建筑设计中的可持续性与环保策略

2024-05-13陈沈义

建材与装饰 2024年14期

陈沈义

（山西才智建筑设计研究院集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

在建筑设计的时候，需要在满足当代人需求的同时，不破坏和耗尽未来世代的资源和环境，为未来留下可持续的发展空间。同时也要在设计中，通过减少对自然环境的污染和破坏，来保护自然环境，维护人类生存和发展的环境。可持续性和环保设计已经成为建筑设计的重要趋势和发展方向，进行此设计可以实现资源节约、成本降低、污染减少等优势。

1 可持续性与环保设计在建筑中的作用

采用可持续和环保的建筑设计和技术，可以降低建筑的能耗和碳排放，使用太阳能、风能等可再生能源，使用高效的绝缘材料和节能设备等，就可以达到节能减排的效果。可持续和环保的建筑设计也可以减少水的消耗和浪费，如使用节水设备、收集雨水等，提高资源利用率。同时使用可回收、可循环的建筑材料，可以减少废弃物的产生和污染。此外，这一建筑设计也可以改善城市生态环境，采用绿化屋顶、立体绿化、景观设计等设计方法，可以减少城市热岛效应、改善空气质量、增加生态系统的多样性[1]。可持续和环保的建筑设计可以提高建筑室内环境的质量，如采用低VOC 材料、优化通风系统、提高室内照明等方法，可以提高建筑的舒适性和健康性。可持续环保设计通过采用高效的采暖、通风、空调系统和绝缘材料，提高了建筑舒适性，为用户提供更加舒适的居住和工作环境。这一建筑设计的应用，可以让建筑获得可持续性和环保的认证，如LEED 认证、BREEAM认证等，进而提高建筑的价值和市场竞争力，还能够促进社会可持续发展，提高公众的环保意识和责任感。

2 建筑设计中可持续性和环保的设计策略

2.1 节能设计

在建筑设计中，使用高效的绝缘材料、可再生能源系统（太阳能和风能）、智能照明和控制系统等，进行节能设计是非常重要的可持续性和环保设计策略。

首先，选择高效的绝缘材料，如聚苯板、岩棉、玻璃棉等，来提高建筑的保温性能，减少能量流失，从而降低采暖和制冷的能耗。在建筑设计之前，需要对建筑的节能需求进行评估，包括建筑的使用性质、气候条件、能耗情况等，以确定采用高效的绝缘材料的必要性和可行性。根据建筑的节能需求，选择合适的绝缘材料，如聚苯板、聚氨酯泡沫、玻璃棉、岩棉等，以满足建筑的隔热、保温和防火性能要求，聚苯板应用位置如图1 所示。根据建筑的结构和绝缘材料的性能，设计绝缘材料的应用方案，包括材料的厚度、密度、施工方式等。在建筑施工阶段，需要按照设计方案进行绝缘材料的施工，确保绝缘材料的质量和施工效果。在绝缘材料施工完成后，需要进行验收和测试，以确保绝缘材料的性能符合设计要求。通过使用高效的绝缘材料，可以有效地提高建筑的能耗效益，降低能耗和运营成本，同时也可以减少环境污染和碳排放，实现建筑节能设计的目标。

图1 聚苯板应用位置（单位：mm）

其次，应用可再生能源系统。要先评估建筑周围的可再生能源资源，如太阳能、风能等，通过分析可再生能源资源的分布和潜力，确定可再生能源的适用性和可行性。基于能源需求和可再生能源资源评估的结果，设计可再生能源系统，例如，设计太阳能光伏系统、风力发电系统等，以满足建筑的能源需求。将可再生能源系统与建筑的其他系统进行集成，如电力系统、照明系统、空调系统等，进行优化设计和调整，确保系统的协调运行和最佳性能。除了应用可再生能源系统，还要结合其他节能措施，如优化建筑外墙保温、采用高效节能设备等，进一步提高建筑的能源利用效率。使用能源模拟软件对设计方案进行模拟分析，评估可再生能源系统的性能和节能效果，根据评估结果进行调整和优化[2]。

