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關(guān)鍵詞:綠色建筑;評價體系;數(shù)字指標;效率
收稿日期:20120407
作者簡介:丁杰(1987—),男,江蘇南京人,南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計及其理論專業(yè)碩士研究生。中圖分類號:F019文獻標識碼:A文章編號:16749944(2012)05029003
1引言
地球生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的根本。當前,地球生態(tài)系統(tǒng)正面臨著巨大的考驗。人口膨脹、資源匱乏、全球變暖、臭氧破壞、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題,都威脅著人類的生存和發(fā)展。建筑是人類從事各種活動的主要場所,建筑活動與人口增加、資源匱乏、環(huán)境污染和生態(tài)破壞密切相關(guān)。
2世界各國能耗現(xiàn)狀比較
世界各地的建筑每年都消耗著地球上的大量資源,隨著自然資源的急劇消耗,人們對于建筑能耗大的認識也逐漸清晰。中國城鎮(zhèn)的人均建筑運行能耗低于發(fā)達國家的平均水平,再加上60%多的農(nóng)村人口,中國的人均建筑能耗更是遠低于發(fā)達國家。通過世界主要國家建筑單位面積年能耗的比較,人均差距過度地放大了中國建筑能耗較低的事實。就建筑單位面積年能耗來看,城鎮(zhèn)建筑的能耗約是發(fā)達國家的1/3,再加上約占中國60%左右的農(nóng)村建筑,中國的建筑單位面積年能耗約是發(fā)達國家的1/6,而發(fā)達國家的年人均能耗約是中國8~20倍不等(圖1)。
圖1世界主要國家人均建筑能耗比較
中國的建筑能耗低于發(fā)達國家的水平。但能耗偏低并不是因為我國的建筑節(jié)能技術(shù)高、節(jié)能理念深入人心,而是與我國的經(jīng)濟發(fā)展狀況和人民生活水平有關(guān)。從人均數(shù)據(jù)來看,我國似乎并不急需從現(xiàn)在開始,大力發(fā)展綠色建筑、節(jié)能建筑,但從建筑單位面積和建設(shè)速度看來,如果按照現(xiàn)行的建筑模式繼續(xù)建造,可能很快就能追上發(fā)達國家的能耗水平,到時再進行建筑節(jié)能方面的研究和探索,則會進一步拉大我國和發(fā)達國家之間關(guān)于建筑節(jié)能方面的差距。因此,從現(xiàn)在開始大力發(fā)展綠色建筑、推廣綠色建筑是很有必要的,也是一項極其正確的決策(圖2)。
圖2世界主要國家建筑單位面積年能耗比較
3綠色建筑
現(xiàn)在世界各國都在積極推動綠色建筑快速、健康地發(fā)展,綠色建筑在發(fā)展的過程中體現(xiàn)出許多的優(yōu)勢,如節(jié)約土地、節(jié)約能源、節(jié)約用水、節(jié)約材料、廢棄物利用等。綠色建筑的實踐基礎(chǔ)是建立在評價和認證系統(tǒng)上的,用定量的方式檢測建筑設(shè)計生態(tài)目標達到的效果,用量化指標來衡量其所達到的預(yù)期環(huán)境性能的實現(xiàn)程度。這些標準的確立有世界普遍性、國家的特殊性,也有地區(qū)的特殊性。如英國的BREEAM體系、美國的LEED體系、日本的CASBEE體系、中國的評價體系(《綠色建筑評價標準GB/T 50378-2006》、《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范JGJ/T229-2010》)等。這些準則也在不同程度上對綠色建筑的發(fā)展起到了推動作用。
綠色建筑評價體系,確實有助于規(guī)范綠色建筑的發(fā)展,但同時也制約了綠色建筑的創(chuàng)新發(fā)展。綠色建筑“數(shù)字指標化”是一件很難取舍的事,因為規(guī)范中定下了40%的下限值,所以39%和39.9%全部都不能達標,這些建筑都不能成為綠色建筑。
綠色建筑評價體系,不應(yīng)成為綠色建筑發(fā)展的一種制約,相反應(yīng)該用它作為一種參考,而不是盲目地為了達標。應(yīng)認識到“數(shù)字游戲”不是綠色建筑評價體系的真正目的,而只是一種“標準答案”。
4綠色建筑設(shè)計誤區(qū)
綠色建筑設(shè)計的最基本原則是“被動式優(yōu)先,主動式優(yōu)化”。目前有些綠色建筑設(shè)計方法正和我們這種設(shè)計原則違背,為了達到那些原則性的指標,而漸漸走進了一個誤區(qū):大量采用新設(shè)備、新材料,以高技術(shù)、高成本為代價,以達到綠色評價標準中的要求。人們把綠色建筑當成了用金錢堆砌的丑陋建筑,這讓很多人對于綠色建筑產(chǎn)生誤解,把綠色建筑當成了現(xiàn)代高科技產(chǎn)品的集成品,這和最初的希望是完全背道而馳的。
4.1忽略“被動式”
“被動式”綠色建筑設(shè)計的核心思想就是減少熱損失、太陽能收益最大化,這其中包括以下幾個主要因素:緊湊的形體;南北朝向(被動式接受太陽能);良好的自然采光和通風(fēng)效果;良好的保溫隔熱性能;高質(zhì)量的窗戶。這些設(shè)計手段是最基本的綠色建筑設(shè)計手法,也是最容易忽視的地方。綠色建筑的設(shè)計應(yīng)從被動式的設(shè)計方法出發(fā),用主動式的技術(shù)彌補被動式設(shè)計中的不足(圖3)。
圖3被動式房屋剖面示意
現(xiàn)在的評價體系中,部分條目對于高新技術(shù)有著間接的要求,這可能會對綠色建筑的設(shè)計產(chǎn)生一個不良的導(dǎo)向,如果不采用高新的技術(shù)手段,就很難拿分,就達不到評價體系的標準。然而并不是所有的時候,高新手段都比低成本、被動式的方法要好。
以采光效果為例,比較一下建筑頂層利用太陽能照明的被動式和主動式方案的效率:太陽光的光效是104lm/W,被動式方案采用的是“開天窗”的形式,而主動式方案采用的是“太陽能板加節(jié)能燈”的形式(圖4)。
以光伏發(fā)電效率為13%、節(jié)能燈的發(fā)光效率為70lm/W來計算,1W的太陽輻射在房間工作界面上的照度達9.1lm;被動式方案:按相同面積天窗總和透過率為70%計算,1W的太陽輻射在房間工作界面上的照度可以達到72.8lm。
圖4被動式天窗采光方案
有些時候高新技術(shù)也不能替代建筑設(shè)計中的最基本手段,節(jié)能燈可以照明,但它需要能源的消耗;空調(diào)可以降溫,但它也需要能源的消耗。被動式技術(shù)的合理運用對于綠色建筑來說,也能起到節(jié)能效果。
4.2追求“高品質(zhì)”
盲目地追求建筑室內(nèi)環(huán)境的高品質(zhì),而忽略對于室外環(huán)境的影響,其本身就是一種反綠色的做法。我們建造的是綠色建筑,但有些時候卻又在破壞周邊的生態(tài)環(huán)境,這是一種自相矛盾的做法。美國LEED體系采用的是得分制,在能源與大氣一部分共有17分,在室內(nèi)環(huán)境上有15分,LEED的評價標準是以總分制來計算,這樣使得一些在室內(nèi)環(huán)境上得高分的建筑,即使在能源與大氣部分不合格,也能得到LEED認證,也就是說即使不節(jié)能,也能評上綠色建筑,這就是評價體系中存在的問題。
評價系統(tǒng)出現(xiàn)了漏洞,但在設(shè)計和建造綠色建筑的過程中,應(yīng)盡可能地減輕對自然環(huán)境的破壞,減少環(huán)境污染,降低環(huán)境負荷,在保證室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的同時,也不對建筑周邊的生態(tài)環(huán)境造成破壞。例如使用對環(huán)境負荷影響較小的建筑材料,如生態(tài)水泥、綠色混凝土、高性能長壽建筑材料、可回收利用的建筑材料等,還可以使用模數(shù)構(gòu)件來減少建設(shè)過程中產(chǎn)生的建筑垃圾。
4.3誤解“指標化”
誤解指標化的內(nèi)涵,盲目追求數(shù)字的達標,忽視了建筑及周邊環(huán)境的人性化設(shè)計,即使?jié)M足了綠色建筑的指標要求,也忽視了綠色建筑的本質(zhì)內(nèi)涵。
現(xiàn)行的各種評價體系中,存在著各種建筑技術(shù)用了就得分的現(xiàn)象,例如:電冷三聯(lián)供、雙層玻璃幕墻、low-e玻璃、變風(fēng)量控制系統(tǒng)、新風(fēng)熱回收、地源熱泵、太陽能光伏發(fā)電/熱水、分項計量等。這些都屬于一定條件下可以優(yōu)化系統(tǒng)的技術(shù),但并不是無條件的節(jié)能技術(shù),簡單地堆砌只會造成更多的問題:新風(fēng)熱回收系統(tǒng)多耗費的電能比回收的熱要多;太陽能光伏電板產(chǎn)生的能量不如生產(chǎn)過程中消耗的多;雙層玻璃幕墻夾層中的熱空氣內(nèi)循環(huán)加大了空調(diào)的負荷。因此,盲目地追求指標所達到的效果未必是節(jié)能。
