可持续发展的生态建筑设计是历史发展的必然趋势

　　摘要：无可厚非建筑给自然环境带来了不可估量的损失，给社会的持续发展带来了不可挽回的阻碍，所以提倡可持续发展的生态建筑设计已成为建筑设计的热点问题之一。本文介绍了可持续能源，并分析了太阳能、沼气在建筑中的应用。
　　关键词：可持续发展，生态建筑，太阳能，沼气
　　引言
　　在我国，建筑能耗占能源总消费量的比例已由上世纪70年代末的10%上升到目前的26.7%，接近世界建筑能耗占能源消费量30%的平均水平。如若加上建造房屋生产环节的间接能耗，建筑能耗的总量已占到社会总能耗的46.7%，因此，建筑节能是重中之重。可持续发展的生态建筑是实现建筑节能的重要途径之一。
　　1.我国生态建筑设计的研究现状
　　在20世纪80年代顾孟潮就提出了“未来的世界是生态建筑学的时代”的观点，1994年5月，中国政府颁布了《中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境与发展白皮锄，从我国的具体国情出发提出人口、经济、社会、资源与环境协调、可持续发展的总体战略。1972年斯德哥尔摩联合国人类环境会议以后，我国环境保护运动日益扩大和深人，以追求人与自然和谐共处为目标的绿色革命蓬勃展开。1996年3月，中国国家环保局推出两大举措:一是实行污染物排放总量控制;二是实施“中国跨世纪绿色工程计划”—在九五期间重点治理淮河、海河、辽河等的污染。1996年国家自然科学基金委员会正式将“绿色建筑体系研究列为九五重点资助课题”，1998年又将“可持续发展的中国人居环境研究”列为重点资助项目。2000年我国颁布了《建筑节能技术政策》;2001年，建设部通过雄录色生态住宅小区建设要点与技术导贝邸首次明确提出了绿色生态小区的概念、内涵;2001年开始实行仁夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》;2001年我国第一部生态住宅评估标准《中国生态住宅技术评估手删出台，以可持续发展战略为指导，以节约资源、防污染、保护生态为主题，创造健康、舒适的居住环境，推进住宅产业的可持续发展。
　　2.可持续能源
　　可持续能源的基本特征是：洁净、安全、永久性，包括太阳能、氢能、水动力能（间接太阳能）、风能（间接太阳能）、沼气、核聚变能、潮汐能、洋流、海浪、地热以及绿色植物能等。可持续能源未必是可再生能源，而可再生能源也未必是可持续能源（如太阳能、氢能、核聚变能是永久的、洁净的、安全的，是可持续能源，但不是可再生能源。而柴草是可再生能源，但它对环境产生污染，并非可持续能源）在我国，最值得广泛发展利用的可持续能源是太阳能和沼气，这两种能源分布最广，可在不同规模的建筑上加以应用。
　　3.合理利用太阳能建筑
　　所谓太阳能建筑，即建筑物通过设计，能够高效、优化地对太阳能加以利用。根据建筑物捕获、利用太阳能的系统不同分为主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑。
　　有机械循环动力作为重要组成环节参与的太阳能建筑是主动式太阳能建筑，反之，在建筑物捕获、利用太阳能的过程中，没有机械动力作为主要环节参与的则称之为被动式太阳能建筑。特朗伯集热墙、水墙是被动式太阳能建筑中重要的两种类型，在此加以分析介绍：
　　（1）特朗伯集热墙
　　特朗伯集热墙是一种依靠墙体独特的构造设计，无机械动力、无传统能源消耗、仅仅依靠被动式收集太阳能为建筑供暖的集热墙体。它由法国太阳能实验室主任FelixTrombe教授及其合作者首先提出并实验成功的，故通称为Trombewall（特朗伯墙）。特朗伯墙在冬、夏两季以及白天、夜晚的工作运行原理及要求均有所差别。
　　图2~图5为特朗伯墙在冬、夏季节白天、夜晚的工作原理。