最后，设计智能照明和控制系统，先分析建筑结构和环境特点，如采光、遮阳等情况，确定不同区域的光照强度和照度需求。然后根据照明需求和建筑结构分析的结果，设计智能照明系统。例如，利用光感应技术、智能控制技术等，实现按需照明、自动调光等功能。设计智能控制系统，实现对照明系统的集中控制和调节，如通过智能控制器、传感器等，实现对不同区域的照明强度、亮度、色彩等参数的控制和调节。使用能源模拟软件对设计方案进行模拟分析，评估智能照明和控制系统的性能和节能效果，根据评估结果进行调整和优化。

总之，通过上述的流程，可以实现建筑节能设计，降低能源消耗和碳排放，提高建筑的能源利用效率和可持续性。

2.2 废物回收再利用

在进行建筑设计的时候，进行废物回收再利用的设计，可以减少资源浪费，降低环境污染，并促进建筑材料的循环利用。首先，识别建筑施工和拆除过程中产生的各类废物，如混凝土碎片、砖块、木材、金属等，然后对这些废物进行分选，区分可回收的材料和不可回收的材料。然后对可回收的废物进行收集和储存，确保废物不会被混合或污染，并且保持其原有的质量和可再利用性。其次，就要进行废物处理和再加工，主要是对收集到的废物进行处理和再加工，使其能够再利用于建筑设计中，例如，将混凝土碎片再加工成再生骨料，或者将旧木材加工成再生木材等。最后，把再利用的废物材料可以应用于建筑设计的各个环节，包括结构、装饰、园林等方面[3]。

例如，在建筑工地或拆除现有建筑时，将产生的废弃混凝土碎片进行分类和收集。对收集到的废混凝土碎片进行加工处理，一般包括破碎、筛分和洗涤等步骤，破碎过程将混凝土碎片破碎成适当的颗粒大小，筛分过程将粒度进行分级，洗涤过程去除其中的污垢和杂质。根据混凝土配合比的要求，将经过加工处理的再生骨料与新鲜水泥、砂、骨料等按照一定比例进行调配，再生骨料可以替代部分或全部传统的天然骨料使用。将调配好的混凝土材料送入混凝土搅拌机中进行搅拌，确保再生骨料与其他材料充分混合均匀。然后就要将搅拌好的再生混凝土用于建筑施工中，例如浇筑地基、楼板、墙体等。通过废物回收再利用的方式，可以实现可持续性和环保的建筑设计策略，减少对环境的污染，节约资源的使用，并实现循环经济和可持续发展。

2.3 选择可再生和可回收材料

在可持续和环保建筑设计中，选择可再生和可回收材料能够减少资源消耗、降低环境影响，并促进循环经济。首先，对建筑所需的各种材料进行评估，包括结构材料、装饰材料、隔热材料等，评估考虑材料的可再生性、可回收性、环境友好性和性能等因素。在选择可再生材料时，需要考虑材料的来源是否可持续，例如木材、竹材等可再生植物材料，以及可再生的生物基材料、再生金属材料等。而选择可回收材料时，则需要考虑材料的再利用潜力，如利用再生骨料、再生玻璃、再生金属等，以及采用回收再利用的塑料、纸板等。对选定的可再生和可回收材料进行性能测试，确保其符合建筑设计的要求，包括强度、耐久性、隔热性、防火性等。将选定的可再生和可回收材料整合到建筑设计中，考虑其在结构、装饰、隔热、通风等方面的应用，确保符合建筑的功能和美学要求。对选用的可再生和可回收材料进行可持续性认证，如LEED 认证、BREEAM 认证等，以确保其符合可持续发展的标准。在最后建筑施工过程中，对选用的可再生和可回收材料进行管理和监督，确保其正确使用和处理，减少浪费和污染。