5結(jié)語
綠色建筑經(jīng)歷了一個從說法到定性,再到現(xiàn)在定量指標化的過程,這是一個重大的轉(zhuǎn)變過程,指標化的出現(xiàn)使得綠色建筑的存在更加能被肯定,同時也明確了綠色建筑的設(shè)計方向。但如果只是盲目地為了滿足這些數(shù)字指標,而忽視了建筑及周邊環(huán)境的最基本的人性化設(shè)計,必然會適得其反。做出的或許是滿足規(guī)范的綠色建筑,但并不一定是人們需求的、人性化的建筑。綠色建筑有著世界的普遍性,同時也存在著地區(qū)的差異性。同樣,綠色建筑的設(shè)計也應(yīng)該合理地選擇綠色生態(tài)技術(shù),把真正適宜當?shù)氐木G色設(shè)計手法,融入到建筑設(shè)計當中。
目前我國的能耗還低于發(fā)達國家水平,當務(wù)之急不應(yīng)以建設(shè)綠色建筑之名,而激進地走上“反綠色的歧途”。綠色建筑不是由一串串數(shù)字構(gòu)成,它有自己的存在形式,達到這些數(shù)字指標的建筑,并不一定就是綠色建筑。評定一座建筑是不是綠色建筑,根本應(yīng)該看其是否節(jié)能,是否適應(yīng)當?shù)氐沫h(huán)境,是否滿足人們的需求。應(yīng)明確綠色建筑的本質(zhì)應(yīng)該是節(jié)能、適應(yīng)環(huán)境與人性化。
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關(guān)鍵詞:綠色建筑 可持續(xù)發(fā)展 設(shè)計 環(huán)境
1 概述
綠色建筑是利用較少的外部能源產(chǎn)生預(yù)期可用于本身的足夠的能源,而不會對環(huán)境造成傷害的建筑,因此綠色建筑被稱為能源高效的建筑或生態(tài)友好型建筑。這些建筑被稱為綠色由于他們與樹木相似。如同樹木一樣僅利用光和空氣就可以舒適的居住和使用。綠色建筑在其施工和使用過程中消耗的自然資源是最少的。
綠色建筑設(shè)計的目的是在施工和操作過程中使能源消耗降到最低,同時最大限度地減少對不可再生資源的需求,使這些資源被最大限度地利用、回收,使其的利用效率達到最大化。綠色建筑設(shè)計最大限度地利用有效的建設(shè)材料及施工做法;優(yōu)化使用現(xiàn)場的資源并由生物氣候建筑實踐;用最小的能量來維持本身;采用高效的設(shè)備,以滿足其照明、空調(diào)等需求;最大限度地利用可再生能源;使用最小能量維持本身;采用高效廢棄物和水管理措施;并提供舒適,衛(wèi)生的室內(nèi)工作條件。綠色建筑設(shè)計通過全過程設(shè)計把所有有關(guān)建筑設(shè)計和景觀設(shè)計、空調(diào)、電氣、給排水、能源設(shè)計等結(jié)合在一起,使其溶為一體。
2 優(yōu)化施工網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
從綠色建筑設(shè)計的觀點來看,施工網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是最重要的。即在施工期間,施工網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)采用更加科學(xué)的技術(shù),保存和保護景觀,保護土壤,減少空氣污染。由于采取適當?shù)氖┕ぞW(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)中的綠色建筑設(shè)計,包括通過儲存工地表土、防止暴雨沖刷、防止揚塵的產(chǎn)生。進而保持施工現(xiàn)場的土壤肥力。
3 節(jié)約用水
水是人類寶貴的資源。節(jié)約用水是綠色建筑重要的設(shè)計原則。應(yīng)采取更多的節(jié)水技術(shù)來節(jié)約用水:
①通過滴灌、噴灌減少景觀用水的需求;
②通過建筑物循環(huán)用水來降低用水量;
③在施工過程中有效用水。
由于節(jié)水技術(shù)將有助于最大限度的提高建筑物內(nèi)的用水效率,減輕市政供水和廢水系統(tǒng)的負擔,從而避免浪費水,進而有助于促進綠色建筑一體化設(shè)計。
4 采取被動式設(shè)計
被動式設(shè)計是不需要機械的加熱或制冷的設(shè)計。家庭利用被動設(shè)計天然能量流的優(yōu)勢,來維持舒適的居住環(huán)境。被動式設(shè)計包括被動制冷和被動加熱兩種類型。
4.1 被動制冷
被動制冷是建筑用自然來源冷卻來促進建筑熱損失的方式維護結(jié)構(gòu)的效率。包括以下幾種常用方式:
①蒸發(fā)冷卻;
②輻射冷卻;
③地面冷卻;
④通風(fēng)。
4.2 被動式太陽能采暖
被動式太陽能采暖是直接用陽光給空間加熱。被動式太陽能采暖是一個較為復(fù)雜的采暖系統(tǒng)。主要方式是通過玻璃控制攝入的太陽能。
被動加熱可以通過下面的方法:
①被動式太陽能定向加熱;
②被動式太陽能遮陽;
③定位加熱器;
④定位熱質(zhì)量;
⑤加強室內(nèi)空氣運動。
5 重視雨水收集
雨水收集是雨水從屋頂或一個較大的表面收集和儲存,留于未來使用。水通常是存儲在雨水罐或直接用來補給地下水。有些國家常規(guī)的水資源要么稀缺,要么由于人口過多而導(dǎo)致區(qū)域用水存在巨大壓力。因而雨水收集被世界上許多國家采納。
雨水收集可以為人類消費提供更為廣闊的淡水資源來源。相比于興建水庫都需要利用大量寶貴的土地,雨水收集的優(yōu)勢更為明顯,減少水資源的浪費。
6 充分使用非常規(guī)能源
6.1 太陽能
太陽能是利用太陽光來獲得可用能量的技術(shù)。幾個世紀以來太陽能就被用于傳統(tǒng)的技術(shù)并廣泛用于那些電源不存在的地方,如偏遠的地點和空間。控制太陽有助于保護地球的生態(tài)環(huán)境,并減少對化石燃料的依賴。
太陽能光伏系統(tǒng)用于將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電。他們可以為沒有電網(wǎng)連接的房主、牧場主和農(nóng)民等提供廣闊的電力資源,用于電視、錄像機、音響、照明、泵、電圍欄等生活生產(chǎn)的各個方面。光伏太陽能被證明是廉價高效,經(jīng)濟環(huán)保的能源來源。
6.2 風(fēng)能
風(fēng)能是自然界取之不盡、用之不完的高效能源之一。大多數(shù)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電是依靠電子發(fā)電機將渦輪葉片轉(zhuǎn)化為電流而產(chǎn)生的。風(fēng)能是可再生能源,廣泛分布在地球的各個角落的。
家用風(fēng)力發(fā)電可使用小規(guī)模的風(fēng)力渦輪機。這屋頂安裝的城市風(fēng)渦輪充電的12伏特電池運行各種12伏特的電器內(nèi)建筑上安裝它。家用風(fēng)力渦輪機發(fā)電可以和電池存儲技術(shù)結(jié)合起來。它具有較低的噪聲水平,且操作簡潔,物超所值,通過綠色建筑設(shè)計可以安放在離家用電器較近的建筑物。
7 固體廢物處理
固體廢物管理包括所有的活動,尋求減少健康,環(huán)境和審美固體廢棄物的影響。固體廢物被定義為材料,不再對任何負責(zé)他的人有任何價值,并且不能排除通過管。它不包括人類正常的排泄物。它是由住宅,商業(yè),工業(yè),醫(yī)療,農(nóng)業(yè)和礦產(chǎn)提取的活動積累街道和公共場所。單詞 “garbage”,“trash”,“refuse”and“rubbish”指的是各種形式的固體廢物。堆肥是由院子里的垃圾有機質(zhì)分解而來。堆肥系統(tǒng)限制堆肥使它可以得到空氣,創(chuàng)建適當?shù)臏囟确纸獬煞柿?。采用上述方法,堆肥在國?nèi)水平將導(dǎo)致由于適當?shù)墓腆w廢物管理,這問題收集和處理廢棄物的市政公司解決了。因此,它將有助于健康和安全的環(huán)境。
8 充分利用灰水
灰水是指洗浴、洗衣產(chǎn)生的廢水。相應(yīng)的廁所、廚房水槽、洗碗機產(chǎn)生的污水,被稱為黑水。建立生活用水的不同處理方式,減輕市政供水和廢水處理系統(tǒng)的負擔。把分流的灰水用于景觀及園藝的綠化用水。
9 綠色建筑設(shè)計帶來的益處
外表上,作為綠色設(shè)計方的結(jié)果――綠色建筑和傳統(tǒng)建筑看起來都一樣。但是作為一個綠色建筑具有多項益處。
