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摘要:追求节能、生态环保是现代建筑行业发展的主题，由于公共建筑占据了大量的资源配额。因此，公共建筑的生态化设计显得更为迫切。本文就生态化理念在公共建筑设计中的应用进行了探讨，并提出了具体的生态化设计措施，为此类建筑的生态化设计提供参考。
关键词:公共建筑；生态化理念；节能设计措施
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
近年来，节能减排和生态环保成为了社会的一大主题，作为耗能大户的建筑行业，必须贯彻节能意识，在建筑设计中采用更多的节能措施。对于公共建筑而言，由于公共建筑是供大量人群进行公共活动的大型室内建筑，其功能、技术含量较高，构思涉及“自变量”较多，因此，公共建筑的生态化设计一直是建筑行业的一道难题。
1 公共建筑的特点
公共建筑的特点主要表现在：使用上的公共性、开放性；功能上的多样性；人流交通的大量性；建筑结构复杂性；建筑风格的时代性。
2 公共建筑生态设计原则
生态化公共建筑的根本在于系统集约、经济高效、健康适宜和地域本土性，这四方面又是内在相互依赖、相互影响的整体关系。因此，公共建筑的生态设计原则应遵循以下原则。
2.1 从场地规划出发
1)现场调查和分析；2)建筑规模的确定；3)交通体系的合理规划。
2.2 从建筑设计出发
建筑设计要综合考虑的因素很多，包括建筑物理、材料化学、环境生态、社会影响、使用者的心理需求等。
3 生态化理念在公共建筑设计中的应用
通过分析研究，公共建筑运用积极的建筑设计手法，能减少80%左右的能耗，因此，该类型建筑的节能潜力是非常可观的。然而，如何将这一潜力现实化，可参考如下要点。
3.1 节能设计策略
1)选择高效、清洁的能源
高效，旨在减少材料和能源的消耗，提高大空间建筑整个生命周期中的资源和能源的使用效率。清洁，意味着选用污染小、可再生的能源，减少公共建筑的废物排放，使建筑对自然生态环境的污染和破坏最小。高效清洁的设计策略，是以最低的投入成本、最少的环境污染换取最大的社会经济环境效益。
高效清洁的能源主要包括:
⑴被动式太阳能。通过合理的建筑布局，利用热量传导、对流、辐射等自然交换的方式使建筑物尽可能多地吸收、贮存、释放热量以控制室内舒适度。
设计要点:a．建筑物有良好的绝热表皮。主要是指外围护结构的保温隔热性。b．集热表面设置在南向，一般考虑正南向±15°以内。其中，以白天使用为主的建筑(如办公楼、教室)在南偏东15°以内为宜；在夏季过热的区域，集热面倾角应呈90°设置；避免周围地形、地物(包括附近建筑物)对太阳能建筑正南向±15°范围内的遮阳；另外，还应避免对热部件透光面的污染、避开污染源的下风向。c．贮热体尽量多的设置在室内。贮热体一般分为两类，一类显热材料，如水、石子、混凝土等(利用热容量随着温度变化而变化)；一类是潜热类材料，如芒硝或冰等(利用其熔解热、凝固及其熔点前后显热)。贮热体的选择遵循以下原则:成本低、单位容积的贮热量大、化学性能稳定、无毒、无操作危险、无公害、易取材(图1)。d．主要采暖房间紧靠集热表面和贮热体。e．合理的室内通风系统。f．有效的夜间致凉，蓄冷体系。
图1 太阳光贮热和放热体系(热岩层)
⑵太阳能光伏发电。以光伏电池板作光电转化装置，将太阳光辐射能量转化为电能。