例如，在建筑外墙的设计中，可以选择再生玻璃幕墙，要先收集废弃玻璃材料，包括废旧玻璃窗户、容器、玻璃建筑材料等，这些废弃玻璃材料将成为再生玻璃幕墙的原材料。然后对收集到的废弃玻璃材料进行处理和加工，包括清洗、破碎、筛分等步骤。清洗过程去除污垢和杂质，破碎过程将玻璃破碎成适当的颗粒大小，筛分过程将粒度进行分级。将经过处理的废弃玻璃材料送入再生玻璃生产线，进行熔化和成型。在熔化过程中，废弃玻璃材料被加热并熔化，形成再生玻璃。再生玻璃可根据需要进行加工和定制，以满足建筑幕墙的设计要求。根据建筑设计的要求，进行再生玻璃幕墙的设计和制造，这涉及幕墙的结构设计、安装系统、保温隔热层等方面的考虑。同时，也需要确保再生玻璃幕墙的可行性、安全性和耐久性。将制造好的再生玻璃幕墙进行安装，包括幕墙的支撑结构、密封系统、连接件等的安装。采用再生玻璃幕墙，将废弃玻璃材料再利用，减少资源消耗，降低环境影响，并创造可持续和环保的建筑外观[4]。

2.4 绿色空间和景观设计

在可持续和环保建筑设计中，绿色空间和景观设计起到了重要的作用。绿色空间和景观设计旨在创造一个与自然环境融合的、可持续的室外空间，提供人们与自然互动的机会，并降低建筑对环境的影响。在进行绿色空间和景观设计时，应该尊重和保护现有的生态系统，保留并恢复建筑区域内原有的植被、湿地、水体等自然要素，并提供适宜的栖息地供动植物生存。在建筑四周选择适应当地气候和土壤条件的本地植物，以降低植物的灌溉需求和维护成本。合理布局植物，考虑到它们的生长特性和功能，以创造舒适的户外空间和景观效果。此外，也可以在建筑中设计雨水收集和处理系统，将雨水用于灌溉绿化区域，降低对公共供水的依赖，并减少雨水径流对城市排水系统的压力。

例如，在建筑设计阶段，确定雨水收集的区域和设备，如屋顶、露台、雨水桶或地下水箱等，确保收集到的雨水不受污染，并有足够的储存容量，以满足灌溉需求。为了确保储存的雨水质量，需要进行预处理和过滤，可以通过设置沉淀池、滤网、滤器等设备来去除杂质、悬浮物和污染物。设计合适的蓄水和输送系统，将收集的雨水储存起来，并输送到需要灌溉的绿化区域，如采用泵站、管道、喷灌设备等进行输送。根据绿化区域的需要和植物的特性，设计合适的灌溉方案，考虑到植物的水需求、土壤条件和降雨情况，确定灌溉的频率、时长和水量。建立监测系统，定期检查和监测雨水收集和处理系统的运行状况，确保系统的正常运行和雨水的合理利用。

此外，绿色空间和景观设计应该提供丰富的社交和休闲空间，如露台、座椅和户外活动区域，以鼓励人们与自然互动、交流和放松。通过绿色空间和景观设计，不仅可以提高生活质量和工作效率，还可以改善城市环境、社区关系和人们的健康状况。同时，绿色空间和景观设计也能够提升建筑的价值和市场竞争力[5]。

2.5 优化室内采光、通风设计

良好的室内采光和通风设计可以提高建筑的舒适度，减少能源消耗，降低建筑的碳足迹。在进行采光设计时，可以通过合理的窗户设计和布局，最大化利用自然光线，减少对人工照明的依赖。合理选择窗户的材质和型号，通过窗户的尺寸和布局，来最大程度的利用自然光，同时也能达到最佳的保温和隔音效果，同时保证室内的采光质量和视野。在满足采光的同时，也要保证建筑内人员的舒适度，所以就要进行合理的遮阳设计，在设计时需要考虑到夏季阳光的强度和照射角度，并采用合适的遮阳措施，如窗帘、百叶窗或遮阳板等，以降低室内温度和光照强度，提高室内舒适度。

在进行通风设计时，也要通过合理的通风设计，将新鲜空气引入室内，排出污浊的空气和有害物质，提高室内空气质量。例如，采用自然通风和机械通风相结合的方式，以适应不同季节和天气条件。在通风系统中使用高效的空气过滤器和净化设备，去除空气中的有害物质和污染物，提高室内空气质量和健康水平。此外，采用智能控制系统，根据室内和室外环境的变化，自动调节室内温度、湿度、采光和通风等参数，以达到最佳的舒适度和能效。通过优化室内采光、通风设计，可以提高建筑自身的舒适度和健康水平，减少能源消耗和碳排放，降低建筑的运营成本和环境负担。