綠色建筑帶來的有形好處:
①綠色建筑消耗的水比傳統(tǒng)的建筑少30-40%;
②綠色建筑消耗的能源比傳統(tǒng)的建筑少40-50%;
③增加住戶的額外收益比傳統(tǒng)的建筑多10-15%;
④減少建筑物的設(shè)備和系統(tǒng)的初始投資。
綠色建筑帶來的無形益處:
①增強綠色企業(yè)形象;
②提升環(huán)境的健康;
③增強住戶舒適性。
通過綠色建筑設(shè)計,綠色建筑增加的建設(shè)成本可以在3-5年內(nèi)回收。
10 結(jié)論
當今時代,能源危機成為社會關(guān)注的主要問題。綠色建筑設(shè)計很好的解決了這個問題。綠色建筑設(shè)計基于建筑消耗最小的能源而進行優(yōu)化設(shè)計。
在今天的時代,人類的生存和發(fā)展對環(huán)境的影響越來越重要。綠色建筑必將成為時代主流,綠色建筑設(shè)計是未來可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。
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“自維持建筑”的技術(shù)是以建筑節(jié)能技術(shù)為基礎(chǔ)的,以其“完全獨立運轉(zhuǎn)”的特點區(qū)別于一般的“可持續(xù)發(fā)展建筑”“綠色建筑”或“低碳建筑”等概念。在研究節(jié)能環(huán)保建筑發(fā)展歷史的過程中不難發(fā)現(xiàn),可自維持建筑的理念比可持續(xù)發(fā)展建筑理念先行。這種雛形的建筑可持續(xù)理論的先行性也正突顯了最初建筑師對于節(jié)能的理想化和絕對化設(shè)想。所以,當“自維持技術(shù)”在微型建筑上使用時,要求其達到的首要目標即為實現(xiàn)脫離市政管網(wǎng)下的建筑運轉(zhuǎn)。首先是根據(jù)微型建筑的具體用途計算耗能(E1),通過獲得太陽能、風(fēng)能等能源(E2)以保證獲得大于或等于微型建筑的耗能,即E2≥E1。使得微型建筑在完全脫離市政管網(wǎng)的能源支持下,亦能獨立完成正常生活運轉(zhuǎn)。其次是在設(shè)計過程中盡可能地減少建筑耗能(E1),增大建筑自維持的可行性。具體而言,自維持的技術(shù)策略分為三方面:a)用電和采暖制冷自維持;b)用水自維持;c)排污自維持,主要包括生活污水處理和生活垃圾處理兩方面。
2小型建筑自維持的技術(shù)策略
2.1用電及采暖制冷自維持技術(shù)建筑供給使用需滿足人對于基本用電、供暖的要求,不同建筑根據(jù)功能和使用環(huán)境產(chǎn)生的能耗也有所不同。由于自維持建筑強調(diào)能源可持續(xù)性,要求使用清潔能源,目前較成熟的清潔能源一般采用太陽能、風(fēng)能或生物能(如沼氣等)等。太陽能作為一種最為普遍且最為成熟的清潔能源一直被優(yōu)先利用,中國也是太陽能資源十分豐富的國家,2/3國土面積年日照在2200h以上,年輻射總量大約在每年3340MJ/m2~8360MJ/m2,相當于110kg標準煤/m2~250kg標準煤/m2[2],所以太陽能利用具有廣闊前景。對于微型建筑來說,采用太陽能供能的技術(shù)也較為普遍且成熟。從能源利用角度來說,太陽能集熱板和太陽能電池板具有儲能率高、利用率高、可行性強等特性。微型建筑據(jù)利用太陽能的方式可分為兩類:主動式太陽能建筑和被動式太陽能建筑。a)主動式太陽能建筑是通過集熱設(shè)備將熱量傳入建筑物內(nèi)分配使用,對太陽能的利用高,功率大,便于控制,但需要設(shè)備投入并占用室外空間。其中利用太陽能主要分為發(fā)電和集熱兩方面。目前中國國內(nèi)性價比較高的太陽能發(fā)電技術(shù)主要為光伏技術(shù),主要依靠太陽能光伏發(fā)電方陣來實現(xiàn)。太陽能發(fā)電技術(shù)與微建筑結(jié)合時一般有兩種方式,見表1;b)被動式太陽能建筑被定義為不通過傳統(tǒng)采暖方式和主動空調(diào)形式來實現(xiàn)舒適的冬季和夏季室內(nèi)環(huán)境的建筑[3]。被動式太陽能技術(shù)是一個抽象概念,可以被許多具體技術(shù)策略與技術(shù)手段來實現(xiàn)。比如被動式自然調(diào)節(jié)可以分為被動式太陽能采暖、被動式降溫、天然采光與自然通風(fēng)這四方面[4],而后每一個方面下又有更為細致具體的技術(shù)手段支撐。被動式太陽能建筑的采暖方式主要有直接受益方式、新型集熱墻的使用和應(yīng)用多種供暖或降溫措施,如以水為媒介的蓄熱器,或采用對流式散熱等[5]。對于微型建筑來說,完全依賴主動式太陽能來供給采暖、制冷是不經(jīng)濟的,這不僅要耗費過多的設(shè)備費用,也不符合生產(chǎn)過程中的可持續(xù)生態(tài)要求。故要實現(xiàn)建筑采暖制冷自維持應(yīng)一方面在設(shè)計上盡可能利用被動式太陽能,微型建筑可通過調(diào)整建筑朝向,選擇適當建筑材料(最好是在當?shù)禺a(chǎn)出的材料),巧妙處理建筑的空間和形體,進行合理建筑構(gòu)造設(shè)計使建筑物自然地應(yīng)用太陽能供暖、采光并維持建筑能耗。綜上可知,主動式和被動式太陽能利用方式應(yīng)在自維持微型建筑中綜合運用,利用先進技術(shù)手段和綠色設(shè)計理念,合理利用每一束可利用的太陽光,必將創(chuàng)造出更加節(jié)能、環(huán)保的建筑空間[6]。
2.2用水自維持技術(shù)微型建筑用水自維持的水源主要來自雨水或附近水源(如江、河、湖、海等,具體情況適建筑周邊環(huán)境而定)。雨水凈化是目前微型建筑自維持用水最常用也是最容易的措施。微型建筑可以采用坡屋面集水或獨立裝置儲水方式,獨立雨水收集系統(tǒng)根據(jù)初期棄流后的雨水水質(zhì)情況和實驗結(jié)果,采取雨水-雨落管-初期棄流裝置-貯水池-泵-加藥裝置-濾池-中水-消毒裝置-中水的處理流程,其出水可滿足CJ25.1-89生活雜用水水質(zhì)標準[7],該水可用作灌溉、沖廁、拖地等雜用。生活雜用水經(jīng)過特殊專業(yè)處理后才能供給生活用水,以煮飯、洗澡、飲用。
2.3排污自維持一般排污包括生活污水處理、生活廢料處理兩方面。一般生活污水包括廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖廁用水,其特點有三:a)沖廁水中含糞便,是多種疾病的傳播源;b)生活污水濃度低;c)生活污水可降解性較好,適用于厭氧硝化制取沼氣。根據(jù)以上特點,生活污水一般處理方法有:生活污水凈化池技術(shù)、無動力多級厭氧復(fù)合生態(tài)處理系統(tǒng)、土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)。其中,生活污水凈化池技術(shù)由于凈化池后期維護成本較高,需要每年精心管理、清潔。另外,土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)針對土地較少情況提出,對土地特性有一定要求。因此微型建筑中應(yīng)首先考慮無動力多級厭氧復(fù)合生態(tài)處理系統(tǒng)。即針對獨戶或聯(lián)戶生活污水的處理,基本形成一套成熟的厭氧處理與生態(tài)床相結(jié)合的處理方法。生活廢料生活中產(chǎn)生的可降解和不可降解的垃圾,可降解一般采取回收利用,不可降解垃圾則一般歸置到城市不可降解垃圾進行統(tǒng)一處理。
2.4具體小型自維持案例分析近年來,國內(nèi)外建筑師將自維持理論和技術(shù)運用于構(gòu)思或?qū)嵺`,有了諸多微型自維持建筑的概念模型或?qū)嵺`案例。如JoseManuelPequeno設(shè)計的“可搬運的游客塔”、倫佐•皮亞諾設(shè)計的“第歐根尼”小屋,及東南大學(xué)設(shè)計的鋁合金太陽能小住宅“未來屋111”等,均在不同程度上實現(xiàn)了建筑在供水、用電、排污等多方面的自維持?,F(xiàn)具體就一個實際建造案例介紹如下?!暗跉W根尼”小屋[8]由著名建筑設(shè)計師倫佐•皮亞諾(意大利)設(shè)計(見圖1)。造價約1.72×104英鎊(約合2.64×104美元)。主體為木結(jié)構(gòu),外墻是一層鋁板。長3m,寬2.5m,屋頂是三角形,最高處是3.7m。室內(nèi)面積為6m2,空間包含了起居室、廚房和衛(wèi)生間。囊括食宿、辦公、排泄、沐浴、儲物等功能,空間設(shè)置合理,環(huán)保節(jié)能。房屋可以依靠太陽能和雨水實現(xiàn)自維持,屋頂一側(cè)鋪設(shè)太陽能板,利用太陽能轉(zhuǎn)化為的電能可足以維持廚房和起居室的用電;生活用水由雨水供給,屋子地板下鋪設(shè)雨水采集系統(tǒng)和凈化系統(tǒng),以此解決生活用水問題,且造價相對低廉,故此案例對于一般意義的微型自維持建筑具有一定參考價值。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:居住建筑;被動式節(jié)能;設(shè)計;散熱通風(fēng);遮陽