设计要点:a．建筑场地有良好的日照条件；这是太阳能利用的先决条件。b．选择适宜的光伏发电系统。光伏发电系统的种类依据和电网的关系，可以分为独立式、并网式和微电网系统。独立发电系统不与电网连接，连接有负载；并网发电系统直接与电网连接，不一定具有直接负载；微电网系统在不与电网连接或与电网连接的情况下都能运行，且都连接有负载。c．选择适宜的太阳电池组件产品。太阳电池组件产品一般分为晶体硅太阳电池(环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等)，薄膜电池(硅基薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池等)。d．光伏建筑一体化，注意建筑造型的打造。主要分为BIPV(是在已建成的建筑上如屋顶，加装太阳能光伏发电系统)和BAPV(将光伏组件构件化，作为建筑的外围护结构如建筑的幕墙、玻璃窗、采光顶等)。
⑶地源热泵。利用浅层地热能，通过热泵技术将低位热能向高位热能转移，以实现供热、制冷的高效节能的空调技术。按与浅层地热能的换热方式不同分为三类:地埋管换热、地下水换热和地表水换热。三种地源利用方式对应的热泵名称分别叫做:土壤源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵。
设计要点:a．土壤源热泵，特点主要是恒温热、无需除霜、技术复杂、运行管理繁琐、初期投资高；形式包括水平式和垂直式。水平式埋管系统井深小于10m，水平铺设，施工方便但换热效率较低，占地面积较大；垂直式埋管系统竖向打30～100m的井，将换热管竖直埋入地下，打井深度视地质条件而定。b．地表水源热泵，特点主要是温度变化较大、设备容易腐蚀、要注意减少取水工程的能耗，控制在冬季低温时的补热量。c．地下水源热泵，特点主要是节能性好、初期投资低、水泵功耗高，同时要留意回灌阻塞腐蚀与水质污染等问题。d．空气冷热资源利用。夏季，将建筑热量排向室外；冬季，把室外空气热量送往建筑内；过渡季节，室外新鲜空气直接送到室内(表1)。
表1某五星酒店空氣源热泵技术运用前后节气与节电情况
设计要点:a．品位问题。春秋季节，空气是正品位或者零品位冷源，可以直接利用即自然通风；夏冬季节，空气是负品位冷热源，需要通过空气源热泵技术才能应用。b．蓄能技术、辅助冷热源技术及提高空气源热泵低温适应性技术充分利用。c．冬季热泵会出现结霜现象，这就需要开发智能高效的除霜技术，使设备系统不至于降低功效。d．建筑设备一般安置在室外，需要控制噪音并提高安装水平。
⑷雨水与中水回收利用。主要指建筑屋面及场地非机动车道路雨水的回收再利用。这部分雨水污染相对比较轻(表2)。
表2 雨水利用的分类、方式及用途
设计要点:a．集流系统。雨水收集主要指屋顶收集，包括屋顶集流面、汇流槽、下水道和蓄水池；还有屋顶花园集水，屋顶收集要注意防水和排水的处理。b．输水系统。将不同面积上的降雨径流收集贮存备用；通常以截流沟与输水沟(渠)将集流面来水汇集起来，导引到蓄水设施。输水沟(渠)的断面形式可采用U形、半圆形、梯形和矩形等，断面尺寸可用明渠均匀流公式计算确定。利用屋面作为集流面时，可将输水沟布置在屋顶落水管下的地面上，采用混凝土宽浅式弧形断面渠。c．贮存系统。用景观水或人工湖等贮水。d．截污净化系统。分源头净化和集中收集净化两种。e．中水的回收利用对象主要是冷却水、洗浴用水、盥洗废水、厨房废水和厕所废水等，为便于管理和维护，尽量选用定型成套的综合处理设备。
2)选择适宜的节能路线
⑴表皮节能。包括外围护墙体节能、遮阳构建节能、各种幕墙节能技术等。
设计要点:a．墙体节能技术包括外墙外保温技术、外墙内保温、外墙夹心保温、自保温墙体、细部保温等，无论何种技术，均考虑好建筑的气密性和防火安全性。b．遮阳构建的形式包括外遮阳、内遮阳和中间遮阳等，主要考虑日照因素和季节因素的影响，合理配置。c．幕墙节能主要指玻璃幕墙的节能，选择节能玻璃，如吸热玻璃、热反射玻璃、中空玻璃等，可有效提高建筑物的节能效率。同时注意门窗的气密性设计，合理控制窗墙比。
