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摘要:由于全球性的環境惡化與經濟危機使得建筑學人開始反思現代建筑活動中不當的行為方式,從而引發了對低碳經濟下綠色建筑的深入研究。本文通過對李儀祉水利文化紀念館生土理念的介紹,以傳達設計者通過對生土建筑理念的理解以及演繹來探索現代建筑低碳經濟下的設計思路。...
 
低碳經濟下綠色建筑設計的思考
 
 李敬軍   謝權
(陜西省土木學會建筑電氣專業委員會報送)
 
一、雙重危機下的低碳時代
    21世紀,人們談論最多的恐怕是大氣變暖、環境惡化等話題。近年來世界上洪水、干旱、火災等災難的頻發,已經告誡人類:我們的環境正在面臨巨大的危機。在環境惡化的同時,2009年發生的百年一遇的全球經濟危機猶如雪上加霜,它反映了全球經濟的嚴重失衡。
 
    在環境危機與經濟危機雙沖擊的今日世界將會促使人類反思我們曾走過的工業文明時代的道路,尋求一條新的人與自然共生共存、和諧相處的新道路。歷史的經驗提示我們:經濟危機預示著一次新的科技革命和發展機遇,催生一個新時代的誕生,這個新時代應該就是低碳經濟時代。
 
    低碳經濟的概念最早正式出現在2003年的英國能源白皮書《我們能源的未來:創建低碳經濟》中,低碳經濟就是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式,是人類社會繼農業文明、工業文明之后的又一次重大進步。低碳經濟實質是高能源利用效率和清潔能源結構問題,核心是人類生存發展觀念的根本性轉變。
 
    建筑是碳排放的重要來源,在我國的能耗結構中,建筑的建造和使用占據了大約30%,而與建筑相關的工業和交通占據了16.7%。兩者相加達到了46.7%。因此,發展綠色低碳建筑是有效降低碳排放的重要途徑。我們的設計觀念要從過去的“改造自然”向“保護自然”轉變,從掠奪性的消耗資源向珍惜自然資源轉變。
 
二、生土建筑的低碳特色
    從生態學角度看,人類對自身生存環境的適應表現在生活的各個方面,人類的居住生活和建造活動對這種“適應”也有充分的表現。這些保留至今的傳統建筑的大多數做法和形式都是經過長時間對當地氣候、資源等條件適應后的產物。
 
    在中國的北部地區,分布著世界上最大的黃土高原,著名的中國式窯洞民居等就分布在這一地區,形成了具有北方特色的生土建筑群。生土建筑是利用生土材料營建主體結構的建筑,或在原狀土中挖鑿的窯洞或利用生土、沙石掩覆的各類建筑。它始于人工穴居、半穴居時代,已有悠久的歷史。這里所指的生土建筑,只限于地表淺層,不包括地下深層的地下建筑。其特點是可以就地取材,易于施工,便于自建,造價低廉,冬暖夏涼,節省能源,節約占地;有利于生態平衡、隔音、減少污染。
 
    生土建筑因地制宜、就地取材、冬暖夏涼,與環境和諧的方法,與尊重基地環境,節約使用資源和能源的設計原則有共同的契合點。因此,挖掘和發展生土建筑的生態設計經驗和做法,成為綠色低碳設計的重要途徑之一。
 
三、源于生土的設計實踐
    在李儀祉水利文化紀念館的設計中,我們結合當地的實際情況,運用生土建筑的節能原理并綜合其他節能技術,在經濟適宜的基礎上最大程度的達到低碳節能。
 
    李儀祉水利文化紀念館位于關中北部,涇陽縣王橋鎮社樹村北,面南背北,南臨涇惠渠總干渠,為典型的臺原地貌。基地周邊環境較為純粹,呈現關中塬區純樸的田野景觀。
 
    李儀祉(1882-1938)先生是我國近代著名的水利科學家,中國水利學會的創始人。他規劃關中“八惠”,建成了涇惠渠、渭惠渠、洛惠渠、梅惠渠四大灌區,灌溉面積達300萬畝,使關中擺脫了旱魔的肆虐。他先后創辦了三秦公學、河海工程專門學校(現河海大學)、陜西水利專修班(現西北農林科技大學)等水利院校,為我國培養了一大批水利人才。

    李儀祉先生于1938年3月8日逝世,即葬于此。墓園安靜肅穆,松柏蒼翠。為了進一步加強鄭國渠文化、儀祉水利文化的研究,推進引涇遺址保護、開發和利用,展示陜西水利的巨大成就,政府批準建設李儀祉水利文化紀念館。
 
    業主原規劃在陵墓塬坡下的廣場東西兩側征地,建兩座具有關中民居風格的展室。經過實地勘察與仔細研究后,為了盡量節約用地,保持地形地貌,我們打破常規將建筑集中至景區中軸線上。作為陵園臺地向下延伸的終點,維持人們從紀念廣場到陵墓的視線完整,同時也更能烘托紀念館的氛圍。紀念館的造型結合景觀廣場以中國水利標志為原型,既是中國水利精神的直接表達,又創造了標識鮮明的水利特色和時代特征。
 