隨著我國社會經(jīng)濟建設(shè)步伐的不斷加快,城市住宅建筑數(shù)量日益增加,能源消耗問題也日益加重。然而,我國是一個資源相對缺少的國家,但是建筑業(yè)的高能耗更加加劇了我國資源短缺的問題。被動式節(jié)能是指通過利用自然氣候資源的生態(tài)建筑設(shè)計原理,賦予建筑本身節(jié)能自然特性而實現(xiàn)的建筑節(jié)能,因而更為綠色環(huán)保,因此,推行建筑被動式節(jié)能成為了建筑業(yè)減少資源消耗的頭等任務(wù),這樣不僅可以緩解我國資源短缺的問題,還可以適應(yīng)社會的發(fā)展主題,保護環(huán)境,做到可持續(xù)發(fā)展。
1 工程概況
某居住建筑工程,總建筑面積約1.5萬m2,為3座7層的公寓樓,南北向錯列布置,由連廓和門廊圍合成獨立組團。公寓底層架空布置自行車停放、管理和設(shè)備用房等,2至7層為公寓住房。
2 被動式建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用技術(shù)
根據(jù)本工程所在地屬于夏熱冬暖地區(qū)和本工程的特點,外墻保溫不是建筑節(jié)能的重點,建筑的遮陽、散熱通風(fēng)更重要。根據(jù)調(diào)查研究表明:“在夏季外門窗關(guān)閉,既不透風(fēng)又不開空調(diào)時,即便室內(nèi)溫度在26℃左右人也感到悶熱,室內(nèi)舒適性差。而在自然通風(fēng)狀態(tài)下,只要室內(nèi)溫度不超過29℃,相對溫度不超過80%,都會感覺比較舒適。”根據(jù)這一舒適度的需求,被動式節(jié)能設(shè)計更強調(diào)的是依靠自然手段來維持室內(nèi)的熱舒適度,因地制宜的利用周圍環(huán)境,對建筑形態(tài)和規(guī)劃設(shè)計使朝向合理布置,加強自然通風(fēng)來調(diào)節(jié)微氣候的環(huán)境,對改善室內(nèi)外環(huán)境的舒適度有著重要的作用。通過建筑遮陽及隔熱,阻止大部分太陽輻射進入室內(nèi),使室內(nèi)形成較均勻分布的溫度場,從而改善室內(nèi)的舒適度。因而示范公寓建筑節(jié)能設(shè)計以自然通風(fēng)為主,并從建筑節(jié)能的經(jīng)濟性、地方性和階段性出發(fā)選擇節(jié)能技術(shù)。
3 通風(fēng)設(shè)計
3.1 總體規(guī)劃通風(fēng)設(shè)計
建筑室外環(huán)境對居住的舒適性有著重要的影響,為充分自然通風(fēng),示范公寓在規(guī)劃布局時考慮了日照、朝向及間距因素,結(jié)合西側(cè)道路及用地邊界走向,采用南偏東6°,南北交錯布置建筑。
根據(jù)該地的氣候條件,通過CFD軟件模擬分析來優(yōu)化建筑設(shè)計,將南向較長的3#分為東西兩部分,由通透連廊連接、通透處與北側(cè)出入口相對應(yīng),在布局上從組團東向方向打開缺口,引進夏季東南風(fēng),再結(jié)合底層架空,使組團內(nèi)形成穿堂風(fēng),強化了組團通風(fēng)效果,改善了組團內(nèi)的微氣候。在東南風(fēng)吹入時。組團內(nèi)風(fēng)速較大,分布均勻,在迎風(fēng)和背風(fēng)面形成了正壓力區(qū)和負壓力區(qū),將3#樓設(shè)計為東西兩部分并由通透連廊連接后,南側(cè)負壓力區(qū)風(fēng)速分布較均勻,這為室內(nèi)自然通風(fēng)創(chuàng)造了良好條件。
3.2 建筑平面通風(fēng)設(shè)計
建筑單體設(shè)計是否合理,對節(jié)能效果起著重要的作用。通風(fēng)南北向布局,南面為主,平面設(shè)計中采用外廊和內(nèi)廊單元拼接,以外廊單元為主,盡量縮短內(nèi)廊長度,改善公寓的自然通風(fēng)效果。同時3#樓通過通透連廊增強了宿舍的通風(fēng)效果。同時通過對公寓自然通風(fēng)效果進行模擬分析,入戶門關(guān)閉,外側(cè)高窗和陽臺打開時的室內(nèi)氣流分布圖中,在低處(1.0m)從房間中間吹過的風(fēng)速有所減弱,而該區(qū)域正好處于活動區(qū)域;而在高處(2.3m)外窗和陽臺門窗之間形成對流,從床鋪上方經(jīng)過后由高窗流出,這樣的氣流分布狀態(tài)有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和休息。
3.3 建筑立、剖面通風(fēng)設(shè)計
在立面設(shè)計中合理處理外墻凹凸,減小建筑外表面積,控制建筑體形系數(shù),同時合理設(shè)計外門窗的數(shù)量和位置,控制窗墻比面積。頂層結(jié)合斜屋面設(shè)置悶頂層,并結(jié)合立面設(shè)置一定數(shù)量的帶百葉通風(fēng)老虎窗,使悶頂層空氣流通,從而降低了夏季頂層宿舍溫度,改善了室內(nèi)熱環(huán)境。
4 遮陽設(shè)計
4.1 建筑遮陽設(shè)計
遮陽是減小太陽輻射得熱的最有效手段,公寓采用內(nèi)廊與外廊相結(jié)合,外廊為主,同時宿舍外側(cè)為衛(wèi)生間與陽臺,并在衛(wèi)生間上采用可調(diào)節(jié)遮陽百葉。因此宿舍南北兩側(cè)的走廊、較大的外挑陽臺可以看作是下層房間的水平遮陽,可起到良好遮擋陽光直射的作用。
4.2 節(jié)能門窗及遮陽技術(shù)
單層玻璃的保溫性能不如中空玻璃,但南方地區(qū)建筑節(jié)能以隔熱為主,而外挑的大陽臺起到了很好的作用。示范公寓中的外走廊和出挑2.5m陽臺起到遮擋陽光直射的作用,都具有很好的遮陽效果。
通過動態(tài)模擬能耗計算軟件DEST模擬了有、無陽臺遮陽等措施對建筑能耗的影響,臺遮陽等措施對建筑能耗的影響,通過DEST計算軟件模擬了在陽臺遮陽下采用單層玻璃和中空玻璃對建筑能耗的影響,結(jié)果表明:遮陽措施可以有效的隔斷陽光輻射,避免夏天過熱,對全年冷負荷指標下降起到顯著作用,起到了良好的節(jié)能效果。同時在外走廊和陽臺遮陽下,傳熱系數(shù)更小的中空玻對建筑能耗的影響不大。雖然中空玻璃降低了透過玻璃的傳熱量,但當室內(nèi)溫度高于室外溫度時阻礙了室內(nèi)的散熱,反而增加了夏季空調(diào)能耗,因此在采取了較好的遮陽措施后使用單層玻璃是可行的,同時也節(jié)省造價。衛(wèi)生間可調(diào)鍍膜玻璃百葉塑鋼窗熱工性能指標如(表1)所示。
表1 建筑節(jié)能外窗熱工性能指標
5 保溫隔熱設(shè)計
對于夏熱冬暖地區(qū)而言,節(jié)能設(shè)計時主要強調(diào)外墻、屋面和門窗的隔熱性能以及自然通風(fēng)和遮陽措施,而建筑能耗約30%由外墻傳熱所消耗,因此提高建筑物圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計是建筑節(jié)能的重點之一。
5.1 西外墻雙墻隔熱設(shè)計
示范公寓南北外墻及東山墻采用200厚砂加氣砼砌塊。針對西曬問題在西山墻處采用帶空氣間層的雙層墻體構(gòu)造(100mm+100mm厚雙層砌塊,帶100厚空氣間層),由此形成加氣混凝土自保溫節(jié)能體系。檢測結(jié)果表明:西墻內(nèi)表面溫度比同材料同厚度的單一外墻低2-3℃。同時傳熱系數(shù)也比厚度的單一外墻低了很多,熱工性能指標如(表2)所示。
表2 建筑外墻熱工性能指標
5.2 節(jié)能屋面保溫隔熱技術(shù)
示范公寓采用倒置式屋面保溫隔熱系統(tǒng),在屋面防水層上鋪設(shè)40厚絕熱擠塑聚苯乙烯泡沫板作保溫隔熱層,可有效阻隔和延遲熱量的傳入。保溫板上做40厚細石混凝土保護層(配鋼絲網(wǎng)片),為屋面提供有效而持久的保溫隔熱性能。斜屋面處采用雙層板結(jié)構(gòu),再加上斜屋面設(shè)置一定數(shù)量的通風(fēng)百葉老虎窗,使悶頂層空氣流通,從而降低了夏季頂層宿舍室內(nèi)溫度,改善了室內(nèi)熱環(huán)境,起到了很好的節(jié)能效果。熱工性能指標如(表3)所示。
表3 建筑屋面熱工性能指標
6 結(jié)論
