土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述

1、綠色生態(tài)設(shè)計(jì)在高層建筑用的應(yīng)用專業(yè):土木工程學(xué)生:指導(dǎo)老師:摘要:隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展,建筑能耗逐年上升,調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,我國建筑業(yè)目前以每年平均20億平方米的速度在發(fā)展,但同時(shí),建筑耗能已經(jīng)也占到了社會(huì)耗能的2.5%。開發(fā)新材料新技術(shù)用以提高人們的生活質(zhì)量生活水平,周邊環(huán)境質(zhì)量成為當(dāng)前最主要的建筑任務(wù)。而生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)任務(wù)中最為關(guān)鍵,因?yàn)楦邔咏ㄖ谑┕そㄔ爝^程中的確消耗大量的資源和材料,在運(yùn)行過程中也耗費(fèi)大量的能源并排出大量的廢棄物,從節(jié)能的角度存在較大的弊端。但是在當(dāng)前土地資源緊缺情況下,因?yàn)楦邔咏ㄖ嫉馗?可以節(jié)省更多空間進(jìn)行綠化,并改善城市環(huán)境。關(guān)鍵詞:節(jié)能;生態(tài)設(shè)計(jì);高層

2、建筑1 概述世界性的能源和環(huán)境危機(jī)使得“可持續(xù)發(fā)展”(Sustainable Development 的思想在全世界范圍內(nèi)達(dá)成共識(shí)。從社會(huì)能源消費(fèi)的構(gòu)成來看,建筑能耗占總能耗的30%40%,隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,建筑能耗將在一段時(shí)期內(nèi)繼續(xù)以較快的速度增長。對(duì)于城市和建筑來說,由傳統(tǒng)的高消耗型發(fā)展模式轉(zhuǎn)向節(jié)能環(huán)保型模式成為必然的趨勢,生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑中的應(yīng)用孕育而生。生態(tài)設(shè)計(jì)即綠色建筑,綠色建筑的概念由美籍意大利建筑師保羅索勒瑞于20 世紀(jì)60 年代首先提出,是指為人類提供一個(gè)健康、舒適的工作、居住、活動(dòng)的空間,同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高效率地利用能源最低限度地影響環(huán)境的建筑物?，F(xiàn)在這

3、一概念得到了高度的重視,在不少國家得到實(shí)踐推廣,成為世界建筑發(fā)展的方向。應(yīng)當(dāng)指出,這種技術(shù)表現(xiàn)并不是簡單地利用人工設(shè)備和各種新型材料去建筑一個(gè)“綠色”建筑,而是運(yùn)用生態(tài)學(xué)的原理,以高信息、低能耗,可循環(huán)性和自調(diào)節(jié)性的設(shè)計(jì)理念去創(chuàng)造一個(gè)節(jié)能的系統(tǒng),通過“技術(shù)性思維”來改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念。經(jīng)過30 多年的發(fā)展,綠色建筑現(xiàn)在在國際上已有了許多成熟的評(píng)估體系,如美國的LEED、英國的BREEM、加拿大的GBC、日本的CASBEE、澳大利亞的NABERS 等綠色建筑評(píng)估體系。中國也緊跟世界發(fā)展潮流,在2006 年6 月推出了GB/T50378-2006綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),從法律和標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)范了綠色建筑的發(fā)展

4、。2 綠色建筑的內(nèi)涵2004年8月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建設(shè)部頒發(fā)的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)綠色建筑作出了如下定義:指在建筑的全壽命周期內(nèi)(包括物料生產(chǎn)、建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)及拆除過程,最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。從概念上來講,綠色建筑主要包含了以下四點(diǎn):(1節(jié)約資源,即節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材,主要強(qiáng)調(diào)減少各種資源的浪費(fèi);(2保護(hù)環(huán)境,強(qiáng)調(diào)減少環(huán)境污染,減少二氧化碳的排放;(3滿足人們的使用要求,為人們提供“健康”、“適用”、“高效”的使用空間;(4循環(huán)利用可再生資源。3 綠色生態(tài)型高層建筑設(shè)計(jì)理念