⑵通风分为机械通风、自然通风、自然通风和机械通风同时使用。
设计要点:a．优先考虑自然通风。b．当自然通风不能满足通风换气要求时，应设置机械进排风系统。c．公共建筑物内，对内部通风或污秽气体容易聚集的地方可采用局部排风模式，必要时辅以全面排风。
⑶采光。满足建筑设计及工作要求的同时，要避免眩光、光帷反射等。同时考虑建筑设计的光影艺术性。
设计要点:a．合理的建筑布局朝向。b．合理的窗墙比和采光均匀度。c．合理的开窗大小，避免眩光的产生。d．合理的中庭设计，辅助采光。
⑷设备节能。主要指暖通空调的节能设计，由于受专业限制，希望由设备专业的人员完善，这里只是提出一个大体的原则，主要从冷热源的利用、冷热介质的输配以及设备的节能运行管理等方面予以考虑。
3)减少隐形消耗
公共建筑全生命周期内的能耗主要包括施工中的消耗、建筑运行管理的消耗、建筑拆除所需的能耗、隐性能源消耗。前几方面的能耗备受人们重视，而隐性能源消耗则往往被忽视。
隐性能源消耗，主要是指建筑材料从生产、制造到运输等过程发生的总能耗。其相对不明显但总量相当可观。例如，从吉林将木材运到南京将比使用本地木材多消耗约10倍的能源。如何避免这部分能耗是一个综合的课题，涉及到社会的各个领域，全面做到节能减排。
4)新能源的开发利用
能源危机的出现和人们环保节能意识的提高也在一定程度上刺激着新能源的开发和利用。建筑师更应该以超常的敏感性在新能源的利用上做出大胆的尝试。这是个持续发展的课题，期待社会各行业共同参与。
4 总结
总之，走生态环保之路是未来公共建筑的必由之路，对于解决我国能源问题有重要意义。但公共建筑生态化设计是一个复杂的系统工程，涉及方方面面的问题，因此，必须严格把好节能设计关，监督好施工节能用材关，因地制宜采取节能技术措施，这样才能创造出更大的社会和经济效益。
参考文献
[1] 鲁玉凤.公共建筑的节能设计[J].河南科技,2008年07期
[2] 方永刚.浅谈建筑设计中生态理念的运用及生态建筑的意义[J].城市建设理论研究.2012(14)
关键词:公共建筑；生态化理念；节能设计措施
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
近年来，节能减排和生态环保成为了社会的一大主题，作为耗能大户的建筑行业，必须贯彻节能意识，在建筑设计中采用更多的节能措施。对于公共建筑而言，由于公共建筑是供大量人群进行公共活动的大型室内建筑，其功能、技术含量较高，构思涉及“自变量”较多，因此，公共建筑的生态化设计一直是建筑行业的一道难题。
1 公共建筑的特点
公共建筑的特点主要表现在：使用上的公共性、开放性；功能上的多样性；人流交通的大量性；建筑结构复杂性；建筑风格的时代性。
2 公共建筑生态设计原则
生态化公共建筑的根本在于系统集约、经济高效、健康适宜和地域本土性，这四方面又是内在相互依赖、相互影响的整体关系。因此，公共建筑的生态设计原则应遵循以下原则。
2.1 从场地规划出发
1)现场调查和分析；2)建筑规模的确定；3)交通体系的合理规划。
2.2 从建筑设计出发
建筑设计要综合考虑的因素很多，包括建筑物理、材料化学、环境生态、社会影响、使用者的心理需求等。
3 生态化理念在公共建筑设计中的应用
通过分析研究，公共建筑运用积极的建筑设计手法，能减少80%左右的能耗，因此，该类型建筑的节能潜力是非常可观的。然而，如何将这一潜力现实化，可参考如下要点。
3.1 节能设计策略
1)选择高效、清洁的能源
高效，旨在减少材料和能源的消耗，提高大空间建筑整个生命周期中的资源和能源的使用效率。清洁，意味着选用污染小、可再生的能源，减少公共建筑的废物排放，使建筑对自然生态环境的污染和破坏最小。高效清洁的设计策略，是以最低的投入成本、最少的环境污染换取最大的社会经济环境效益。
