環(huán)境建筑的進展趨勢

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了環(huán)境建筑的進展趨勢范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

本文作者：劉培宏 單位：上海復(fù)旦規(guī)劃建筑設(shè)計研究院

面向新世紀，環(huán)境問題是關(guān)系人類生存之大事，已引起人們的普遍關(guān)注和重視，并著手研究污染的解決方法。酸雨，二氧化碳等高污染沙漠化的排放，嚴重破壞了地球的臭氧保護層。地球溫暖化，氣候失?；?，為此，先進的發(fā)達國家和發(fā)展中的國家都在為極力治理環(huán)境問題尋求途徑而加倍努力。

目前，不管是歐洲還是美國，人們對生態(tài)住宅的認識還處于探索和研究的階段。已經(jīng)根據(jù)現(xiàn)實情況制定出很多的標(biāo)準(zhǔn)（見圖1）。其中提出，生態(tài)環(huán)境住宅必須盡量使用污染小、可循環(huán)利用的綠色建材。所謂綠色建材是指采用清潔衛(wèi)生的生產(chǎn)技術(shù)；少用天然資源和能源；大量使用工業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性、有利于環(huán)境保護和人體健康的建筑材料。早在1989年，瑞典、丹麥、芬蘭、冰島、挪威等北歐五國實施了統(tǒng)一的北歐“環(huán)境標(biāo)志”，包括生態(tài)環(huán)境住宅在內(nèi)的環(huán)保產(chǎn)品都須經(jīng)過專項認證。北歐國家在建材方面制定了比較嚴格的標(biāo)準(zhǔn)，例如：北歐國家已在各地建了許多生態(tài)住宅示范項目。瑞典最大的住宅銀行更是于1995年宣布，只向生態(tài)住宅開發(fā)商貸款。丹麥?zhǔn)菄H上較早實施生態(tài)環(huán)境住宅工程的國家之一。早在1984年底，就在奧胡斯市建成了“非過敏住宅建筑”示范工程。1992年，丹麥?zhǔn)锥几绫竟ǔ闪怂箍铺嘏量系湍芎淖≌?，曾獲得1993年的世界人居獎。這種住宅最顯著的特征就是親自然性，即在住宅建筑的規(guī)劃設(shè)計、施工建造、使用運行、維護管理、拆除改建等一切活動中都自始至終地做到尊重自然，愛護自然，盡可能地把對自然環(huán)境的負面影響控制在最小范圍內(nèi)，實現(xiàn)住區(qū)與環(huán)境的和諧共存（見圖2）。太陽是我們居住在地球上唯一的偉大能源。自古以來，受到人們的崇拜和敬仰，它的力量可稱之為“神”，即人們所稱的太陽神。

太陽的直徑為140萬km，表面溫度可達6000K。所得的太陽能便是以電磁波放射的形態(tài)輸送。它的能量相當(dāng)于173×1013kw。地球可接受的是200萬分之一。如果按照40分之一的條件來分割的話，可使全球免費消費一年。但實際上非理想條件,太陽光到達地球時約三分之一受大氣層的影響；反射、輻射的分散再加上臭氧層，二氧化碳，水蒸氣，微粒子等的吸收；在地球上空80km的大氣層接受的太陽光稱為太陽常數(shù)（其值是1164kcal/m2•h）；太陽光通過大氣層又損耗了大部分的能量；所以真正能順利到達地球的也僅有74%的太陽光；其值約860kcal/m2•h(1kw/m2•h)。太陽能的特點：①無限量能源。與人類的發(fā)展歷史比較，一顆恒久遠，能量永留存。②能源浩大。到達地球上的太陽能為40兆cal。③無公害，清潔。與煤炭，化學(xué)燃料等一氧化碳有毒有害氣體比較是較為干凈的，沒有NOx和CO2等公害物質(zhì)的排放。④無放射性。與放射性元素物質(zhì)完全沒有關(guān)系。⑤系統(tǒng)智能?？刂七\轉(zhuǎn)的系統(tǒng)全部自動化，系統(tǒng)的維護保養(yǎng)容易方便。

