低碳整合与室内环境设计实践

谭睿光　孙婧恩　虞路遥

摘要：分析人与人造环境、大自然之间的关系，探讨人造环境建造与运营对自然及人的潜在影响。提出以低碳整合的方法来思考人造环境的设计与建造，使绿色低碳与功能、经济、健康、美学形成良性循环，在创造健康的室内微观环境的同时，提倡节能减排、保护自然。

关键词：低碳 整合 系统 生态

人造环境是人与荒芜自然之间的一道屏障，是人类的保护伞。这道屏障创造了人类与自然之间若即若离的关系，使人获得稳定、舒适的环境的同时，保持与自然的亲密联系。然而人造环境从建造到消亡整个阶段，不断的向地球索取，也不断的影响地球的生态环境（图1）。最终，受到伤害的还是人类自身。地球资源会枯竭，污染的环境最终通过辐射、空气、食物等环节影响人类健康。温室气体的持续增加诱发更多的极端气候、海平面上升等问题。可以说人造环境对资源耗竭、环境恶化等问题有相当部分责任，结果发现在引起全球气候变暧的有害物中有50%是在建筑的建造和使用过程中产生的。在建筑设计、建造和使用过程中所耗费的能源占了能耗总量的三分之一。如何通过设计研究和实践，评估人造环境对人体健康及自然环境的影响，探索该领域对资源的集约使用，倡导绿色低碳的环境设计与建造模式，是一个有现实意义的课题。

一、低碳与零碳

人造环境碳排放源来自灯具、空调、冰箱、燃气炉、热水器、给排水等设施的耗能。现有能量大部分来自化石能源燃烧产生的电能，这导致了大量有害气体的排放。碳排放的计量有一个基本的公式：

碳排放=活动数据×活动因子。

比如计算空调耗能导致的碳排放，一栋大楼的空调碳排放量就是这段时间内的空调耗能总量（活动数据）乘以每度电所排放的二氧化碳数量（活动因子）。从这个公式考察的话，要降低空调耗能导致的二氧化碳数量，要么降低能耗总量，要么降低每度电所排放的二氧化碳数量，或者二者都降低，比如通过自然通风等被动降温的设计减少对电能的需求或采用太阳能来运转空调。人造环境要实现运行过程的“低碳”，就要求对环境运行过程中产生碳排放的各因子列出清单，考察降低“活动数据”或“活动因子”的可能性。活动因子的降低可以通过替代能源如太阳能、风能、水能等利用，但是这牵涉到更大的电网系统问题，与建筑环境设计本身关系不大。碳排放活动数据的减少可以通过被动式节能、提高设备能效两方面来实现。被动式节能主要就是通过使空间布局结合气候状况，最大限度的实现自然通风采光、隔热保温。设备能效的一个例子是LED照明，其能耗是传统白炽灯泡的1/10，寿命却更长。

实现零碳排放的建筑环境，要么活动数据为零，要么活动因子为零。活动数据为零意味着没有能量消耗。工业化之前的建筑环境基本上是零碳的，现代的城市生活已经完全离不开冰箱、电视、洗衣机、电脑、空调、燃气炉等设备了。活动因子为零则要求所有消耗能量的源头均为清洁能源。对于无法实现零碳的部分，而通过绿化和植被等碳汇手段实现光合作用，平衡额外碳排放量则定义为“相对零碳”。西方国家现在推行的零碳建筑基本上就是建筑环境运营阶段的“相对零碳”。

二、低碳整合

严格的全生命周期碳排放包括每一样产品的原料生产、加工、运输、使用和销毁等环节碳排放。全生命周期排放量=原料碳排放量+加工碳排放量+运输碳排放量+使用碳排放量+销毁碳排放量。要设计真正意义的低碳环境，设计师的知识结构要更完善，协调能力更强。比如考察建筑材料的碳排放时，不仅仅要考虑这个材料是否可再生材料，还要考虑这个材料从采集、运输、加工、组装、再利用等整个循环链条的碳排放。竹子材料本身是非常好的可再生材料，但是人造竹板相对于普通的木质板材来说，如果其加工的程序更加多、使用的粘合剂更多，从碳排放的角度来说，它未必是最环保的，但是利用原竹就不一样。另外，像欧洲这些国家远离竹材原产区，大量进口竹材产品也未必环保。美国LEED（Leadership in Energy and Environment Design，能源与环境设计评估体系）中有一条例是关于建筑原材料的来源：“在所用的所有建筑材料和第12类（家具）材料及产品中，至少20%是在项目现场半径500英里范围内制造。”在全生命周期思想引导下，建筑材料近年来朝集约化发展，比如保温隔热与装饰一体化材料，这减少了现场施工的程序。全生命周期的零碳建筑环境评估目前还没有国际标准，欧盟目前正在对此进行研究。当今设计师面临的最大可持续发展的挑战就是，如何了解所选用的产品对能源利用、环境和人类健康的真实影响。国内应该尽快建立材料及产品的生态标签和环保评级。

