难看出梅登黑德的
气候是典型的英国气候类
型,而且梅登黑德的天气状
况和伦敦很相似冬天寒冷而
潮湿,夏天凉爽且相对干燥。
所以在这一区域进行气候敏
感性设计的根本目的就是通
过提高日照来增加春秋两季
跃层住宅剖面 的被动受热,同时降低风速
以减少冬季的寒冷。
2.2. 主要设计特点
·可持续发展的规划和设计
必须贯彻整个设计过程。和
传统的设计相比,可持续发
展设计是“提前载入”的,
早期的决定可以极大地影响
能量效率、太阳能设计、日
照以及自然冷却等。
·可持续发展设计成种
跃层住宅首层平面 跃层住宅2层平面 单层住宅
建筑体系而非一种说明性的建筑类型,可持续发展的建筑并没有任何特殊的外观和风格。 ·可持续发展的建筑并不意味比传统建筑更多的投资,也不应该更加复杂。
·将每个组成部分作为整体的一部分加以考虑的整体设计是成功的可持续发展设计的一个标准。
·最大程度地减少能源消耗和促进人类健康生活应改成为可持续发展设计的组织原则。设计的各项原理可以归为:建筑特点节能、建筑外墙的能源储存,以及有效利用能源且促进人体健康的机械、电力和管道系统。
2.2.1. 可持续发展设计过程
可持续发展设计不仅仅是整个建筑设计的一个单一部分。事实上,它贯穿于整个建筑项目的全过程开始于原有建筑的拆迁,结束于下一个建筑项目设计的开始。在阿尔派思路住宅中,这个设计思想得到了清晰的体现。
从一开始,可持续发展的基本原理就运用在这个项目中。这个地块原是一个停车场,包括了166个预制的混凝土车库。为了避免不必要的建筑垃圾掩埋及处理费用,车库被就地拆毁并碾碎。碾碎后的材料被用作填铺车道和人行道。这个方案很大程度上利用了已有的材料,从而减少了材料的消耗。
在这个项目中,可持续发展的概念从始至终地融入到整个房屋的使用寿命中,而不是仅仅作为一个设计目的。此外,这个设计过程本身也向人们展示了一个全新的可持续发展的思想:“可持续发展”应该作为一个循环的过程来加以考虑,这不仅仅是某些建筑师的事情,而是一个关于全人类发展的切实问题。
2.2.2. “被动”和“混合”的可持续发展设计
在这个项目的建造过程中,“被动的”可持续发展设计得到了和“混合的”可持续发展设计一样的重视:而且在设计过程中,被动的可持续发展设计都得到了足够的考虑,例如地块的选择、房屋的朝向、阴影的计算、房屋的形式、空气的流通、室内的温度平衡等,这极大地减少了潜在的能源消耗。
这个发展项目建在一个单坡上,并朝向西南以最大成都地获取自然光和太阳能。房屋的朝向以及西南立面设计(大面积的玻璃)使得房屋本身极大地获取阳光,而屋顶的光管也将自然光导入室内楼梯问作为补充照明。而低能日光灯的使用,减少了能量的消耗。此外,每幢房屋都有一个两层的玻璃温室,这不仅提供了一个额外的活动空间,同时也是一个热缓;中地带:冬季存储热量以保持房屋前部的温暖,夏季则可帮助热空气通风流动。在北面,窗户被设计的尽可能小以减少阴面热量的流失。
该设计采用被动的负压通风系统提供了一种有效保持空气清新的方法,它无需任何能量也不需使用电扇排出气味及潮湿的空气。管道穿过所谓“潮湿的”房间一一厨房和卫生间——到达屋顶,湿热的空气通过负压效应从管道中排出,无需任何额外的能量。而窗户则起到让新鲜空气进入的作用。
2.3. 可持续的、智能的建造特点
作为棕地的重新开发,住宅区在建造和使用过程中都采用了全菜单的可持续发展设计方法——使用原始的资源,有效地节省能源以及尽可能减少有害废物对环境的影响。同时,作为lNTEGER当时最大的一项计划,该发展项目也代表了一种真实的“全菜单”智能和绿色房屋解决方案,提出了很多有关大规模市场化住宅的创新性提议。
2.3.1. 建造技术
房屋由可循环利用的可持续材料建造,采用了维修费用低的未处理的西部红雪松作为外墙以及可循环利用的报纸纤维作为隔热层。整个房屋都使用了涂有低反射率物质的双层玻璃窗,并漆上不溶涂料。所有的木框架和窗户都是在工厂里预制并组装在一起然后运到工地。这保证了更好的工艺及稳定状态,减少了工地的操作。因此,在工地的操作只是将所有的墙
面板和地板架组装在一起,并嵌入预铸的混凝土地基中。
起初,墙面板被设计成完全隔热的(超隔热体),但是供应商认为这是不可能的。因此在未来的项目中使用完全隔热的封闭木墙面板就成为实践的目标。事实上,木墙面板的U值,0.2W/㎡℃,几乎是现有建筑标准的两倍。
2.3.2. 智能系统
2.3.2.1. 光电面板
房屋采用太阳能技术——屋顶的太阳能面板。安装的光电系统是一个“栅格连接”系统,也就是说,光电板通过不用电池的变极器和国家电网联系在一起。因此,当系统释放出超出房屋所需的电量时,超额将被引导回国家电网,而租户将得到提供电量的收入。根据系统的大小以及用户的电量需求,该系统可以提供住户需要电量的30%~90%。