5、所謂綠色生態(tài)型高層建筑設(shè)計(jì)是充分利用環(huán)境和資源所提供的條件,將生態(tài)策略應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中,采取相應(yīng)的建筑技術(shù)和措施,創(chuàng)造出符合生態(tài)規(guī)律的建筑形態(tài),從而創(chuàng)造一種嶄新的、健康的、富于生氣的辦公或居住的建筑模式。3.1 舒適化的設(shè)計(jì)理念隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,人們對(duì)生活和工作環(huán)境的品質(zhì)要求也逐步提高,關(guān)注建筑功能的舒適性,以改善人們的生活工作環(huán)境,提高人們的生命質(zhì)量成為建筑智能化的主要發(fā)展方向。高質(zhì)量和高效率建筑環(huán)境的創(chuàng)造,始終應(yīng)當(dāng)是建筑創(chuàng)作的目標(biāo)。當(dāng)代建筑學(xué)、生態(tài)學(xué)及其它科學(xué)技術(shù)成果的綜合,為建筑創(chuàng)作提供了新的設(shè)計(jì)思維。健康舒適的環(huán)境概念是指:優(yōu)良的空氣質(zhì)量,優(yōu)良的溫濕度環(huán)境,優(yōu)良的光、視線環(huán)境

6、,優(yōu)良的聲環(huán)境;應(yīng)對(duì)的建筑設(shè)計(jì)方法:使用對(duì)人體健康無害的材料,減少VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物的使用,對(duì)危害人體健康的有害輻射、電波、氣體的有效抑制,充足的空調(diào)換氣,對(duì)環(huán)境溫濕度的自動(dòng)控制,充足合理的桌面照度,防止建筑間的對(duì)視以及室內(nèi)尷尬通視,建筑防噪聲干擾,吸聲材料的應(yīng)用等等。3.2 運(yùn)用自然系設(shè)計(jì)理念高層建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用自然體系的目的是為了最大限度地獲取和利用自然采光和通風(fēng),創(chuàng)造一個(gè)健康、舒適的人工環(huán)境。陽光和空氣始終是人類賴以生存的物質(zhì)條件。但照明和空調(diào)人工技術(shù)的普及和發(fā)展,使得自然體系的運(yùn)用受到忽視,同時(shí)也對(duì)建筑環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面的影響。人們?nèi)绻L期處于人工環(huán)境中易出現(xiàn)“病態(tài)建筑綜合癥”及“建筑

7、關(guān)聯(lián)癥”,如疲勞、頭痛、全身不適、皮膚及黏膜干燥等等。因此,在現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)中,應(yīng)注重自然采光和自然通風(fēng)與高新技術(shù)手段的結(jié)合。自然通風(fēng)可利用現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)原理,采用風(fēng)壓與熱壓及二者結(jié)合等多種途徑實(shí)現(xiàn);在自然采光方面,保證良好的光環(huán)境同時(shí),為避免直射眩光和過量的輻射熱,可采取多種創(chuàng)新方式。3.3 自我調(diào)節(jié)“生命體征”理念從高層建筑的“生命周期”來看,從決策過程設(shè)計(jì)過程建造過程使用過程拆除過程,表現(xiàn)出類似生命體的那樣的產(chǎn)生、生長、成熟和衰亡的過程。同所有生命體一樣,高層建筑應(yīng)當(dāng)具備自我調(diào)節(jié)和組織能力以利于自身整體功能的完善。這種自調(diào)節(jié)一方面是指建筑具有調(diào)節(jié)自身采光、通風(fēng)、溫度和濕度等的能力,另一