由于低碳环境是一个系统工程，推广低碳环境设计必须依靠从上而下的系统规划，完善法规建设、标准研究、环保意识教育。英国就已经通过立法强制推行“零碳住宅”，要求所有新建住宅在2016年必须达到“零碳”标准，此举将逐渐扩展到非住宅建筑领域。欧盟国家在公共建筑领域推行“建筑能效证书”制度，某些公共建筑例如政府建筑、公共机构建筑等需要在建筑显要区域张贴“建筑能效证书”，以接受公众舆论监督。这些政策导向有效的引导低碳环保产业发展，并且推广了绿色理念及知识。

在方案设计的层面，如能融合“功能、经济、美观、健康”这些基本特性，一定能让低碳设计产生更大的说服力（图2）。假如用低碳作为思考出发点，可以使功能更加合理吗？可以节省投资或使投资分布更加合理吗？可以创造低碳且令人愉悦的空间吗？低碳可以促进室内微观环境的保护吗？

三、低碳设计实践——浙江舟山“逸禅心舍”环境设计

1.“舍得”

本实践案例是一个建筑内部空间改造设计项目，为笔者策划及设计。项目基地原为一全玻璃外墙的椭圆形临水景观建筑，建筑面积约300平方米，属于浙江省舟山市普陀区东港开发区与东港山坡地之间的城市湿地景观带的一个节點。建筑的北面、西面及南面均被条形湖所围绕，水系西面尽端是绿色山坡地。建筑东面有连接旧城区的道路，再往东几百米，便是东海。若站在建筑的高处可以眺望近海的佛教圣地普陀山。而该项目的用途与佛教也有一定的渊源，是一家专事茶禅文化与产品的机构总部所在。基地被业主取名为“逸禅心舍”，包含的功能有办公、贵宾接待、禅修体验、茶禅产品展示与体验、品茶、古乐表演、储藏、厨卫等。从“逸禅心舍”的题名可以领悟到业主的精神追求：与闹市保持一定的距离是为“逸”，“禅”则强调了一种生活的态度——自然、本真、善意、智慧；“心舍”可以理解为心灵的栖息地，也可以理解为“舍得”——意味着放下。

2.“老物料”

跟随心舍的内涵，设计吸收佛教的轮回思想，把人与建造各要素及大自然三者看做一个生息循环的系统。尽量采用当地的自然材料、可再生材料及当地旧建筑拆卸下来的老物料，尽量通过设计的方法节省对能源的使用，以此降低对自然资源的使用。这种低碳的设计方式，并不以提高成本为代价，恰恰可以降低成本，因为循环使用的材料从价格上比市场上的新材料要便宜许多，这与业主的节约诉求一致。从美学角度上面来说，自然材料、旧建筑老物料本身包含自然及历史的信息，许多建筑老物料甚至带有丰富的“故事”，这些材料的组合可以增加环境的可读性，并且与场所的氛围相当吻合。建筑的材料在别处成了“废品”，在这里却获得“重生”；在这里使用的材料，将来还可以方便的拆卸下来，在别处延续其“生命”。由于该项目紧邻东海与山地，有许多自然的素材如山石、鹅卵石、野竹等，这些素材较便宜甚至是免费的，但是材料本身有很强的表现力。附近村庄的传统建筑物料例如石头、青砖、瓦片、木方等也成了材料收集的对象。非常幸运的是，业主的一位朋友是附近村庄佛寺的住持，该佛寺正好在对原址进行大规模的改造与扩建，从老寺院建筑上拆卸下来的众多物料堆满了整个院子内外。这些物料包括漂亮的雕花雀替、雕花斗拱构件、格子门窗、石墩、花砖、瓦片、木方等（图3、图4）。住持赠送了一批寺院建筑老物料，这些老物料构成了心舍重要的构件及装饰元素，为了善待这些物料，使用时必须远离污秽、潮湿与不敬。作为该项目围护结构的主要材料青砖与青瓦有相当一部分是从寺院获赠而来，还有部分从附近村庄收集与购买。之所以采用青砖青瓦这些材料，有一个重要考量一一青砖既可以作为围护结构又可以作为表面装饰，是一种结构与装饰一体化的材料，这可以减少施工的程序，也可以减少因为层层叠加的装饰材料而增加对化学粘合剂的应用。青砖又是非常本土化的材料，周边的传统建筑很多都是用青砖建造，而且它拆卸下来后还可以继续使用，因此它不但环保，还延续地域文脉。建筑夹层结构的工字钢也是厂房建筑拆卸下来重新利用的（图5）。这些青砖瓦片、斗拱构件、雕花等等在心舍里或作为隔墙或作为装饰构件，自然融合到一起，讲述着它们的故事，焕发着活力（图6、图7）。