世界各國已經(jīng)采用了許多獎勵的政策、措施和辦法，鼓勵、支持、促進太陽能的普及、利用和推廣。不妨列表說明如表1：我們的生活環(huán)境和太陽能的利用。我們所說的環(huán)境建筑是指什么呢？對建筑物來說保持優(yōu)良的室內(nèi)環(huán)境是建筑必不可少的。但對于地球環(huán)境和室外環(huán)境來說為了竭力抑制酸雨、二氧化碳和地球溫暖化等不良影響，強化建筑采用節(jié)省能源，加大自然能源的利用力度。戶外的環(huán)境建筑是人們居住，生活，休憩和工作的重要場所之一。日本提出與環(huán)境共生的理念，并且在全球做了一個調(diào)查。將環(huán)境住宅在地圖上做了標(biāo)志。中國是最少的，僅有兩個點，一是福建客家的圓樓；二是西部陜北的窯洞。日本人認為與生態(tài)環(huán)境建筑共生，必須對能量需要很少；盡量少向大自然索??；盡量少污染外界環(huán)境。我們搞綠色的，健康的，生態(tài)的，可持續(xù)發(fā)展的住宅，都要體現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的精神和態(tài)度（見圖3）。國內(nèi)有些環(huán)境不錯，也注意了“生態(tài)健康、環(huán)境綠化”的理念。但將來在裝修方面，應(yīng)該控制材料的使用，目前對居住威脅最嚴重的就是室內(nèi)裝修材料污染的大問題。順便說一下，我們的建筑師也需要了解自己的環(huán)境地理現(xiàn)狀（氣候、地形、地貌、風(fēng)向、植被等），學(xué)習(xí)和繼承祖國傳統(tǒng)建筑中蘊涵的生態(tài)智慧。采用低成本、低造價的技術(shù)組合與工程材料。這種方法具有經(jīng)濟節(jié)約、易于普及的明顯優(yōu)勢。

目前容易推廣與廣泛應(yīng)用，尤其是在發(fā)展中國家與地區(qū)，更加具有現(xiàn)實意義和科學(xué)的合理性。（見圖4）環(huán)境建筑（綠色住宅）在功能上更趨于原始狀態(tài)與自然狀態(tài)，最大限度地回歸自然。其必須具備良好的日照、通風(fēng)、采光，這三者是住宅其舒適性（衛(wèi)生、健康）與否的重要因素。環(huán)境建筑以可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)，意在尋求自然、建筑和人三者之間的和諧統(tǒng)一，即在“以人為本”的基礎(chǔ)上，利用自然條件和人工手段來創(chuàng)造一個有利于人們舒適、健康的生活環(huán)境，同時又要控制對于自然資源的使用，實現(xiàn)向自然索取與回報之間的平衡。

目前世界各國學(xué)術(shù)界對于這種從本國本地經(jīng)濟狀況出發(fā)，盡量采用低耗能的適用技術(shù)甚至“低技術(shù)”，實現(xiàn)建筑的可持續(xù)性與生態(tài)化給予了相當(dāng)?shù)目隙?。有些建筑師沿著這條道路已經(jīng)做出了令人鼓舞的實踐。例如印度建筑大師查爾斯•柯里亞注重對當(dāng)?shù)貧夂虻难芯?，提出了“形式追隨氣候”的口號。其吸收了印度傳統(tǒng)建筑技術(shù)中符合生態(tài)思想的合理內(nèi)核，將之運用到現(xiàn)代建筑設(shè)計中，較好地解決了干燥氣候下建筑的遮陽和通風(fēng)。馬來西亞楊經(jīng)文博士運用生物氣候?qū)W原理，針對熱帶氣候條件，適當(dāng)采用新技術(shù)與新材料，在高層建筑設(shè)計上嘗試利用了自然能源并構(gòu)建良好的“微氣候”，減輕所在地區(qū)的熱島效應(yīng)。“綠色的”“、生態(tài)的”“、環(huán)保的“”可持續(xù)發(fā)展的住宅”等字樣的環(huán)境建筑住宅，如同一個個令人欣喜的跳動音符，給普通百姓帶來對美好生活的憧憬和遐想，也成為世界各國發(fā)展商推廣項目的新賣點。（見圖5）現(xiàn)在我們有個叫法也許要統(tǒng)一一下，即：“綠色的”、“生態(tài)的”、“環(huán)保的”“可持續(xù)發(fā)展的”等環(huán)境建筑住宅，名目繁多，意思重疊。

