对当代可持续建筑的设计途径的探讨

摘要：建筑在建造过程和使用过程中消耗了大量的能源、资源，对整个社会的可持续发展带来了极大的压力。美国能源部举办的太阳能十项全能竞赛代表了当今世界最先进的可持续建筑设计措施，对其获奖方案进行研究有助于探索出适宜当代可持续建筑的设计途径。

关键词：可持续性、十项全能、能量平衡

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

可持续发展作为一种全新的发展模式和发展战略的概念，已经为世人普遍承认，成为全球性的命题。由于建筑业本身所固有的能源消耗的性质, 它将在实现可持续发展的道路中扮演重要的角色。

1 可持续建筑设计的必要性

建筑在建造过程和使用过程中消耗了大量的能源、资源，对整个社会的可持续发展带来了极大的压力。研究表明，发展中国家建筑消耗的原材料超过总量的50％，能耗则占总量的40-50％，同时还产生了大量的废弃物。中国的建筑资源消耗与能耗也已接近上述比例，同时剧增的建筑量也造成侵占土地、破坏生态环境的现象。另外, 伴随着各类建设还产生大量环境污染, 对于建筑业本身对环境产生的负面效应, 而这些负面效应通过合理的设计手法完全可以减少对环境的影响。建筑作为社会可持续发展的重要组成部分，应该得到全社会的重视，也应该做出应有的贡献。

2 美国能源部太阳能十项全能竞赛的简介

国际太阳能十项全能竞赛（Solar Decathlon，SD）是由美国能源部发起并主办的，以全球高校为参赛单位的借助世界顶尖研发、设计团队的技术与创意，将太阳能、节能与建筑设计以一体化的新方式紧密结合，设计、建造并运行一座功能完善、舒适、宜居、具有可持续性的太阳能住宅。

竞赛期间，太阳能住宅的所有运行能量完全由太阳能设备供给。通过十个单项评比确定最终排名，“十项全能”分别包括：建筑、工程、市场性、公众交流、家用电器、热水、照明、能量平衡、出行等方面来进行建筑的综合测评。

3 2011年“SD竞赛”冠军作品―马里兰大学的“水舍”分析

2011年美国太阳能十项全能冠军作品――“水舍”，在设计中提出了解决水和能源短缺的方法。这座房子展示了已建成的环境如何通过管理雨水现场、过滤污水中的污染物以及减少水的使用来保持“水舍”的使用及运行的。光伏太阳能热阵列、效力的围护结构和机械系统的效率使“水舍”比标准的房屋更少的消耗化石燃料。

3.1 可持续的形体与空间策略

“水舍”的平面由三个模块拼装组成。北侧模块为厨房和起居空间；南侧模块为卧室和办公空间，并结合了技术功能配有机械装置室；南北两个模块之间用三分之一的长度的第三个模块连接，连接部分作为卫生间和过道；房间四周用外廊连接，从每个房间都可以轻易到达外廊。空间上来说，该房子设计成沿着中心水轴分开的两个“流”模块，中间通过三分之一的模块连接着，连接部分分割出了浴室并且显示了室内用水和外部的湿地轴之间的连接处。

外观的设计突出的是水流的路径。“水舍”的展开蝴蝶形式的屋顶轮廓线，显示了从每个单元模块上落下的雨水，流向并收集到了房屋核心的水轴里。

3.2 可持续的结构策略

整个“水舍”都是由木材构成，因为要在美国时代广场上建造，对地基的深度有要求，所以整个建筑都是用特殊专用的木制点状基础支撑。“水舍”的结构采用复合木框架结构，节点位置用钢板铆接。整个建筑都是由拼装而成，每个模块都是事先组装好后，再通过轨道摆放到指定位置。

全建造过程都是靠组装，保证了建筑基本的可持续性，可以移动到不同国家、不同城市。建造用的木材本身就是可循环的材料，房屋废弃之后的木材也可回收。建筑的外墙靠结构木框架来支撑。墙体构造从外到内分别是：外部木工完成面、粗木工、隔热板、流体膜空气屏障、工程木材产品、喷涂隔热、石膏板。结构木框架就位于喷涂隔热层中。