綜上,居住建筑的被動式節(jié)能設(shè)計不是一項簡單的系統(tǒng)工程,它涉及到通風(fēng)設(shè)計、遮陽設(shè)計等多方面的工程問題,并且此設(shè)計主要以自然通風(fēng)、遮陽、隔熱為主。因此,為了做好設(shè)計的工作,必須要充分了解環(huán)境現(xiàn)狀,而且還要嚴格把好節(jié)能設(shè)計關(guān),監(jiān)督好施工節(jié)能用材關(guān),當然也要具體問題具體分析,從而順利完成被動式節(jié)能設(shè)計工作。
參考文獻
目前,人類面臨能源短缺和環(huán)境惡化兩大問題,而這兩者又緊密聯(lián)系,由此帶來的氣候變化已成為21世紀全球經(jīng)濟發(fā)展所遇到的巨大挑戰(zhàn)之一。建筑作為人類文明最重要的產(chǎn)物,耗費了地球約50%的資源,建筑業(yè)已成為最不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。而在今后50年的建筑設(shè)計和建造中,還將有大量的建筑維系著過去5000年的模式,因此,探索建筑的可持續(xù)發(fā)展模式已成為建筑學(xué)發(fā)展的迫切需要。
1生態(tài)建筑發(fā)展的歷程回顧
20世紀60年代,保羅把生態(tài)學(xué)和建筑學(xué)兩詞合并為Arolo-gy,提出了著名的生態(tài)建筑(綠色建筑)的理念。20世紀70年代,石油危機的爆發(fā),使人們清醒地意識到,以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的高速文明發(fā)展史是難以為繼的。耗用自然資源最多的建筑產(chǎn)業(yè)必須改變發(fā)展模式,走可持續(xù)發(fā)展之路。太陽能、潛層地?zé)?、風(fēng)能、節(jié)能圍護結(jié)構(gòu)等各種建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)運而生,節(jié)能建筑成為建筑發(fā)展的先導(dǎo)。1992年巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會的召開,使可持續(xù)發(fā)展這一重要思想在世界范圍內(nèi)達成共識。綠色建筑漸成體系,并在不少國家實踐推廣,成為世界建筑發(fā)展的方向。2001年設(shè)立了國際可持續(xù)能源解決方案獎金,對能效和可再生資源方面的項目進行資助,該獎金當年吸引了來自75個國家的1000多個項目的競爭,最終奧地利的林茨市獲得10萬歐元的資助。2001年7月,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的國際環(huán)境技術(shù)中心和建筑研究與創(chuàng)新國際委員會簽署了合作框架書,兩者將針對提高環(huán)境信息的預(yù)測能力展開大范圍的合作,這與發(fā)展中國家可持續(xù)建筑的發(fā)展和實施有著緊密關(guān)聯(lián)。2005年3月在北京召開的首屆國際智能與綠色建筑技術(shù)研討會上,與會各國政府有關(guān)主管部門與組織、國際機構(gòu)、專家學(xué)者和企業(yè)在廣泛交流的基礎(chǔ)上,對21世紀智能與綠色建筑發(fā)展的背景、指導(dǎo)綱領(lǐng)和主要任務(wù)取得共識。
2對于目前生態(tài)建筑發(fā)展的思考
2.1可持續(xù)發(fā)展的核心問題:節(jié)能與集約化發(fā)展現(xiàn)代人類所面臨的環(huán)境危機與人類貪欲的過度膨脹相關(guān)。如果不抑制消費欲望,提倡過簡樸生活,生態(tài)建筑技術(shù)再發(fā)展、城市道路再擴展,也趕不上過度消費所造成的對自然環(huán)境的破壞速度。所以,抑制貪欲,在生活方式上摒棄消費主義,提倡物質(zhì)生活的適度,實現(xiàn)節(jié)能與集約化發(fā)展,是人類解決環(huán)境問題的治本之道。
2.2系統(tǒng)論思想的引入在建筑實踐中,生態(tài)建筑的技術(shù)核心是環(huán)境控制系統(tǒng)(圖略)它可分為三種類型:1)被動式系統(tǒng)(從建筑的構(gòu)形及其與周圍自然環(huán)境的關(guān)系入手);2)主動式系統(tǒng)(即建筑的機電設(shè)備系統(tǒng));3)建筑管理系統(tǒng)(主要指建筑智能化系統(tǒng))。在三種類型中,被動式系統(tǒng)處于優(yōu)先的位置。因為被動式系統(tǒng)本身不消耗能源,它只是對環(huán)境進行有選擇的吸納和排斥,保證建筑在低能耗的狀態(tài)下運行。被動式系統(tǒng)常關(guān)注建筑形體與環(huán)境之間的關(guān)系以及強調(diào)建筑圍護系統(tǒng)的多功能性,楊經(jīng)文先生把它稱為“生物氣候?qū)W”的設(shè)計方法。由于被動式系統(tǒng)本身不消耗能源,主要依賴周邊環(huán)境,因此它常用于自然環(huán)境較為良好的區(qū)域。在環(huán)境較差的地區(qū)應(yīng)考慮采用主動式系統(tǒng)。主動式系統(tǒng)消耗能源,依靠建筑機電設(shè)備有意識地營造建筑人工生態(tài)系統(tǒng)與周圍環(huán)境融合,改善整體的環(huán)境質(zhì)量。表現(xiàn)為人工環(huán)境自然化,常見于城市中的大型項目。主動式系統(tǒng)和被動式系統(tǒng)并不互相排斥,而是互為補充的。在高技生態(tài)建筑的成功案例中,大都是將兩者混合使用來滿足環(huán)境控制的要求。建筑管理系統(tǒng)(BuildingManagementSystem)是環(huán)境控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,建筑智能化系統(tǒng)是其最突出的體現(xiàn)和代表。美國智能建筑學(xué)會(AIBI,AmericanIntelligentBuildingInstitute)對智能建筑是這樣定義的:“這樣一種建筑:通過建筑的四個基本要素———結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理———進行最優(yōu)化的考慮,從而提供一個效率更高與性價比更好的工作環(huán)境?!痹诟呒忌鷳B(tài)建筑里,智能系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境控制的各個參數(shù),對主動式系統(tǒng)和被動式系統(tǒng)進行調(diào)控管理,減少對能源的消耗,減輕對環(huán)境的壓力。
1)建立主題化校園,更具有可識別性和認知性:抽象“智慧之眼,藝術(shù)源泉”的主題化校園,無論是從平面布局,建筑造型,色調(diào)材料,景觀小品,都與主題緊密相關(guān),具有高度的可識別性和認知性。2)書院制度的探索,營造特色書香氛圍:書院是古代的一種教育機構(gòu),具有培養(yǎng)人才、研究學(xué)術(shù)、傳播文化等多種功能。探索書院制度有利于我們發(fā)掘深層次的中國傳統(tǒng)教育建筑形態(tài)和精神。書院建筑空間布局中最大的特征是院落,院落空間貫穿著從單體到整體的結(jié)構(gòu),是書院的空間內(nèi)核。我們對傳統(tǒng)書院的院落布局形態(tài)拓撲,使其成為校園的主要控制結(jié)構(gòu),打造明確的軸線和一進進的院落,營造適宜尺度的圍合空間感。3)科學(xué)格網(wǎng)與自然脈絡(luò)的整合:規(guī)劃設(shè)計時,一方面最大限度地利用場地條件,集約與開發(fā)并重,充分發(fā)掘利用現(xiàn)有土地條件,提高土地利用率,形成科學(xué)而有序的格網(wǎng)結(jié)構(gòu)。另一方面,打造自然動感的中央水系,營造活潑靈動的校園空間。4)綠色校園,打造低碳生活:設(shè)計中將積極考慮建筑架空層、雨水收集、太陽熱水系統(tǒng)、光誘導(dǎo)措施等,通過主動和被動的綠色技術(shù)打造綠色校區(qū)。a.被動式綠色技術(shù):通過采用被動式綠色設(shè)計技術(shù)創(chuàng)建安全、經(jīng)濟、舒適、可持續(xù)的綠色學(xué)校。最大限度地節(jié)約資源,保護環(huán)境和減少污染,為學(xué)生和教師提供健康、適用、高效的學(xué)習(xí)空間。因此,我們的設(shè)計原則是優(yōu)先采用被動式綠色設(shè)計。b.主動式綠色技術(shù):通過建筑造型,構(gòu)造等達到的被動式措施是綠色技術(shù)的重點,同時,還將輔助一些主動的措施,比如光誘導(dǎo),雨水收集,太陽能集熱器等,共同打造綠色生態(tài)的目標。
2空間結(jié)構(gòu)