但是，在被冠以這些名稱的同時，其核心內(nèi)容是否有變呢？應(yīng)該不會，也許有過之而不及吧。歸納一下其應(yīng)該是盡可能減少對自然環(huán)境的負面影響，如減少有害氣體、二氧化碳、固體垃圾等污染物的排放，減少對生物圈的破壞。高效是生態(tài)住宅的核心內(nèi)容。就是指盡可能最大限度地利用資源和能源，特別是不可再生的資源和能源。以最低的能源、資源成本去獲取最高的效益。其包括四項內(nèi)容：第一是住宅本身，包括平面設(shè)計、熱環(huán)境質(zhì)量、聲環(huán)境質(zhì)量、空氣環(huán)境質(zhì)量、聲光環(huán)境質(zhì)量等；第二是和環(huán)境的親和性，利用現(xiàn)狀條件充分使住戶享受到陽光、空氣、水；第三就是環(huán)境保護，包括廢棄物的處理和重復(fù)利用等；第四屬于健康配套，如體育設(shè)施、醫(yī)療、保健設(shè)施等。

我們認為住宅使用的能源主要有兩種：煤和電。有些區(qū)域也使用壓縮煤氣等。家庭用電分類主要有照明，冰箱，小家電，空調(diào)，吸塵器，洗浴等。太陽能發(fā)電需要太陽電池。太陽電池的發(fā)電原理和現(xiàn)有火力，水力，核電（原子力）發(fā)電原理是截然不同的。完全是采用新型光電原理，具體來說是用復(fù)合半導(dǎo)體的光電效應(yīng)進行能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生電能的。那么，太陽能電池有什么性能特征呢？主要分兩種：光感度特性和照度特性。光波的長短可以支配發(fā)變電的大小比例。其發(fā)電的原理簡言之：太陽電池是由電氣性質(zhì)不同的N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體相結(jié)合而構(gòu)成的。這2個半導(dǎo)體的相交處稱為PN結(jié)。太陽電池在太陽出現(xiàn)時，太陽光被太陽電池所吸入。這時，在太陽電池的光晶體板上已經(jīng)吸收了光能源中帶有+和-電級的粒子（正離子和電子）產(chǎn)生，并且在太陽電池里各自無約束地自由循環(huán)運動。電子（-）朝N型半導(dǎo)體方向聚集，正離子（+）朝P型半導(dǎo)體聚集，由此在正面和反面的電極板上電流開始流動。如同電燈和馬達的原理一樣。綜上所述，我們不難得出以上相關(guān)的一些特征和結(jié)論。太陽能電池發(fā)電和普通的發(fā)電系統(tǒng)相比是不是有以下5個卓越的特征呢？①太陽能電池可以直接從光能變換成電能。②作為能源而言，太陽能是取之不盡、用之不竭的。③是非常潔凈的能源。④發(fā)電規(guī)模可視發(fā)電成本而變，可大可小，不會因為它的規(guī)模而影響發(fā)電效率。⑤對風(fēng)水，景觀，園林，綠化無影響，不需要空中走廊、地下通道和輸電線。當(dāng)然，為了更好地利用太陽能電池，我們應(yīng)該注意以下兩點：①雖然太陽的能源是取之不盡的，但是因能源密度比較小，需用大電力時要占用較大的面積。②太陽能的能源受天氣的影響，例如和晴天發(fā)電量相比，陰天的發(fā)電量還不到晴天的一半，夜間就更少了。