根据太阳高度和方位,光电板倾斜了45°,使其能有效地将太阳能转换成电能,并尽可能减少由于障碍物形成的阴影。由于住户光电板的结构和数量的不同,每个住户输出电量在1KW到8KW之间(总输出电量为20.4KW)。由于总面积达172㎡。,这种PV装置预计每年可以产生16000KWh的电量。和其他相同大小的传统房屋相比,每个住户的全部能量需求将会减半。举例说来,PV板产生的免费的太阳能可以使一台家用计算机一天运行6小时,或是一台小电视机和5个低能日光灯泡一天开5小时。而且,通过对比和分析温度和辐射数据,制造商可以远程监控系统的运行。
2.3.2.2. 太阳能热水器
房屋的热水是由镶嵌在屋顶的太阳能热水器提供的,增加了一般由传统的汽锅提供的家用热水量。由此可以有效地减少对传统热水器需求的80%,(典型系统:60%)。该系统的平均产量预测是:夏季为1.126KW/h,冬季则是0.926KW/h。
同传统的相同大小的房屋比较,这个结果大大减少了用于加热的能量需求。
2.3.2.3. 维修核心桶
房屋提供了电视、电话、电缆和数据的接口以方便家庭办公,同时提供一个可持续的环境。所有的这些都在一个竖直的核心桶内,包括垃圾井、通风管、热水管、电线等,减少了无必要的管道排布。由于只有一个容易辨认以及易进的通道,维护起来也十分方便。
而且,每个住户都有一个这样的通道到达管道和电缆,便于维护,并可以在不破坏结构的情况下对下部构件进行改造。
2.3.2.4. 远程监控
通过在办公室里远程监控热、电、水和气表,梅登黑德地方住宅协会(MDHA)可以了解房屋的状况并对智能系统进行管理。这就将设备维修的方式从定期维护转变到有需求时的维护,节省了人力、财力和潜在的能量消耗。
举例说来,作为智能系统的一部分,热量从中央汽锅系统传递到每一个单元。这种传递并不是无方向性的,而是根据每个房间温度的不同有选择性地传递。也就是说,如果房间足够温暖,即使是供热时间,热量也不会传入。
设计者希望这项技术有一天可以用来减少不必要的汽车旅行和潜在的能量损失。例如,远程读出油表后通过电子邮件发送账单,而客户则可以通过网上银行进行支付。如果公司愿意采纳,所有的这些在今天都是可以实现的,而且不需要额外的能源。
2.3.3. 环境特征
2.3.3.1. 屋顶
作为房屋的第六立面,屋顶在设计的过程中得到了充分的重视。设计者在屋顶表面覆盖了一层草皮(alpine sedum),这是一种易生长的绿色植物,能产生氧气并在大雨的时候吸收雨水降低局部洪水的危险。
此外,绿色的植物覆盖层是包裹在矿物棉上的,并额外增加了保水层以防止屋顶排水过快。这不仅在降水不足的季节减少了90%的水分流失,同时也改善了小气候,使周围的空
气更湿润凉爽。
耐用的绿色屋顶同时也可作为当地野生动植物的栖息地,这使得住宅小区和环境更加和谐。
2.3.3.2. 表面雨水收集系统
雨水被绿色植物顶吸收并缓慢释放。释放后的雨水通过管道流到地下室中,并通过紫外线除菌处理后作为公共用水储藏在地下,用于灌溉等。
2.3.3.3. 灰水循环系统
为了节约用水,该住宅采用灰水循环系统,即将浴缸、淋浴和洗手池的废水经过处理后储存到外部贮藏罐中并作为;中厕用水。此外,还安装了节水马桶和节水龙头将用水量降到最低。水流的速率被远程监控以确保及时补给去垢剂,免除过早的、不必要的检查。
因为厨房用水可能残留食物的残渣,而洗衣用水包含清洁剂,所以这些并不是灰水循环系统图2 住宅太阳房外观
的一部分。
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2.3.3.4. 地基
原有的车库被碾碎后用来填充车道和人行道,石块路板可以在保养或是需要修理的时候抬起,因此复原时的损害可以降到最低。
房屋使用了预制混凝土楼板,这意味着两个大跨度的承重墙之间不需要额外的支撑。因此减少了土方量以及混凝土的需求量,同时施工过程也大大缩短。
2.4. 结论与启发
对于“人类”来说,可持续的生活是指最好的平衡环境的可持续性、社会的可持续性和经济的可持续性。
作为租给低收入者的住宅,将房屋使用过程中的费用降到尽可能低是非常重要的。这个设计可以减少气、水和电费的一半,提高了租户的生活质量。因此,在社会的可持续性领域,这个设计是非常成功的。
此外,在环境的可持续性方面,作为利用包含所有节能措施的预制木结构的倡导者,这
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