8、方面建筑又應(yīng)具有自我凈化能力,盡量減少自身污染物的排放,包括污水、廢氣、噪音等。4 綠色生態(tài)設(shè)計(jì)思路4.1注意生態(tài)型建筑設(shè)計(jì)與整體性建筑的規(guī)劃與整體設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分也是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié),如果選址不當(dāng)或者設(shè)計(jì)不合理將會(huì)在建筑后期運(yùn)行中帶來無法挽回的損失。在此階段,建筑師應(yīng)從整體綜合設(shè)計(jì)概念出發(fā),與結(jié)構(gòu)工程師,設(shè)備工程師,能源分析專家和環(huán)境專家緊密配合,達(dá)到從策劃、選址到設(shè)計(jì)都符合節(jié)能環(huán)保的要求。高層建筑空間設(shè)計(jì),要綜合考慮到建筑空間的組合,庭院空間利用,工作場所的布局特征和空間的經(jīng)濟(jì)性問題。而生態(tài)設(shè)計(jì)要求空間分區(qū)應(yīng)進(jìn)一步考慮節(jié)能和舒適度的需求。建筑內(nèi)部不同的空間對(duì)溫度、自然光和

9、景觀的要求是不同的。如普通辦公室對(duì)溫度要求苛刻,其次是會(huì)議室和多功能廳,門廳、走道和樓梯交往空間等對(duì)溫度的要求相對(duì)較低。因此交往空間可以作為內(nèi)外環(huán)境的緩沖區(qū),它的設(shè)定溫度可以更接近室外,從而形成了室內(nèi)外溫差的梯度轉(zhuǎn)換。這不但可以優(yōu)化能源消耗,亦能減輕人們對(duì)室內(nèi)外劇烈的溫度變化造成的不適感。4.2 做好建筑物表面的生態(tài)化設(shè)計(jì)建筑表皮作為內(nèi)外空間的轉(zhuǎn)換介質(zhì),通過室內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息等交流對(duì)物理環(huán)境因子具有反射、吸收、透射和轉(zhuǎn)換等作用,不同程度地改變建筑室內(nèi)外物理環(huán)境的品質(zhì)。建筑表皮所使用的材料及其構(gòu)造方式不同,會(huì)對(duì)室內(nèi)外聲、光、熱等物理環(huán)境產(chǎn)生積極或消極的影響。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)多關(guān)注表皮的裝飾功能

10、、視野以及表面視覺機(jī)理等的建筑學(xué)因素。而具有生態(tài)環(huán)境的建筑設(shè)計(jì)也會(huì)同時(shí)關(guān)注表皮的控制和支撐功能:關(guān)注太陽輻射熱、自然光、風(fēng)、人的生理舒適度、煙霧和有機(jī)化合物氣體的污染等要素。2003年在托馬斯·赫爾佐格設(shè)計(jì)完成的德國建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會(huì)辦公樓中,片狀金屬板在立面上的應(yīng)用是該設(shè)計(jì)的一個(gè)特征。其建筑表皮不僅注重形式上的美感,并且能起到采光和遮陽的作用。在建筑北面,這些金屬板可將頂光反射到房間內(nèi)部,在南立面,設(shè)計(jì)了一個(gè)近似鐮刀形的調(diào)節(jié)裝置。正是這個(gè)精致的可調(diào)節(jié)構(gòu)件協(xié)調(diào)好建筑表皮遮陽與采光的關(guān)系,它可在陰天時(shí)將天空擴(kuò)散光反射到室內(nèi);而當(dāng)陽光照射時(shí),構(gòu)件則轉(zhuǎn)到垂直方向的遮陽板的位置上起到遮陽作

11、用。4.3 強(qiáng)調(diào)建筑物結(jié)構(gòu)體系的綠色生態(tài)化人類的建筑活動(dòng)自古以來就在有意識(shí)或無意識(shí)地涉及生態(tài)問題,人類文明是在模仿自然和適應(yīng)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來的,因此建筑創(chuàng)作需要不斷地從自然界中汲取靈感。建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)自然界的模仿不僅蘊(yùn)含著高超的技術(shù)含量,而且還體現(xiàn)出極富張力的美學(xué)特性,采用與生長環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)是最佳的結(jié)構(gòu)形式。1樹的結(jié)構(gòu)形式:根、樹干、樹枝組成的支撐體系,不但可以支撐起植物的重量,抵抗水平荷載,以最合理的方式傳遞力,同時(shí),還保證了植物的健康成長,在錯(cuò)落有致的樹枝、樹桿間保證每個(gè)部分充足的日照。樹的形式一直在被不斷地反復(fù)探索。如西班牙建筑師卡拉特拉瓦追求的是運(yùn)用理性的手段傳達(dá)出結(jié)構(gòu)