3.“顺势”

玻璃建筑周边的环境堪称完美，而玻璃本身也提供了极佳的内外景观融合的条件。但是该建筑的玻璃并非双层中空的隔热保温玻璃，面临的一个极其严峻的挑战便是夏天的太阳辐射，以及由此导致的能耗提升。由于玻璃建筑本身的限制，采用自然通风降温的手段行不通，整体更换玻璃的成本太高，唯有通过内部空间的规划、被动降温、局部使用空调等手段降低热辐射的风险。原始建筑的层高超过6米，除了中间有一个椭圆形的功能区外，其余都是通高的空间。由于空间的功能要求增加一些使用面积，于是决定加夹层，使用面积由原先的300平方米增加到450平方米。在空间布局方面，展示与体验大厅所占面积最大，也是服务人员及到访人员主要活动的区域，属于公共空间。因此该空间最好能放在北面区域，这样可以减少日照，同时减少对空调的使用。公共空间因为面积大，为了取得高度与面积的比例协调，为了充分与外景融合，因此，该区域保持6米多的挑高，南面的区域就顺理成章的增加夹层空间了。公共区域被抬高的半椭圆形展示区内设计了一个圆形的水池，—方面与外景呼应，—方面在炎夏可以达到一定程度的吸热降温的效果（图8）。南面夹层的一楼做了禅堂，方便与公共大厅活动往来，同时由于禅修时需要相对安静与封闭的环境，该区域与玻璃外墙之间增加了一道青砖墙，墙上通过用传统青瓦拼图的方法开了6个花窗，—方面阻挡了大部分的阳光，避免夏季过热，同时使禅堂与幽静的外景保持视线联系（图9）；另—方面为夹层的结构提供了承重构件。与禅堂对应的二楼区域则为贵宾接待室，由于该区域的使用频率相对较低，因此该区域即使在夏天较热时也不会消耗太多的能源。二层的贵宾室与北面大厅之间的区域是办公区，该办公区与大厅之间设了两个平台，使得办公区与大厅方便互动，同时兼顾了南面贵宾接待室的服务。该区域也是使用频率高的区域，但是由于没有直接接受日照，在夏天时并不会感觉闷热，因此空调的使用也减少了。由于有两个方向开了窗洞可以接受外面的光线，所以在白天基本上不用开灯，也节约了相当部分能源。

除了整体格局，对于原始建筑的结构及设备、管线的处理，采取“顺势而为”的策略。比如原有建筑配备供电箱及基本照明点位。为了避免电箱的移位造成线路的重建，巧妙的把电箱藏在新增楼梯的下方（图10），电箱的操作及后期维护均可以通过禅堂的检修门进入，此举也避免了因管线的重新铺设而开展的开墙凿洞等施工行为，只需对原有开关进行就近移位即可，也是一种低碳建造行为。

四、结论

实践证明，以低碳为目标同样可以整合功能、经济、美学和健康：对原始建筑结构采取顺势而为的态度，用“舍得”的思维进行设计，在空间表现方面有所不为有所为，不做符号与材料的堆砌，追求由内而外的空间美学，结构与形式、材料一体化，既节省材料又美观，还可减少對化学胶黏剂的使用；被动式节能可以降低成本，建筑老物料的使用也可以降低成本提升美学品质。由于低碳设计行为出自于对地球生态的关怀，如何把这种对地球生态的关怀与对个人的关怀建立紧密的联系，还值得继续探讨。低碳整合也要求设计师具备更完善的知识结构与协调能力，正如巴克敏斯特，富勒所言“在综合设计中，一名设计师应是集艺术家、发明家、工程师、客观的经济学家和进化策略家于一身。在全球工业化的新的相互合作中，他对于整个社会所起的集成作用，正如封建社会中对各自独立的社会团体建筑师所承担的作用”。