高效清洁的能源主要包括:
⑴被动式太阳能。通过合理的建筑布局，利用热量传导、对流、辐射等自然交换的方式使建筑物尽可能多地吸收、贮存、释放热量以控制室内舒适度。
设计要点:a．建筑物有良好的绝热表皮。主要是指外围护结构的保温隔热性。b．集热表面设置在南向，一般考虑正南向±15°以内。其中，以白天使用为主的建筑(如办公楼、教室)在南偏东15°以内为宜；在夏季过热的区域，集热面倾角应呈90°设置；避免周围地形、地物(包括附近建筑物)对太阳能建筑正南向±15°范围内的遮阳；另外，还应避免对热部件透光面的污染、避开污染源的下风向。c．贮热体尽量多的设置在室内。贮热体一般分为两类，一类显热材料，如水、石子、混凝土等(利用热容量随着温度变化而变化)；一类是潜热类材料，如芒硝或冰等(利用其熔解热、凝固及其熔点前后显热)。贮热体的选择遵循以下原则:成本低、单位容积的贮热量大、化学性能稳定、无毒、无操作危险、无公害、易取材(图1)。d．主要采暖房间紧靠集热表面和贮热体。e．合理的室内通风系统。f．有效的夜间致凉，蓄冷体系。
图1 太阳光贮热和放热体系(热岩层)
⑵太阳能光伏发电。以光伏电池板作光电转化装置，将太阳光辐射能量转化为电能。
设计要点:a．建筑场地有良好的日照条件；这是太阳能利用的先决条件。b．选择适宜的光伏发电系统。光伏发电系统的种类依据和电网的关系，可以分为独立式、并网式和微电网系统。独立发电系统不与电网连接，连接有负载；并网发电系统直接与电网连接，不一定具有直接负载；微电网系统在不与电网连接或与电网连接的情况下都能运行，且都连接有负载。c．选择适宜的太阳电池组件产品。太阳电池组件产品一般分为晶体硅太阳电池(环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等)，薄膜电池(硅基薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池等)。d．光伏建筑一体化，注意建筑造型的打造。主要分为BIPV(是在已建成的建筑上如屋顶，加装太阳能光伏发电系统)和BAPV(将光伏组件构件化，作为建筑的外围护结构如建筑的幕墙、玻璃窗、采光顶等)。
⑶地源热泵。利用浅层地热能，通过热泵技术将低位热能向高位热能转移，以实现供热、制冷的高效节能的空调技术。按与浅层地热能的换热方式不同分为三类:地埋管换热、地下水换热和地表水换热。三种地源利用方式对应的热泵名称分别叫做:土壤源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵。
设计要点:a．土壤源热泵，特点主要是恒温热、无需除霜、技术复杂、运行管理繁琐、初期投资高；形式包括水平式和垂直式。水平式埋管系统井深小于10m，水平铺设，施工方便但换热效率较低，占地面积较大；垂直式埋管系统竖向打30～100m的井，将换热管竖直埋入地下，打井深度视地质条件而定。b．地表水源热泵，特点主要是温度变化较大、设备容易腐蚀、要注意减少取水工程的能耗，控制在冬季低温时的补热量。c．地下水源热泵，特点主要是节能性好、初期投资低、水泵功耗高，同时要留意回灌阻塞腐蚀与水质污染等问题。d．空气冷热资源利用。夏季，将建筑热量排向室外；冬季，把室外空气热量送往建筑内；过渡季节，室外新鲜空气直接送到室内(表1)。
表1某五星酒店空氣源热泵技术运用前后节气与节电情况
设计要点:a．品位问题。春秋季节，空气是正品位或者零品位冷源，可以直接利用即自然通风；夏冬季节，空气是负品位冷热源，需要通过空气源热泵技术才能应用。b．蓄能技术、辅助冷热源技术及提高空气源热泵低温适应性技术充分利用。c．冬季热泵会出现结霜现象，这就需要开发智能高效的除霜技术，使设备系统不至于降低功效。d．建筑设备一般安置在室外，需要控制噪音并提高安装水平。