12、的動(dòng)勢,他設(shè)計(jì)的加拿大多倫多BCE文化廣場中庭采用優(yōu)雅的剛結(jié)構(gòu),他通過模擬樹干分叉的生長肌理,創(chuàng)造出兩邊的支柱與頂棚的弧形肋架。結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力的特點(diǎn)通過特定的樹形組合被清晰地表達(dá)出來。使觀賞者憑借著常識(shí)和經(jīng)驗(yàn),可以自然而然地產(chǎn)生這種類比的心理。2竹的結(jié)構(gòu)形式:竹子具有外直中空、勁節(jié)挺拔的外形。從生物力學(xué)的角度來說,竹子直徑與高度之比如此懸殊,而能在勁風(fēng)中不屈不撓,原因是其中空和節(jié)段的結(jié)構(gòu)。李祖源把從竹子“節(jié)節(jié)相生之形”“空為大川的竹之本質(zhì)”應(yīng)用到101大樓設(shè)計(jì)中。101大樓由8層段組成,外形似塔,更似節(jié)節(jié)相生的竹子。正如“中空”的竹節(jié),大樓內(nèi)部挑空處理,使其結(jié)構(gòu)可承受2500年回歸周期的大地震,

13、并可承受17級(jí)60m/s以上的風(fēng)速。4.4 采用新型材料提高建筑能源利用率在綠色建筑中,新能源的利用對(duì)節(jié)約傳統(tǒng)能源起著非常重要的作用?，F(xiàn)在能源危機(jī)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注,大量使用太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物能等非常規(guī)、可再生并且綠色無污染的能源成為發(fā)展的趨勢,符合綠色建筑的理念和可持續(xù)發(fā)展的思想。目前主要的太陽能利用方式有:被動(dòng)式太陽能熱水系統(tǒng),利用太陽能集熱器或真空管吸收太陽輻射熱,為用戶提供生活熱水。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)適用,在我國得到了廣泛的運(yùn)用;主動(dòng)式太陽能系統(tǒng),在太陽能居室采暖方面具有更大的選擇性,但需要外在能源啟動(dòng)運(yùn)行,并需借助電扇或泵等裝置來轉(zhuǎn)換和傳遞太陽能,以此獲得生活熱水

14、或提供居室供暖;太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),是利用太陽能光伏電池板吸收太陽能,并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,提供室內(nèi)設(shè)備用電或接入市政電網(wǎng)送電。此外還有太陽能吸收式制冷系統(tǒng)和太陽能干燥系統(tǒng)等。地?zé)崮艿膽?yīng)用主要有:利用高溫地?zé)崮馨l(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應(yīng);借助地源熱泵和地道風(fēng)系統(tǒng)利用低溫地?zé)崮?。風(fēng)能的利用較適用于多風(fēng)海岸線山區(qū)和易引起強(qiáng)風(fēng)的高層建筑,在英國和香港已有成功的工程實(shí)例,但在建筑領(lǐng)域,較為常見的利用形式是自然通風(fēng)方式?？傮w而言,新能源的利用規(guī)模還不大,技術(shù)上不完善,商品化程度也較低,仍需繼續(xù)深入廣泛地研究。據(jù)統(tǒng)計(jì),在發(fā)達(dá)國家,空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%,我國采暖空調(diào)和照明所用能量的增長速度已

15、明顯高于能量增長的速度。只有高能效的空調(diào)、照明系統(tǒng)與上述措施并行,才能真正的減少建筑能耗。要提高能源的利用率,首先,應(yīng)根據(jù)建筑的特點(diǎn)、功能和當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn),設(shè)計(jì)高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng),如:熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后,在使用中采用高效的能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗等情況。以在2006 年6 月在清華大學(xué)落成的我國首座超低能耗節(jié)能示范樓為例:節(jié)能樓中使用的是水循環(huán)空調(diào),采用這種系統(tǒng)后能源消耗比普通空調(diào)系統(tǒng)減少30%。該樓中每個(gè)房間都安裝了感應(yīng)裝置,人離開房間后感應(yīng)裝置自動(dòng)關(guān)閉光源,停止供應(yīng)冷氣和熱氣,比同等規(guī)模的建筑節(jié)能約70%左右。另外,節(jié)能

