低碳設計在現代建筑中的發展與對環境的影響

朱虹

引言

人類社會是自然界長期發展的產物，在遠古的蒙昧時期就生活在大自然的懷抱中。起初人類抵御自然災害能力低下，而敬畏地忍受著自然規律的制約與生存命運的擺布。隨著人類社會的不斷發展，我們清楚的看到建筑的存在與建筑技術的每一次進步，都是為人類改善居住環境和協調與大自然的關系進行頑強的努力。

隨著科學技術的發展和新技術的革命，特別是工業化時代的超速發展。出現了城市高樓林立，阡陌交通，爆發式的資源消費。高密度的污染及大規模的廢棄物產出。這種人為的人與自然的對抗越來越嚴重地威脅到人類自身安全與生存。臭氧空洞、溫室效應、酸雨、沙塵暴、物種滅絕、水源匱乏、SARS等等。這些我們當代人必須面對的危機與挑戰，是我們人類過度發展，激化與自然的矛盾所導致的全球災難與問題。

在我國改革開放、經濟與社會發展日新月異的今天，對照歐，美國家在現代化發展過程中的痛苦經歷與經驗教訓。中國的城市發展和城鎮化進程，不能再重蹈覆轍。在城市建設中一定要重新考慮人與自然的關系，尊重自然生態規律。讓越來越多的低碳建筑、低碳社區、低碳城市構成我國未來希望的發展前景。

一、低碳建筑的可持續設計

（一）什么是低碳設計

低碳設計是一種在不減弱自然系統的健康發展和再生產能力的基礎上便能夠滿足人類需求的一種平衡設計。美國建筑師學會將低碳設計定義為“將這個系統賴以運轉的重要資源持續不斷地運用至將來的一種社會能力的設計”。在世界人口激增、能源需求量增加、環境持續污染的年代中，低碳設計正迅速成為當今世界所提倡。

我們目前的經濟體系中并沒有意識到那些已經枯竭資源的價值以及環境污染和生物可持續性銳減的代價。如果每個人一天的碳排放量以數字記錄，可以得出一個人一天的碳足跡。記錄碳足跡可以提醒人類對大自然虧欠了多少。所以，對低碳設計的研究凸顯了我們對自然無節制攝取的克制和在日常行為中改善與自然之間關系的種種努力。我們漸漸地意識到環境可持續與經濟可持續間的密切關系。如果說環境和經濟可持續是目標，那么低碳設計就是我們這些設計者們實現這一目標的方法。低碳設計使能源惡消耗、效率低下、排污嚴重的系統轉變為有節制利用資源、富有活力且可反復使用的循環系統。

（二）為什么要發展低碳建筑的可持續設計

目前人們越來越清晰的認識到二氧化碳排放量猛增，會導致全球氣候變暖，而全球氣候變暖會對整個人類的生存和發展構成嚴重威脅。實際上，城市里碳排放60%來源于建筑維持功能本身，而交通汽車只占到30%。氣候變化、空氣污染和資源緊缺，這一切促成了地方、區域和全球范圍日益增長的環境關注。其中可持續城市和低碳建筑的發展問題需要更多的關注，因為建造活動在消耗大量資源的同時制造大量的環境污染物。

對于發展中國家來說，低碳建筑思想也越來越受到重視，并已寫進國家的發展規劃中。事實上，早在2007年我國提出的《能源發展“十一五”規劃》中，明確提出到2010年，將使單位GDP能源消耗量比2006年降低20%的目標。

建筑可持續目標的最終達成需要所有建筑專業人員——建筑師和工程師的共同協作。政府也應當在可持續建筑的追求中發揮作用，鼓勵和促進有環境意識的建筑實踐。建筑的生命周期很長，我們今天做出的任何決定都會在今后幾十年中持續他們的影響。

二、上海世博會中建筑與環境的低碳設計

（一）低碳設計在建筑中的運用——以英國零碳建筑為例

1.英國零碳館的設計由來

2010上海世博會中，有一位來自英國的設計師比爾.鄧斯特提出顛覆城市傳統，徹底改變人們生活的理念。盡管人們已經意識到可持續發展的重要性，可是現代人的生活任然依賴那些需要排放二氧化碳的能源。比爾認為要想徹底的改變城市環境就要改變人類的生活模式，讓人們不再依賴石油、煤油等能源。這座建筑之所以被稱為零碳館是因為他所需要的電力、水和食物完全是自給自足的，不需要世博區提供任何幫助。無論它舒適的空間，美麗的空中花園還是智能配套的設施，都讓人相信在這里可以找到理想的生活。

2.在設計初始分析英國零碳館所能運用的低碳材料

英國零碳館中所有的生活垃圾都可以被降解，并且轉化為火力發電能源。墻體附著有特殊的熒光涂料，白天儲存的太陽能量，將在夜間釋放熒光。以減少照明能耗。房子朝南的墻壁采用的是鏤空設計，以后會裝上玻璃，自然采光；而房子的北面墻壁則被設計為斜坡狀。玻璃窗采光，也和發電完美結合。屋頂的太陽能熱水板，將太陽能轉化為熱能。另外還將種上一種名叫“景天”的半肉質植物。“景天”不僅有助于防止冬天室內的熱量散失，而且還能使零碳館從周邊各展館中“脫穎而出”。此外，四季恒溫是零碳館的最大特點。其中的秘訣就在于屋頂上的一個獨特的裝置“風帽”。它們的任務就是時刻采集新鮮的空氣并調節室溫，讓室內外的空氣不停地流通。