日常生活的經(jīng)驗告訴我們，根據(jù)能量守恒定律，電不能儲藏和預(yù)發(fā)。所以，只有太陽出來時才能發(fā)電和使用。夜間使用時就要采用其它的方法來處理。例如配合和蓄電池一起使用。太陽能發(fā)電的發(fā)電量經(jīng)常被氣候所左右，雨天，陰天，多云，太陽光均被擋著，發(fā)電能力降低。在晴天，太陽光的直射可發(fā)電130w/m2（太陽能電池的工作效率為13%。再之，現(xiàn)在的太陽能發(fā)電大多數(shù)帶有蓄電池保護裝置），考慮到溫度的上升而形成的反比例曲線等。實際上能得到的太陽能電量，較多為100w/m2。（見圖6）讓我們再來看一下太陽能電池材料的分類和用途吧。（表2）民居住宅使用太陽能發(fā)電，可以大大促進住宅的太陽能發(fā)展，是一件保護環(huán)境，造福于民的大好事。就目前的技術(shù)等問題而言，成本還比較高，但對老的建筑來說，可利用屋頂?shù)膬?yōu)勢或者地面托架的方法安裝；對新的建筑則一般要求在規(guī)劃、設(shè)計時就應(yīng)考慮如何安裝的問題了（見圖7）。就此，我們不妨提出一些方法，供大家參考。

1.住宅系統(tǒng)應(yīng)用的太陽能電池可以優(yōu)化設(shè)計低成本化。一般而言，3kW的系統(tǒng)計算作為標(biāo)準(zhǔn)家庭配置。例如：2003年，標(biāo)準(zhǔn)家庭配置的住宅太陽能電池系統(tǒng)約為250萬日元（其中稅金除外，含日本國內(nèi)的全部施工費用。按現(xiàn)行匯率折合人民幣約20萬元）。也就是說，每1kw約80萬日元。

2.住宅面積標(biāo)準(zhǔn)型分割的計算實際上，住宅的設(shè)計圖紙都是標(biāo)準(zhǔn)型的話，給計算、施工、安裝帶來方便。標(biāo)準(zhǔn)型以外的住宅，也就是非標(biāo)的，則需要實地測量之后，才能概預(yù)算電氣及其材料。因為屋頂和屋檐的尺寸變化不規(guī)則都會影響太陽能電池系統(tǒng)的安裝和使用效率。太陽能電池的模板，一塊的發(fā)電量最高可達150w。按此計算，安裝20塊模板就可發(fā)電3000w。例如：模板的外形尺寸為正方形1mx1m，屋頂?shù)男螤畈煌０宓膲K數(shù)也不同。則其的尺寸，電線和發(fā)電配置都不同，這樣的太陽能電池裝置必須系統(tǒng)變更，重新匹配調(diào)試。每塊模板的重量約20kg/m2。特別值得一提的是：太陽能電池系統(tǒng)的安裝和太陽能熱水器是兩碼事；前者安裝時，東西南北的綜合平衡，傾斜角度的計算、調(diào)試技術(shù)都要求很高，不然會影響發(fā)電和節(jié)電的。后者即使在舊住宅也可以方便安裝，因為采用的是重量分散性技術(shù)。