3.3 可持续的太阳能策略

“水舍”北侧模块的南倾的屋顶上布置了连排的9.2千瓦光伏的太阳能板，最大程度的接受太阳能，所吸收的太阳能为“水舍”提供全部能源。所有的太阳能都输送到住宅南墙面的主控制面板上，南北两屋又分别设有南北子面板，分别提供给住宅的南北两个模块的硬件和软件设备用电。全部用能都来自光伏发电板，大大减少了化石燃料的使用。为了更好地利用太阳能，“水舍”背面有60个拆卸的玻璃管组成的太阳能加热板为使用者日常用水加热。

3.4 可持续的碳循环策略

位于平面两个模块之间的湿地系统可以说是整个“水舍”的特色所在。这个住宅设计强调多样化的联系和循环。蝶式屋顶帮助引导雨水流入建造在入口两侧的湿地过滤系统。洗衣机或淋浴等用后的污水通过湿地系统的过滤，七天里，过滤系统里的微生物转化成营养成分，废水被再用于灌溉食用花园或用于其他非食用水。

南侧模块的屋顶布置了植被绿化，对于减缓雨水径流、提高室内能源效率有显著作用。

完整的碳循环系统也包括在厨房外部种植的可食用花园，花园里种植的蔬菜在竞赛期间可作为食物供给，生活排放的粪便作为花园肥料。住宅污水及排放物的百分百回收利用保证了“水舍”自身的能量平衡。

3.5 可持续的室内设计策略

“水舍”不仅功能与技术系统上具有可持续的特征，室内空间的设计及家具摆设也是极具简约与实用性。

私密性的起居空间具有两个功能，一定程度上取决于静心设计的可转换式家具。工作台在晚上可以转换成床，几个桌子尺寸恰当地一个叠一个，也可以根据工作家所需大小重新安排。一种家具，可以通过不同的组合来获得多种家具的功能，节约家具成本同时又满足了人们的使用需求。

3.6 主动式的综合系统

“水舍”的特点是有一个综合系统，可以使房屋在各种气候条件下都保持舒适。拥有一个工程系统，可以利用太阳能阵列产生出的多余的能量。机械装置室里还设有空气能量回收装置，起到送风排风作用的同时，可以回收排放风的能量，储存起来，用于再次供给建筑使用。拥有一个家庭自动化系统，用来监控和调节温度、湿度、照明和其他参数，通过对环境最小的影响来提供最大的功能。

4 SD竞赛方案带给我们的启示

SD竞赛集中体现了零能耗太阳能住宅建筑未来发展所面对的社会、经济、环境方面的挑战，并提出了创造性的应对方案。此项竞赛不但在建筑界和太阳能技术领域，而且在提高公共意识、促进太阳能技术市场化，以及推广太阳能住宅成果方面起到了良好的作用。

4.1注重建筑设计本身的可持续性

被动式设计是建筑节能设计中首要考虑的途径，如何通过恰当的平面组织与空间布局来获得基本的保温与隔热需求，一直是建筑设计中不可忽视的问题。

4.2注重建筑材料及建造过程的可持续性

可持续建筑注重与建材相关的每一个环节, 如取材、生产加工、分配、维护及至拆除或废物处理等与能源和环境密切相关的因素。如使用绿色的建材产品；对材料的再循环和再利用；减少生产材料的污染过程；以建材为基础，减少房屋系统的能源消耗等。

4.3注重建筑使用过程中的能量平衡

建筑使用过程中会有很多能量的消耗，也会有能量的排放。尽可能利用建筑物当地的环境特色与相关的自然因素，利用可再生能源，如太阳能、生物能、地质能等，确保能量来源的无污染性。同时生活排放物也是能量的载体，要用适宜的手段将排放出的能量回收再利用，使建筑真正做到自身能量平衡。

4.4 注重使用者的舒适度

人的舒适度一直是建筑设计的三大基本要素之一，任何被动式和主动式的节能技术都应是在满足人们生活舒适的前提下所采取的策略。

5 结语

随着现代生活的快速发展，可持续建筑已不单单是设计一个高效保温的平面外形、几种特殊的外墙保温结构、几块太阳能集热板的含义了。从太阳能十项全能竞赛就可以看出，世界各国团队正采用传统设计方法结合先进的技术专利，注重整个建筑生命周期的可持续性，为人们提供更舒适的生活环境。这也将是我们今后需要共同努力的目标。

参考文献

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