3.在設計過程中考慮英國零碳館的技術應用

英國零碳館在上海建造時技術上遇到了一些全新的挑戰。歐洲處于寒帶氣候區，它需要的是制熱。然而在上海，它僅僅是一小部分時間需要制熱，大部分時間需要制冷。上海夏天濕熱的天氣，讓風帽這種靠自然通風，為室內降溫的功能幾乎失靈。所以在降溫上需要找到新的技術方法。世博會最佳實踐區在黃埔江畔依江而建。江水就是最好的降溫元素。于是設計師改變風帽的內部循環系統。將一部分江水引到零碳館下方，與進入風帽的熱空氣進行冷熱交換，空氣降溫之后再被分配到每個房間。這就可以在不使用空調的情況下依然保持室內的涼快舒適。（如圖1、2）

（二）低碳設計對環境的影響——以西班牙空氣生態樹為例

低碳設計在環境中的運用非常廣泛。大到整個城市，小到樓前廣場。在過去十年中整個設計水平發展很快。但是總體感覺環境事業的發展有點浮躁，或許我們追求了更多視覺的沖擊，而忽略了對周邊環境的影響。

在上海世博園區里，一個最佳實踐區內。有一個奇特外形的建筑，這就是來自西班牙的空氣生態樹。在園區內人們發現了一個奇怪的現象。上海的氣溫達到35℃的高溫，園區內進行施工的工人在休息的時間，不去安裝了空調的工人休息室休息，反而都來到這個西班牙的空氣生態樹下乘涼，并且在這個建筑物周圍沒有任何制冷設備。

經過實踐我們發現，雖然空氣生態樹的建筑是一個開放式的空間，但是這里的溫度要比周圍低8-10度。設計師瓊斯﹒路易斯﹒瓦列霍在生態樹的傘狀結構內設計了一個裝置，它可以將水霧化為超微粒子，擴散至空氣中，通過增加“傘”下的濕度，來達到降溫效果。為了更好的達到既環保又有好的降溫效果，設計師又在空氣生態樹上加裝了風力發電機，他帶動空氣樹內部的電扇轉動，使空氣循環流通。同時在空氣樹的外圍設計了黑色的紗布，來遮擋中午的陽光，以便達到更好的降溫效果。

三、實現建筑與環境低碳設計的方法

由于低碳設計涉及到整體的環境質量，因此，與建筑材料與能源等相關的問題十分重要。事實上，低碳設計不一定要花費更多。而且，低碳設計能夠提高建筑物的價值。以下是對實現低碳建筑設計的幾種方法的簡單介紹：

（一）保證熱舒適度的同時提高能效

通過能源分析改進設計，利用完整的建筑體系安排以確保系統按照設計運行。首先謹慎而系統地降低建筑的整體荷載，當所有的建筑荷載都降低后開始考慮建筑內的機械系統。在降低建筑物的全部荷載后，就像對一些更小的設備那樣，所降低的就不僅僅是運行費用，而且還包括初始的投資。首先對建筑元素進行定位和模塊化，然后考慮建筑物的表皮，最后進行玻璃設計。能源分析應當與在建筑最初的概念設計開始就彼此融合，使設計團隊能夠充分認識到特定的建筑類型、項目要求及氣候區域在能量設計當中存在的問題。

（二）發展靈活設計以延長建筑壽命

通過標準規則和適于加熱、通風、空調系統、動力機通信系統的靈活基礎設施建設將應對未來需求的靈活可變的設計融入發展之中。采用適于擴展的設計，在建設中避免使用改造難度大、造價高的埋入式的固定電纜、管道系統和暗槽。對于需要較長使用周期的設施應進行相應的設計，使建筑系統易于進行定期維修和選擇性的更換。對于預期使用壽命較短的設施則應考慮其將來的可能用途或拆除的相關設計。

（三）利用與環境更協調的建筑材料

在整個生命周期內評估建筑材料對環境的影響，如：材料中揮發性有機化合物的含量，可再生能力，可循環能力，低能耗、低污染性等是實施綠色建筑的重要環節。因此，要適當應用當地材料，如麥秸、磚石以及木材等，從而將建筑材料本身所造成的污染降至最小。

四、低碳設計的未來

低碳設計本質上是使環境設計更加人性化，通過與自然更多地接觸和對社會更多的關注提供更好的生活環境。建筑是有適應性的。如果設計合理，建筑可以在很大范圍的環境情形下舒適安全。人類也是有適應性的。他們可以生活在北極冰天雪地的單薄帳篷里，也可以生活在赤道上炎熱的沙漠里。只需要很簡單很直接地打開窗戶，就可以帶來更多對低碳的創造性使用，更多的流通空間和更多的自然光線，這些不僅是建筑在技術層面上更加節能，同時促進人與自然的交流。在走向可持續未來的過程中，我們不僅得到可見的好處，而且從心理上講，人們在可持續的建筑中感覺更好，從而增強了他們的安寧感，提高了工作效率。

在未來的一個世紀，全球溫度很可能還將持續上升，設計師們需要對建筑性能有更好的理解，才能保證被動和低能耗建筑持續有效地滿足使用者的需求、期待和福利。

五、結語

低碳建筑與景觀設計的理論體系和獨特的藝術形式深深的影響著當代的城市、環境和建筑的發展。將低碳環保的能源利用技術與現代的建筑與環境有機融合，創造出更良好的人類居住環境和活動空間。合理的利用大自然中可再生資源，減小不可再生資源的浪費以及對環境的污染。這樣既可改善建筑物周圍的氣候，減少建筑物內的溫度波動、凈化空氣、降低噪聲、美化環境。同時還能調節人的神經系統，消除緊張及疲勞情緒，有益身心健康。低碳設計已經成為當代建筑、環境設計師重要的設計方式。

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【作者單位：上海大學美術學院】