　　冬季白天，有太阳时，在集热墙与外层玻璃之间出现温室效应，薄片间层的空气被加热，通过集热墙顶部与底部的通风孔可以向室内对流供暖。夜间依靠墙体本身的储热则可向室内辐射供暖。在晚上，特朗伯墙上下两处的通风孔要关闭，玻璃和墙体之间最好设置绝热窗帘或百叶，以防止墙体向室内辐射传热的同时也向室外辐射散热。墙体向室内辐射的热量加热靠近墙面的空气，被加热的气流同室内气流通过对流得以向室内供暖。在夏季的白天，在集热墙和玻璃之间设置绝热窗帘或百叶等绝热层，绝热层外表面用浅色或铝箔以尽可能地反射太阳辐射。玻璃窗的顶部和底部的通风孔均开启，玻璃与绝热层之间的空气受太阳辐射加热上升，由顶部通风孔流出，冷空气则由底部通风孔进来，在此空气间层保持空气流动，避免温室效应造成的热空气在间层处聚积。夜间，玻璃上的上下两个通风孔依然保持开启，但此时，将墙体外挂的活动绝热窗帘等绝热层移开，使特朗伯墙的墙体向室外辐射散热，得到冷却。墙体冷却以后可继续从室内吸收热量。同时打开集热墙的上下两个开口，室外的冷空气从下口进入室内，室内热空气从上口排出，室夜间室外的冷空气同室内交换[3]。
　　
　　图2特朗伯墙冬季白天工作原理
　　
　　图3特朗伯墙冬季夜间工作原理
　　
　　图4特朗伯墙夏季白天工作原理
　　
　　图5特朗伯墙夏季夜间工作原理
　　（2）水墙
　　所谓“水墙”即以钢桶或薄壁塑料管盛水作为储热物质的墙体。水的比热是1kcal。其他一般建筑材料如砖、混凝土、土坯等的比热都在水的比热1/5左右，所以，用同质量的水贮热比用其他材料的贮热量要多得多，反过来要贮存一定的热量，使用水则比使用其他材料的重量要小，这就是引起人们研究、发展水墙的主要原因。图6是早年美国某住房试验的太阳能水墙。水盛于钢桶内，外表有黑色吸热层，放在向阳单层玻璃窗后。玻璃窗外设有绝热盖板，冬季白天打开放平可作为反射板，将太阳辐射能反射到钢桶水墙上去，增加吸收热，冬夜则关上，减少热损失。夏季则相反，白天关上，以减少进热，晚上打开，以便向外辐射降温。
　　
　　图6水墙的工作原理
　　4.沼气在建筑中的应用
　　沼气是—种以甲烷（CH4）为主的混合气体，在沼泽、粪池污水池和各种有机污泥中都极丰富。是一种方便、清洁的高品位气体燃料，可用于果品保鲜、制取化工原料，发酵后的剩余物质是具有改良土壤功能的优质肥料；对改善卫生也大有好处，不仅使垃圾、粪便等有效利用，还能杀死病虫。沼气的普及生产和使用曾经是我国60～70年代乡村建设的一项很重要成就。今天，在发展中国家推广沼气技术仍然是联合国有关组织的既定政策，而且已经成为不少发达国家生态建筑组合技术中的一个重要组成。生产和生活中使用沼气可以节约大量的煤气或天然气，是以可持续能源取代非可持续能源不容忽视的重要措施。
　　沼气的产生和利用不仅仅可以在我国的农村推广普及，经过设计也可引入城市居民的生活。在城市居住小区的建设实践中，沼气罐可设在绿地之下，与管道煤气及中水系统相连接，以沼气这一可持续能源替代传统非可持续能源的生态住区。如果将一座普通多层住宅楼的居民粪便收集起来生产沼气，则所需的地下沼气发生罐约9m3。生产沼气的初始时间约一周左右，产生的沼气量基本能够维持该住宅楼居民的日常炊事用气。自产的沼气几乎可以完全替代管道天然气或液化煤气，不仅每户居民每年节约人民币约300元，同时，还将节约大量的燃气资源。
　　6.结论
　　可持续发展的生态建筑设计包括诸多方面的内容，真正全面实现建筑设计的可持续发展是一个长远的、非常困难的理想目标。随着人类生产、生活水平的发展，更多问题的不断涌现以及人类能力、手段的不断提高，可持续发展建筑的概念也必将随之发展、变化。从这一角度而言，可持续发展的生态建筑设计也是一项不断发展、永无止境的设计科学。

《可持续发展的生态建筑设计是历史发展的必然趋势》

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