⑷雨水与中水回收利用。主要指建筑屋面及场地非机动车道路雨水的回收再利用。这部分雨水污染相对比较轻(表2)。
表2 雨水利用的分类、方式及用途
设计要点:a．集流系统。雨水收集主要指屋顶收集，包括屋顶集流面、汇流槽、下水道和蓄水池；还有屋顶花园集水，屋顶收集要注意防水和排水的处理。b．输水系统。将不同面积上的降雨径流收集贮存备用；通常以截流沟与输水沟(渠)将集流面来水汇集起来，导引到蓄水设施。输水沟(渠)的断面形式可采用U形、半圆形、梯形和矩形等，断面尺寸可用明渠均匀流公式计算确定。利用屋面作为集流面时，可将输水沟布置在屋顶落水管下的地面上，采用混凝土宽浅式弧形断面渠。c．贮存系统。用景观水或人工湖等贮水。d．截污净化系统。分源头净化和集中收集净化两种。e．中水的回收利用对象主要是冷却水、洗浴用水、盥洗废水、厨房废水和厕所废水等，为便于管理和维护，尽量选用定型成套的综合处理设备。
2)选择适宜的节能路线
⑴表皮节能。包括外围护墙体节能、遮阳构建节能、各种幕墙节能技术等。
设计要点:a．墙体节能技术包括外墙外保温技术、外墙内保温、外墙夹心保温、自保温墙体、细部保温等，无论何种技术，均考虑好建筑的气密性和防火安全性。b．遮阳构建的形式包括外遮阳、内遮阳和中间遮阳等，主要考虑日照因素和季节因素的影响，合理配置。c．幕墙节能主要指玻璃幕墙的节能，选择节能玻璃，如吸热玻璃、热反射玻璃、中空玻璃等，可有效提高建筑物的节能效率。同时注意门窗的气密性设计，合理控制窗墙比。
⑵通风分为机械通风、自然通风、自然通风和机械通风同时使用。
设计要点:a．优先考虑自然通风。b．当自然通风不能满足通风换气要求时，应设置机械进排风系统。c．公共建筑物内，对内部通风或污秽气体容易聚集的地方可采用局部排风模式，必要时辅以全面排风。
⑶采光。满足建筑设计及工作要求的同时，要避免眩光、光帷反射等。同时考虑建筑设计的光影艺术性。
设计要点:a．合理的建筑布局朝向。b．合理的窗墙比和采光均匀度。c．合理的开窗大小，避免眩光的产生。d．合理的中庭设计，辅助采光。
⑷设备节能。主要指暖通空调的节能设计，由于受专业限制，希望由设备专业的人员完善，这里只是提出一个大体的原则，主要从冷热源的利用、冷热介质的输配以及设备的节能运行管理等方面予以考虑。
3)减少隐形消耗
公共建筑全生命周期内的能耗主要包括施工中的消耗、建筑运行管理的消耗、建筑拆除所需的能耗、隐性能源消耗。前几方面的能耗备受人们重视，而隐性能源消耗则往往被忽视。
隐性能源消耗，主要是指建筑材料从生产、制造到运输等过程发生的总能耗。其相对不明显但总量相当可观。例如，从吉林将木材运到南京将比使用本地木材多消耗约10倍的能源。如何避免这部分能耗是一个综合的课题，涉及到社会的各个领域，全面做到节能减排。
4)新能源的开发利用
能源危机的出现和人们环保节能意识的提高也在一定程度上刺激着新能源的开发和利用。建筑师更应该以超常的敏感性在新能源的利用上做出大胆的尝试。这是个持续发展的课题，期待社会各行业共同参与。
4 总结
总之，走生态环保之路是未来公共建筑的必由之路，对于解决我国能源问题有重要意义。但公共建筑生态化设计是一个复杂的系统工程，涉及方方面面的问题，因此，必须严格把好节能设计关，监督好施工节能用材关，因地制宜采取节能技术措施，这样才能创造出更大的社会和经济效益。
参考文献
[1] 鲁玉凤.公共建筑的节能设计[J].河南科技,2008年07期
[2] 方永刚.浅谈建筑设计中生态理念的运用及生态建筑的意义[J].城市建设理论研究.2012(14)