校園以中心“藝術(shù)之眼,智慧之泉”為核心節(jié)點,與東側(cè)校前禮儀廣場和西部運動場兩個大的開放空間形成中軸;建筑排布講究院落布局,各教學(xué)樓以及宿舍樓圍合形成大院落,行政辦公樓位于整個校園院落中心,不僅成為整個校園的視覺焦點,同時也將校園大院落劃分出四條景觀通廊。
3功能分區(qū)
本校園規(guī)劃由初中部及高中部兩部分組成,其中部分資源共享,因此,規(guī)劃設(shè)計中的功能組織將需要共享的建筑群居中設(shè)置,方便初中部及高中部共同使用,同時自然將校園分為兩個校區(qū)。主入口設(shè)置在校區(qū)東側(cè),由東側(cè)進入校園依次為教學(xué)區(qū)、生活服務(wù)區(qū)及體育運動區(qū)。創(chuàng)造出生動活潑的互動空間,并根據(jù)主次、動靜、聯(lián)系與分割等不同要素加以組織,使各區(qū)之間聯(lián)系方便,又不會相互干擾(見圖4)。同時,在有限的校園空間內(nèi)組織自然園林及生態(tài)庭院,營建綠色生態(tài)的校園環(huán)境。
4交通組織
初中、高中兩部沿主教學(xué)區(qū)及生活區(qū)各自組織環(huán)形機動車道,南北環(huán)路與操場看臺東側(cè)串聯(lián),既方便教師及外來車輛和后勤車輛的進出,又不會對校園的人流造成干擾,保證了校區(qū)內(nèi)部步行系統(tǒng)的安全。校區(qū)內(nèi)部以步行交通和非機動車交通為主。
5環(huán)境景觀規(guī)劃設(shè)計
校園總體空間組織上著意創(chuàng)造層次豐富、形式多樣的空間形態(tài),做到空間的相互滲透。規(guī)劃沿東側(cè)及南側(cè)城市道路形成延續(xù)的建筑界面,突出城市門戶形象,并通過教學(xué)區(qū)內(nèi)建筑間距、架空底層、空廊等元素,或多或少的向校區(qū)步行空間和運動綠化場地敞開,與校園整體綠化和活動系統(tǒng)相互融合,在校園內(nèi)形成內(nèi)聚的空間形態(tài),為學(xué)校師生提供充滿活力、富有人情味的交流場所。
6風(fēng)格塑造
1)尺度空間。注重人經(jīng)過建筑時在活動中感受到的效果,在空間中流動,自由的欣賞建筑的方式。強調(diào)多層次的交流空間,為人的活動、停留、交往創(chuàng)造不同的尺度空間。校園內(nèi)部則更注重步行視點上有關(guān)人的尺度的處理,通過體量之間的穿插組合、精確細致的立面劃分、適度的比例推敲,營造豐富宜人的校園環(huán)境。2)屋頂形式。坡面屋頂?shù)耐庑翁卣饕恢庇幸环N魅力,而坡面的形式一旦用現(xiàn)代的語匯去解釋,就會得到更多的可能性。傳統(tǒng)的屋面形式在這里得到了拓展,與局部的平屋面相結(jié)合,或抑或揚,形態(tài)各異,趣味橫生。與此同時,坡面屋頂能夠解決平屋頂常見的滲漏、排水等問題,從節(jié)能角度出發(fā),坡屋頂?shù)臒峁ば阅芤脖绕巾敻袃?yōu)勢。3)建筑色彩。屋頂為淺灰色,鋪地采用暖色調(diào),形成以暖色鋪地為襯、綠樹叢中掩映淡雅精致建筑的整體色彩感受。4)材料使用。建筑外墻以面磚和高級涂料為主,局部使用金屬、木材和玻璃幕墻,通過不同材料的統(tǒng)一搭配、形體的虛實穿插、高低錯落,獲得精致、細致、高雅、大方、富有識別性和時代氣息的建筑群體。
7設(shè)計總結(jié)
關(guān)鍵詞:節(jié)能措施;建筑設(shè)計。
降耗節(jié)能是我國一貫遵循的基本國策,大力推廣節(jié)能方針也是順應(yīng)國策和發(fā)展國民經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略。節(jié)能措施是綠色建筑設(shè)計當中的重要組成部分,也時時刻刻影響著人類生活和室內(nèi)外環(huán)境的方方面面。分析建筑設(shè)計當中的不同的節(jié)能措施,可以從建筑中熱量的平衡、通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、建筑自然物的生態(tài)平衡、建筑水處理和建筑外墻設(shè)計等等幾方面來看。
一、節(jié)能措施在建筑設(shè)計中運用的基本原則
建筑設(shè)計中的節(jié)能措施應(yīng)當在充分滿足建筑本身需求的情況下進行,建筑物節(jié)能設(shè)計應(yīng)遵循的原則有以下幾點:
(一)充分滿足建筑需求原則
節(jié)能設(shè)計要在充分滿足建筑的需求的基礎(chǔ)上進行必要的改進,其中包括:滿足建筑在不同方位、場所對顯色指數(shù)度、色溫、照的各種要求;滿足空調(diào)舒適性所需風(fēng)量和溫度;對特殊建筑的工藝要求,例如娛樂場所、酒店、醫(yī)院、體育館等必需的設(shè)備用電,多功能廳、展廳等的電力用電以及工藝照明等。
(二)節(jié)省無謂能量消耗原則
節(jié)能的重點應(yīng)放在節(jié)省那些沒有必要的能量消耗上面。首先應(yīng)當盤查出那些對于整體建筑物來說可有可無的能量消耗點,之后再探討采取相關(guān)的措施來進行節(jié)能。諸如電能傳輸線路上的有功耗損以及變壓器的功率耗損都是無謂的能量耗損,而對于照明量比較大的設(shè)備,應(yīng)采取相關(guān)科學(xué)技術(shù)來降低其照明耗損。
(三)優(yōu)選被動式節(jié)能原則
被動式的節(jié)能技術(shù),即通過自然通風(fēng)、采光等“天然”手段改進能源使用狀況。被動式節(jié)能技術(shù)的運用可以體現(xiàn)在以下幾個方面:
1、朝向:從外表上,很難看出被動式節(jié)能住宅與其它普通房屋的區(qū)別,比較明顯的特征是:為了減少能源損失,被動式節(jié)能的房子在設(shè)計上會盡可能減少外墻面積,因此房屋南北朝向也很重要,這關(guān)系到能否更好地利用太陽能;東西向很少開窗,如果想大面積開窗,必須有相應(yīng)的自然或人工遮陽設(shè)施(樹木、百頁、遮陽篷)。
2、墻體密封性:與一般住宅的區(qū)別主要是內(nèi)部,這里沒有暖氣系統(tǒng),被動式節(jié)能住宅是不需要暖氣設(shè)備的。要保持室內(nèi)溫度,首先依靠很好的保溫層和房子的密封性:盡量避開熱橋,這從地下室開始到屋頂結(jié)束;為了對房子進行高效保溫,還需要對門、窗進行特殊保溫隔熱處理。如我們的延安窯洞就是在山坡上挖洞作為房屋使用,墻體的保溫和密封性非常好,這種建筑非常的節(jié)能。而里面的空氣的溫濕度是非常適合人體各方面條件。
3、通風(fēng)性好:由于房子的密封性高,所以被動式節(jié)能住宅的通風(fēng)顯得更為重要,以防止霉變。但是通風(fēng)會損失大部分能量,所以出現(xiàn)新一代的通風(fēng)設(shè)備:新鮮空氣被吸入首先進入主臥和起居等房間,污濁空氣被從衛(wèi)生間和廚房排出,同時通過熱循環(huán)交換器,使新風(fēng)被舊風(fēng)加熱,盡可能減少通風(fēng)熱損失。
4、低水耗:為了減少水消耗,雨水被收集起來用于沖刷廁所、花園和沖洗其他。水通過屋頂太陽能加熱器被加熱,如果熱水需求較高,會補充天然氣加熱。在這個消耗量上,被動式節(jié)能住宅比傳統(tǒng)房子節(jié)能很多。
(四)考慮節(jié)能實際經(jīng)濟效益原則
節(jié)能的要求還應(yīng)當考慮實際的經(jīng)濟效益,不能過度的為了節(jié)能而增加投資消耗,致使運行費用的增加,適得其反。反而我們應(yīng)該做的是把節(jié)能的投資費用,在最短的時間內(nèi)通過節(jié)能來對運行費用進行回收。
二、節(jié)能措施在建筑設(shè)計中的運用
(一)建筑設(shè)計的綠色節(jié)能標準
建筑設(shè)計要尊重大自然,保護生態(tài)平衡,節(jié)約自然資源和能源,最大限度地提高建筑資源和能源的利用率。要充分地利用太陽能、風(fēng)能等自然清潔能源,減少環(huán)境污染。在滿足了上述要求之后,節(jié)能措施還盡量要求有美感,有藝術(shù)感,創(chuàng)造一種親切健康溫馨的建筑風(fēng)格。
(二)建筑中的熱量平衡
建筑設(shè)計當中的熱量平衡問題,是節(jié)能措施中關(guān)于能源的利用問題。建筑設(shè)計當中,要盡量減少建筑物中的能源散失,合理有效利用能源資源,不斷地提高能源的利用效率使得真正達到節(jié)約能源的作用。在這其中,涉及到北方地區(qū)的采暖和南方地區(qū)的隔熱問題,這兩個方面耗能大,建筑的采暖和隔熱問題是建筑節(jié)能的關(guān)鍵,所以,如何有效地做好建筑采暖和隔熱的工作,如何有效利用這些能源,都是可持續(xù)發(fā)展的建筑設(shè)計當中要認真予以考慮的問題。
(三)建筑通風(fēng)設(shè)計