綠色設計
    由于紀念館地處關中塬區農村,所以在設計時因地制宜,借鑒當地窯洞的建造思路。
 
    眾所周知的窯洞等生土建筑所具有的“冬暖夏涼”特性,實質是其蓄熱性能較好的厚重性圍護結構,由于具有良好的熱穩定性,對于較大的室外溫度波動的衰減作用的一種表現,并且天然材料的運用避免了生產、加工和運輸能耗,使窯洞成為天然的綠色節能建筑。
 
    在具體設計中,我們總結以下幾點:
    集中展館,修改原規劃,減少土地消耗與熱散失;
    斜向屋面,積極利用現有地形地勢;
    空間下沉,從根本上優化建筑圍護結構的熱工性能;
    雨水收集,利用水景改善展館微環境;
    光能利用,太陽能集熱降低建筑在極端氣候對空調的過度消耗;
    科學綠化,水土保持,調節氣候,降低污染;
 
    a.圍護結構
    展館以中國水利標志為設計原型,依山就勢整體設計,維持原有的地形地貌。紀念館屋頂依地勢抬高,猶如從地面生長出一樣,與環境和諧融洽,宛如大地景觀,又似壩址遺風。紀念館沿中軸兩側相對為儀祉館和歷史館。紀念館東西兩端為下沉式通道與水池,寧靜的水面烘托樸素莊重的氣氛。
 
    集中的形體與以前院落的方式相比,減少土地的擾動,降低了建筑的體形系數,利于保溫,同時也減少了其他多余圍護結構的浪費。

    按照窯洞的節能思路,將展館前端空間下沉2.7米,由于北側一級平臺高于前廣場2.3米,展館后側5米(首層)全部位于地下,二層夾層直接連通至一級平臺。傾斜的大屋頂依勢而上,屋頂覆土0.9米,種植關中田野特有的老虎皮草,生命力頑強,涵養土壤,抓地力強,對雨水有很好的過濾作用,也有很好的隔熱保溫作用。在屋頂臺階上可以布置可移動箱式種植的景觀樹,不同時節可以有不同的造型,同時也可以為屋頂進行適當遮陰。
 
    經過模型分析與技術測算,由于土層的恒溫調節,展館內部溫度變化遠低于環境氣溫變化【圖1】,在冬夏兩季非極端溫度下不需要外界熱源基本可以保證室內適宜的溫度。在極端溫度下,只需少量的普通空調補給即可滿足。能耗僅是普通建筑能耗的60%。

                                                                                                                                圖1 生土建筑室內外溫度變化

    b.水景的利用
    展館兩側的水池設計結合當地的氣候狀況,采用卵石襯底的淺水池設計,夏季多雨季節,水源利用由屋頂過濾收集的雨水,大面積的淺水池,可以有效改善展館周圍的微環境,減弱夏季的燥熱之感。在冬季枯水期,水池以池底純白的卵石表現水的意境。一種景觀兩種意境,既可以有效的節約水資源,又可以降低維護費用。
 
    c.適當利用太陽能
    利用傾斜屋頂與太陽良好的角度和臺原地區良好的太陽能資源,采用成本較低太陽能采暖系統,平常為工作人員提供熱水服務,在冬天可以補充采暖,降低空調的消耗。室外景觀燈及道路照明,采用太陽能照明設備,室外照明基本可以擺脫對外界電力的依賴。
 
    d.建筑材料
    墻體材料完全杜絕使用粘土磚,采用綠色環保的粉煤灰磚。各種建筑材料在選材上盡量就近選擇,減少材料運輸上的消耗。
 
四、總 結
    生土建筑是適應當地氣候及其自然條件的有機產物, 它的生成和發展是人們長期適應自然環境的結果。生土建筑中生態技術方法與今天的可持續建筑體系在很多方面是一致的,能很好地達到能源節約和保護環境的目的,我們應該立足本土發掘內涵,并使其在現代建筑中煥發出新的生命力。
 
    低碳不是純粹的技術堆積和搞噱頭,我們建筑師應立足根本,尊重自然,保護自然,從建筑設計自身做起。李儀祉紀念館雖然不能與現在流行的依附了大量高科技的“零碳”建筑相比較。但他卻是從建筑最基本的方面力求做到低碳節能,為我們普通建筑的低碳發展提出一個新的方向。
 
參考文獻:
1.趙群等,中國傳統民居中的生態經驗芻議,2004.10;
2.中國建筑學會建筑師分會建筑技術專業委員會等主編,綠色建筑與建筑技術,中國建筑工業出版社;
3.劉李峰等,傳統民居建筑理念、特征及其當代傳承問題研究,小城鎮建設;
4.張坤民,低碳經濟論,中國環境科學出版社,2008;
5.鮑家聲,低碳經濟時代的建筑之道,建筑學報,2010.7;
6.荊其敏,中國生土建筑,天津科學技術出版社,1985
 
作 者:
李敬軍  男  陜西省建筑設計研究院有限責任公司副總建筑師
謝  權  男  陜西省建筑設計研究院有限責任公司 助理建筑師
聯系地址:西安市北大街209號    710003
聯系電話:029-87235516
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學會  文徑網絡:文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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