16、樓中還配備了雨水和地滲水收集系統(tǒng),可將這些水進(jìn)行深度處理后再次利用,用于沖廁和景觀用水5。雖然節(jié)能建筑的初期成本的投入比較高,但其投入使用后的運(yùn)行成本確比高耗能建筑低許多,隨著能源價(jià)格的不斷上漲其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)將更加顯著。5 我國現(xiàn)階段綠色建筑設(shè)計(jì)的方法及存在問題清華大學(xué)江億院士曾表示:”要使建筑節(jié)能的推動(dòng)模式真正運(yùn)轉(zhuǎn)起來,其關(guān)鍵是給出建筑能耗指標(biāo),建立起建筑能耗評(píng)估體系?！霸谖覈?節(jié)能建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)體系既是正確評(píng)價(jià)建筑節(jié)能效果的標(biāo)準(zhǔn),也是指導(dǎo)綠色建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)。通過借鑒國外綠色建筑設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)方法,我國現(xiàn)行用來指導(dǎo)綠色建筑設(shè)計(jì)的方法主要有三類:按規(guī)定性指標(biāo)、按性能性指標(biāo)和年能耗對(duì)比評(píng)定法。著眼于設(shè)計(jì)過

17、程,“按規(guī)定性指標(biāo)進(jìn)行的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中.整個(gè)設(shè)計(jì)過程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有重大差別”;按建筑性能性指標(biāo)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)步驟。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程相比增加了反饋過程,但沒有突破性的改進(jìn),年能耗對(duì)比評(píng)定法的設(shè)計(jì)過程與按性能性指標(biāo)設(shè)計(jì)的過程基本相同,只是激發(fā)反饋的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有所改變。運(yùn)用信息科學(xué)中的信息流模型分析上述綠色建筑設(shè)計(jì)過程,我們能夠更清晰地看到這些設(shè)計(jì)過程存在的問題。從傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程改進(jìn)而來的綠色建筑設(shè)計(jì)過程仍保持著按要求順序逐步完成任務(wù)、解決設(shè)計(jì)問題的線性思維方法。過程中由于專業(yè)分割明顯,多數(shù)專業(yè)人員不能參與整個(gè)設(shè)計(jì)過程,無法掌握全方位信息。于是設(shè)計(jì)信息與信息反饋分散于建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,無法保持完

18、整和統(tǒng)一,造成信息與操作的片斷性。這也致使建筑設(shè)計(jì)程序前后脫節(jié),存在明顯斷層,不能進(jìn)行有效信息反饋。另外,設(shè)計(jì)過程中如果更改設(shè)計(jì),則需大量重復(fù)設(shè)計(jì)過程,工作效率大大降低。因此.這種各個(gè)環(huán)節(jié)相互脫節(jié)、典型的“拋過墻”式的設(shè)計(jì)過程明顯無法適應(yīng)綠色建筑設(shè)計(jì)的需要。6 建筑實(shí)例考莫茲銀行總部大廈,德國法蘭克福主要(生態(tài)設(shè)計(jì)特征:1. 多個(gè)冬季花園圍繞建筑主體塔樓盤旋而上。建筑側(cè)面被四層高的花園所分割2. 建筑主體中通高的中庭與花園連通,象煙囪一樣為內(nèi)向的辦公室提供100%的自然通風(fēng)3. 利用混凝土的儲(chǔ)熱性能為建筑提供自然夜間降溫4. 利用自動(dòng)監(jiān)控的垂直遮陽板系統(tǒng)為建筑物提供遮陽和日照控制5. 利用時(shí)間和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測器實(shí)行節(jié)能人工照明