中國的建筑能耗在通風(fēng)方面的總量較大、比例較高、能效較低和污染也很重,所以成為影響可持續(xù)發(fā)展的重大的問題。建筑的通風(fēng)不僅僅是解決單純空間的換氣而已,還包括建筑物室內(nèi)的溫度和濕度的調(diào)節(jié)。比如有些施工工廠內(nèi)部的通風(fēng)問題就尤為重要,要達到降溫、采暖、吸塵、排毒和凈化,要充分保證職工的身體健康。國內(nèi)在技術(shù)和材料方面已經(jīng)做了不小的研究。我們在這里以一個例子來說明:清華大學(xué)低能耗示范樓工程,該綠色建筑室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)有限考慮被動方式,用自然手段維持室內(nèi)熱舒適環(huán)境。根據(jù)北京地區(qū)的氣候特點,春秋兩季可通過大換氣量的自然通風(fēng)來帶走余熱,保證室內(nèi)較為舒適的熱環(huán)境,縮短空調(diào)系統(tǒng)運行時間,而利用熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)的結(jié)合,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及周圍環(huán)境的特點,在樓梯間和走廊設(shè)置通風(fēng)豎井,負責(zé)不同樓層的熱壓通風(fēng)。在建筑頂端設(shè)計玻璃煙囪,利用太陽能強化通風(fēng)。此外,在建筑外立面合適部位設(shè)置開啟扇,使得室外空氣在風(fēng)壓通風(fēng)的作用下可順暢地貫穿流過建筑。
(四)門窗建筑節(jié)能的設(shè)計
在建筑屋面、墻體、外窗三大圍護組成部分中,窗戶的熱工性能比較差,是影響建筑能耗和室內(nèi)溫度質(zhì)量重點因素。當前我國公共典型的建筑維護結(jié)構(gòu),窗戶的能耗約為屋面的四倍、墻體的三倍,大約占圍護結(jié)構(gòu)總能耗的40%到50%左右。減少窗戶的人能損耗,增強窗戶的隔熱保溫性能,是改善提高建筑節(jié)能水平和室內(nèi)溫度環(huán)境不容忽視的節(jié)能措施。
1、窗戶保溫效果的改善
使窗戶的玻璃變?yōu)殡p層甚至多層,可以是內(nèi)外層玻璃間形成封閉的空氣層,以至改善窗戶的保溫效果。目前在國內(nèi)絕熱性好的塑料窗,強度比較高的鋼塑復(fù)合窗等逐漸的發(fā)展應(yīng)用,而因為窗框通常選用的鋼材目前還存在的結(jié)露以及冷橋的問題,還有待進一步的改善。
2、控制窗墻比
確定窗墻面積比需要綜合考慮諸多的因素,其中最重要因素的是不同地區(qū)室內(nèi)采光設(shè)計標準、季風(fēng)影響、窗開窗面積冬、夏季日照情況以及室外空氣溫度外與建筑耗能等因素。通常普通窗戶(包括其陽臺門的透明部分)比外墻的保溫隔熱性能要差很多,窗墻面積比越大空調(diào)能耗和采暖也越大。所以從建筑設(shè)計節(jié)能的角度出發(fā),限制窗墻面積比是不容忽視的。
3、降低冷風(fēng)滲透
在我國通常門窗、尤其是鋼窗的氣密性過差,在熱壓和風(fēng)壓的共同作用下,冬季通過門窗縫隙屋外的冷空氣進入室內(nèi)增加了供暖耗能。在增強門窗的制作質(zhì)量的前提下,在門窗上加設(shè)密封條是增加門窗氣密性最重要的手段之一。而密封條的要求是價格適中、經(jīng)久耐用、鑲嵌牢固嚴密、使用方便、彈性良好。這可按照各種門窗的具體實際情況,而采取相應(yīng)的門窗密封條,如塑料條、橡膠條以及橡塑結(jié)合的密封條,密封條形狀可為片狀、刷狀或者是條狀,固定方法可以釘結(jié)、擠緊或者是粘貼,當然有些還可以制作成禽狀,在門窗接縫處擠壓待成型后加以固化。
(五)建筑外墻設(shè)計
建筑結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計要實現(xiàn)自然采光和自然的通風(fēng)要求,減少對于電器的依賴,要努力提高室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定。要利用好的外墻材料,采用更好的隔熱磚代替粘土磚。在遮陽方面,可以使用輕便的可調(diào)節(jié)的遮陽設(shè)備來抵御夏季太陽的直接的輻射,同時在冬季也能夠調(diào)節(jié)以便于采光。
(六)建筑的水處理
[關(guān)鍵字]太陽能 被動式 主動式 一體化
[中圖分類號] TU237 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2013)-3-265-1
為了節(jié)約和有效地利用現(xiàn)有的資源,人們不僅加大了可再生能源的開發(fā)如:太陽能,風(fēng)能,水能,在建筑上也提出了“綠色生態(tài)建筑”的設(shè)計理念。覆土、蓄熱墻、太陽能設(shè)備等外形的節(jié)能建筑便應(yīng)運而生,并在建筑設(shè)計和節(jié)能設(shè)計上被充分考慮進去。
1 被動式太陽能建筑
在建筑物的策劃、建造等活動中,太陽能建筑包括主動與被動利用太陽能的建筑。從技術(shù)發(fā)展可劃分三個階段:被動式太陽能建筑,主動式太陽能建筑以及太陽能一體化建筑。
1.1 被動式太陽能建筑設(shè)計概述
被動式太陽能建筑圍護結(jié)構(gòu)主要具有較大的熱阻,基本工作機理就是所謂的“溫室效應(yīng)”。
1.1.1 被動式太陽能建筑的形式
被動式太陽能建筑根據(jù)利用太陽能方式的不同分為以下幾類:
(1)直接受益式:這種方式是讓太陽光透過透光材料照射到起儲存熱能作用的內(nèi)墻和地板,到夜晚,儲存的熱量通過對流輻射和熱傳導(dǎo)被釋放,使房間在夜晚也能保持一定溫度。
(2)集熱墻式:主要是利用南向垂直集熱蓄熱墻將吸收采光面的陽光通過傳導(dǎo)、對流等方式,將熱量送至室內(nèi)。
(3)附加陽光間式:簡單的說就是直接受益窗和集熱蓄熱墻式的綜合,實際上是房屋主體南面附加的一個玻璃溫室。
(4)蓄熱屋頂池式:該方式蓄熱物質(zhì)放在屋頂上,其上設(shè)有可自由開閉的隔熱蓋板,兼顧冬夏,具有冬季采暖和夏季降溫的功能,主要用于夏季較熱、冬季不太冷的地區(qū)。
(5)組合式:根據(jù)各被動式類型太陽房優(yōu)缺點不同,任意組合兩種或兩種以上的太陽房,可形成互為補充的、更加有效的采暖系統(tǒng)。
1.1.2 建筑平面和形體設(shè)計
被動式太陽能建筑房平面設(shè)計的關(guān)鍵是既能高效利用太陽能,又能達到經(jīng)濟合理的目的。對于住宅房來說,使用功能的不同溫度要求也不同,因此應(yīng)根據(jù)需求來設(shè)計。如:臥室、客廳盡可能設(shè)計南向以獲取陽光,廚房、儲物間等對溫度要求不高的應(yīng)盡可能北向,從而有利于房屋的整體保溫。建筑形體在綜合考慮集熱和耗熱基礎(chǔ)上,應(yīng)盡可能的沿東西方向展開的矩形平面設(shè)計形式,墻面應(yīng)避免出現(xiàn)凹凸變化,確保建筑的簡潔。
1.2 主動式太陽能技術(shù)
主動式太陽能技術(shù)主要指熱能使用技術(shù)。主動式太陽能建筑構(gòu)造較復(fù)雜,工作原理通過高效集熱裝置獲取太陽能,利用風(fēng)機或盤管將熱量送入室內(nèi)采暖或加熱。實際應(yīng)用中最為常見的是太陽能熱水器系統(tǒng),主動式太陽能系統(tǒng)圖如圖。
2 主動式太陽能與建筑一體化研究
2.1 太陽能集熱器分類及工作原理
太陽能集熱器性能是衡量太陽能熱水系統(tǒng)的重要標志,按照工作原理可劃分為:(1)板管式熱水器:涂層的吸熱板通過吸收透過玻璃蓋板的陽光,一方面向四周散熱,一方面將熱量作為有用能量輸出。(2)真空管熱水器:吸熱體與玻璃管中間保持真空層,有效避免了傳導(dǎo)和對流熱損失,并且通過吸收涂層紅外發(fā)射率,降低了吸收板的熱損失。(3)悶曬式集熱器:是太陽能熱水器最初的形態(tài),通過太陽照射在悶曬盒,使得盒內(nèi)塑料或者金屬的盛水膽的水被加熱。
2.2 太陽能熱水器系統(tǒng)的應(yīng)用調(diào)研分析
太陽能熱水器系統(tǒng)與建筑結(jié)合的系統(tǒng)根據(jù)形式可劃分為:(1)整體式太陽能熱水系統(tǒng):該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單,運行安全。特點是集熱器與蓄熱水箱合二為一。(2)分體式太陽能熱水器系統(tǒng):主要是太陽能集熱器與蓄水箱分開,安裝附屬能源設(shè)備來控制各個時段的用水,充分發(fā)揮太陽能集熱器的熱效率。
3 太陽能建筑一體化建議
3.1 一體化的現(xiàn)狀及原則