太陽能電池系統(tǒng)模板日射量的計算。求投射到一傾斜面日射量的值，其計算方法是：定義邊界條件1.接受日射面的斜角分別為0°-水平面，30°，60°，90°垂直面。任意方向的面所接受的日射，即為垂直面和傾斜面。定義邊界條件2.1m2的建筑面積1小時所接受的日射量單位為kcal/m2•h。即全天日射量值=太陽直接射入的直達日射量與太陽日射在大氣中分散或折射到達的分散日射量之和。它的計算公式如下：It=Ibt+Idt其中：It：射入傾斜面全天日射量（kcal/m2•h）Ibt：射入傾斜面直達日射量（kcal/m2•h）Idt：射入傾斜面分散日射量（kcal/m2•h）在公式中Ⅰbt，Ⅰdt的大氣透過率為P。太陽能電池系統(tǒng)的經(jīng)濟效應(yīng)與將來的發(fā)展預(yù)測:①從日本的初創(chuàng)時來看，成本比較高（雖然由國家給予一定的經(jīng)濟補助支持）。94年每度電約125~140日元（換算成人民幣約7~8元）。96年每度電約70~90日元（人民幣約4~5元）。②日本政府加大力度鼓勵用戶將多余的電向外出售。也就是說使用太陽能發(fā)電的住戶可將多余的電轉(zhuǎn)售給別人或電力公司。家庭經(jīng)濟負擔(dān)減輕，省錢，節(jié)約電費，燃氣費等。③由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，太陽能發(fā)電所需的成本大大降低?，F(xiàn)在已經(jīng)普及化，大眾化。它最終將比火力發(fā)電，水力發(fā)電等更加經(jīng)濟實惠，并且逐步取而代之。④由于是清潔能源，因此太陽能發(fā)電的普及將大大減少有害氣體、二氧化碳、固體垃圾等污染物的排出，能使住宅內(nèi)外物質(zhì)能源系統(tǒng)良性循環(huán)，無廢、無污。盡可能減少對自然環(huán)境的負面影響，減少對生物圈的破壞。⑤對居住生活的環(huán)境起到保護和促進的作用。節(jié)省能源，不浪費資源。⑥利用太陽能進行宇宙太陽發(fā)電（SPS）和微波發(fā)電。這樣，今后的電視機，手機的電源都是綠色能源了。⑦目前正在研發(fā)的世界最高效率的薄膜太陽能電池。它已經(jīng)是透過美麗光射且半透明的太陽電池了，能將采光與調(diào)光集成于一體。（見圖8）

結(jié)束本文前，再順便談一下當(dāng)今發(fā)達國家已經(jīng)將環(huán)境建筑和智能住宅，太陽能電池系統(tǒng)發(fā)電有機的、和諧地結(jié)合起來了。簡單的描述如下：其住宅內(nèi)部完全實現(xiàn)了電子化和網(wǎng)絡(luò)化。電話、電腦、家用電器等所有單元設(shè)備都聯(lián)網(wǎng)，形成一個統(tǒng)一的通訊操作平臺，其信息網(wǎng)與因特網(wǎng)相聯(lián)。不僅縮短了人們物理上的距離，而且給用戶帶來了許多方便。通過網(wǎng)絡(luò)，社區(qū)向其住戶提供國內(nèi)外新聞、社區(qū)內(nèi)新聞以及住戶自己感興趣的新聞。另外，還有交通信息、天氣形式、地區(qū)性活動、商業(yè)區(qū)地圖。而社區(qū)最重要的是服務(wù)，這些社區(qū)提供了如醫(yī)療、嬰兒看護、寵物照顧、病人監(jiān)護、電子圖書館、網(wǎng)上學(xué)校、預(yù)訂旅店、飯館、酒吧、看電影、逛公園等項目，住戶可以根據(jù)自己的愛好進行選擇。住戶可以在任何地方通過計算機或手機來遙控家電以及各種設(shè)備，如提前打開空調(diào)、開關(guān)燈、收發(fā)傳真等一系列內(nèi)部事務(wù)。監(jiān)控住宅情況，如指示洗衣機工作“查看冰箱中食品存儲情況”監(jiān)視家里是否有人闖入等。住宅內(nèi)的所有家電都具有聯(lián)想和交換信息功能，并自動執(zhí)行操作程序，如下雨時會自動關(guān)窗，陽光暴曬時卷簾會自動下落；家里沒人時暖氣會自動調(diào)低；太陽能電池系統(tǒng)自動工作；出現(xiàn)緊急情況還會自動報警。這一切向人們揭示了未來住宅的美好前景和廣泛應(yīng)用新計算機信息技術(shù)的發(fā)展趨勢。