目前我國太陽能熱水系統(tǒng)主要用于家用,還存在不少問題:從視覺角度,房屋在建筑設(shè)計形象大多不協(xié)調(diào),影響建筑美觀;從產(chǎn)品角度,太陽能產(chǎn)品構(gòu)件化、規(guī)模化、標準化程度較低,部分還存在安裝安全缺陷;從設(shè)計角度,太陽能熱水器設(shè)計過程大多缺少建筑師結(jié)構(gòu)師參與,缺乏通用設(shè)計圖集和應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。
因此太陽能與建筑結(jié)合要根據(jù)以下原則:在外觀上,實現(xiàn)太陽能集熱器與建筑協(xié)調(diào)統(tǒng)一;在結(jié)構(gòu)上,確保建筑物的承重、防水等功能前提下,綜合考慮太陽能的抵御外界能力,合理安裝太陽能;在管路布置上合理布置管路,各管路留出在建筑物中的通口;在系統(tǒng)運行上須具備可靠、穩(wěn)定、易于安裝、維護盡量實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。
3.2 不同層高的選擇方案
(1)多層住宅解決方案:首先單臺一體式熱水器小區(qū)集體安裝;其次為聯(lián)集管等分離式熱水系統(tǒng);最后陽臺或者南立面壁掛式系統(tǒng)。
(2)小高層住宅解決方案:當水壓可至屋面,首選在小區(qū)集體安裝單臺一體式熱水器;其次聯(lián)集管式熱水系統(tǒng)或其它分離式系統(tǒng);最后選用陽臺或南向立面等壁掛式系統(tǒng)。
(3)高層住宅:對于從頂層往下1-7層,若水壓充足,可選用單臺一體式熱水器或壁掛式系統(tǒng);中間樓層可選用壁掛式分離熱水系統(tǒng);底部采光不好部分可選用分離式熱水系統(tǒng)。
4 結(jié)語
太陽能資源作為一種清潔的可再生資源,有著巨大的市場潛力。通過本文研究得出以下結(jié)論:
(1)幾種被動式太陽能建筑形式中,陽光間式不僅造價適中,且維護簡單,因此具有廣闊的市場空間。
(2)對比幾種太陽能集熱器,真空管集熱器具有明顯的優(yōu)勢,可大面積在全國推廣。
(3)和諧、結(jié)構(gòu)安全、系統(tǒng)穩(wěn)定是太陽能建筑一體化的原則,分離式太陽能系統(tǒng)適用于任何一種層高的房屋,是未來的發(fā)展趨勢。
參考文獻
[1]王長貴, 鄭瑞澄等著.新能源在建筑中的應(yīng)用[M] .北京:中國電力出版社,2003(1):74-80.
1.1可以有效提高城市居民的生活質(zhì)量
我國經(jīng)濟與城市建設(shè)的不斷進行,使得在我國的多數(shù)城市建設(shè)中,建筑設(shè)計中出現(xiàn)重規(guī)模而忽視環(huán)保的問題。城市建筑設(shè)計如果不考慮環(huán)境因素,就會導(dǎo)致環(huán)境保護的破壞,還會加大能源的浪費。隨著城市發(fā)展向現(xiàn)代化和智能化的方向發(fā)展,在建筑設(shè)計中合理的加入一些生態(tài)設(shè)計元素,會極大的減少居民生產(chǎn)和生活對于環(huán)境和能源的破壞,最終實現(xiàn)居民生活質(zhì)量的切實提高。
1.2可以大力促進城市的經(jīng)濟發(fā)展
城市發(fā)展的重要規(guī)劃包括城市經(jīng)濟發(fā)展,可以說是城市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要因素。要想沖破城市的固有規(guī)劃和建設(shè)的束縛,使城市建筑的設(shè)計能夠有效的推進與經(jīng)濟增長、環(huán)境保護和保護能源之間的有效統(tǒng)一就要加快生態(tài)建筑的發(fā)展,通過生態(tài)建筑的建設(shè)來實現(xiàn)城市經(jīng)濟的快速發(fā)展。
1.3可以實現(xiàn)城市的健康發(fā)展
生態(tài)建筑的設(shè)計可以實現(xiàn)生態(tài)、環(huán)保和節(jié)能的設(shè)計理念的有機統(tǒng)一,從而能夠有效保證城市持續(xù)健康發(fā)展目標的實現(xiàn)。要實現(xiàn)城市環(huán)境和能源資源分布的平衡,就要在生態(tài)建筑的設(shè)計中嚴格按照城市發(fā)展的全面情況進行系統(tǒng)設(shè)計。作為一名合格的生態(tài)建筑設(shè)計,必須能夠有效的促進市民的健康,推進教育的不斷發(fā)展,要在重視城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和能源的使用情況下來推動城市的健康發(fā)展。
二、建筑設(shè)計生態(tài)化的未來發(fā)展趨勢
我國環(huán)境問題的不斷加劇使得倡導(dǎo)和推廣生態(tài)建筑成為了今后的必然趨勢,這是建筑設(shè)計生態(tài)化的未來發(fā)展趨勢。生態(tài)建筑發(fā)展方向包括原生生態(tài)建筑和運用新生態(tài)技術(shù)提升建筑生態(tài)化。原生生態(tài)建筑多數(shù)選取自然的采光和通風(fēng)形式,在原生生態(tài)建筑中人們能夠自覺運用本地建筑材料及建筑技術(shù),還能充分考慮所在地的氣候條件,對于自然環(huán)境還是比較敏感。建筑的本質(zhì)應(yīng)該是強調(diào)回歸自然,建筑師在對原生生態(tài)建筑進行研究時,要運用新的生態(tài)技術(shù)來提升建筑的生態(tài)化。建筑師要利用新的技術(shù)來改造建筑的環(huán)境,實現(xiàn)具備生態(tài)化的能源與材料的循環(huán)過程的自我控制與優(yōu)化。具體來說,建筑設(shè)計的生態(tài)化發(fā)展趨勢可從能源利用、材料運用和自我調(diào)控三個方面進行把握。
2.1能源利用
在建筑設(shè)計中要盡量采用永不枯竭的太陽能、風(fēng)能及熱能等能源。設(shè)計建筑使之生態(tài)化,利用面積較大的玻璃用于建筑屋頂,用以回收太陽能產(chǎn)生的熱量,經(jīng)由一些手段處理后,可以將其轉(zhuǎn)化成為其他能源用于建筑熱源供應(yīng)和照明。還要應(yīng)用環(huán)保節(jié)能技術(shù),建筑設(shè)計的生態(tài)化強調(diào)建筑本身的節(jié)能環(huán)保,這樣能夠有效降低能源的使用,提高能源的利用和優(yōu)化使用,所以一定要選用相應(yīng)的措施來完成資源消耗和能源再生的轉(zhuǎn)化。
2.2材料運用
要實現(xiàn)建筑設(shè)計的生態(tài)化,在材料的運用方面就要選用可以更新、改造及再利用的可再生資源,以有效實現(xiàn)建筑材料的循環(huán)使用。要通過運用建筑所在地的本地資源,來實現(xiàn)本土生態(tài)建筑的低成本建設(shè)。建筑材料的選取要選用生態(tài)性的建筑材料,這可以有效的實現(xiàn)在材料生產(chǎn)使用及廢棄和再生循環(huán)整個過程中與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)融合,以最低的能源消耗和最小的環(huán)境污染來完成最高的材料利用和循環(huán)再利用。
2.3自我調(diào)控
生態(tài)建筑設(shè)計主要分為被動式和主動式的自我調(diào)控。被動式的調(diào)控要借助建筑本身的結(jié)構(gòu)和組件,在對建筑的門窗和陽臺進行遮陽處理時要建立起適宜的生存環(huán)境。被動式的調(diào)控是為了解決傳統(tǒng)建筑,能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑環(huán)境的關(guān)注,還能實現(xiàn)對現(xiàn)代建筑設(shè)計理念的深刻理解。通過自我調(diào)控來指導(dǎo)建筑設(shè)計生態(tài)化的建設(shè)。目前,國外的住宅建筑師通過選取玻璃暖房及相應(yīng)的構(gòu)造形式實現(xiàn)了建筑的保溫和隔熱效果??梢哉f主動式的調(diào)控則是現(xiàn)代建筑設(shè)計生態(tài)化的最大成就,使得計算機技術(shù)在建筑設(shè)計中得到了的應(yīng)用,實現(xiàn)了計算機技術(shù)與設(shè)計師外延思想的有機結(jié)合,使得建筑設(shè)計生態(tài)化發(fā)生了一次技術(shù)性的革命。建筑設(shè)計師還可以經(jīng)過主動調(diào)控把建筑生態(tài)的設(shè)計進一步的精細化、準確化和嚴密化,這樣能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)計生態(tài)化和建筑構(gòu)造、物理及現(xiàn)代計算機技術(shù)的有機融合。
三、結(jié)束語