“双碳”生态理念在乡村公共建筑设计中的应用★

陈俊豪，李红梅，孟奕辰

(济南大学,山东 济南 250022)

0 引言

2020年我国提出了“碳达峰”和“碳中和”两个目标,也就是双碳战略。在该战略背景下,要进一步提升我国现代建筑品质,在设计环节采用生态理念是很有必要的。国际能源研究中心报告显示,建筑业的碳排放占据世界排放总量的40%,要实现双碳目标,就要积极建设绿色建筑,即在建筑设计中运用生态理念。乡村公共建筑可以为人们的日常生活、社交提供场所,如果在建筑设计中植入生态理念,则可以减少建筑碳排放,更能促进生态理念的推广。

1 双碳背景下生态理念在乡村公共建筑设计中的应用意义

早日实现“碳达峰、碳中和”双向目标是我国未来几十年内经济发展、产业结构、能源消费、生态环境等众多领域内改革创新的重要发展方向。随着未来20年城市化进程继续深入,城市和乡村会成为中国实现双碳目标的主战场。低碳生态理念不仅是实现减碳固碳的核心思想,也是乡村公共建筑设计中重要思想之一,因此本文以沂山美术馆设计过程中低碳生态理念的践行,思考乡村公共建筑设计中双碳目标的实现路径和低碳生态理念的创新发展模式。生态理念是伴随人类社会经济发展过程中不断出现的生态恶化、环境危机和社会危机而逐渐发展起来的对整个人类与生态环境关系的重新的系统认识。广义的生态文明观是可持续发展的观念,它努力实现物质文明、精神文明和生态文明之间的协调发展。狭义的生态文明观定位于人类经济发展过程中保护和恢复自然生态平衡,减少自然资源破坏,减缓自然生态危机,努力实现人类社会和自然生态系统的平衡[1]。在乡村公共建筑设计中主要有以下几点应用意义。

1.1 符合社会发展需求

在现代社会发展与建设的过程中,生态理念发挥着重要作用,因为不论是精神文明建设,还是社会经济发展,都会带来一定的能源消耗与环境破坏问题,造成人类生存危机不断扩大。在这种情况下,必须采取有效的策略解决环境问题,即合理运用生态理念[2]。

1.2 保护乡村生态环境

现如今,我国愈加重视乡村发展与建设,完善乡村基础设施,促进各类乡村产业发展,使乡村经济得到迅猛发展。但在此过程中,大量自然资源被开发,出现水污染、大气污染等环境问题,生态环境遭到严重破坏。为有效解决这些问题,可在设计公共建筑时参照生态理念,从而减少建筑碳排放、节约能源、促进环境改善。

1.3 提升人民生活水平

如今,乡村村民的物质生活条件不断改善,但一味追求物质生活,会导致环境污染和破坏。所以,在公共建筑设计的过程中,不仅要考虑建筑使用功能、空间效益,还要考虑建筑的舒适性、环保性[3]。为此,以生态理念为基础,采用节能环保的设计手段,使建筑空间合理利用,减少不必要的能源消耗。

2 双碳背景下生态理念在乡村公共建筑设计中的应用途径

2.1 清洁能源利用

在双碳背景下,乡村公共建筑设计应充分彰显生态理念。为此,首先要合理利用各种清洁能源,包括太阳能、风能等。目前,太阳能应用技术已经相对成熟,很多领域已经开始使用太阳能技术。在建筑领域,可以利用太阳能光热转换技术以及太阳能光电转换技术[4]。在设计过程中,分析建筑实际情况,结合区位优势,有效提升太阳能利用率,将其转化为热能、光能、电能等能源。例如,在乡村建筑设计的过程中,可以建立太阳能热水系统(如图1所示),将太阳辐射能转换为热能,然后加热水并向用户输送,包括太阳能功能集热系统、辅助加热系统和热水供应系统。在实际设计的过程中,要遵循综合效益、可持续应用原则,提升综合节能效果。具体根据建筑功能特点、节能降耗要求,选择恰当的太阳能集热系统。通常,公共建筑设置集中式太阳能集热系统,提倡用户在12：00—24：00之间使用该系统提供的热水。

风能也是比较常用的清洁型能源,通常在建筑中采用风力发电技术。可以在建筑外部安装风力发电系统,也可以在内部安装。外部的风力发电系统由两部分构成,分别是电动机和叶片,可以收集大气中的风能,然后转化为电能,为建筑供电[5]。通常安装在建筑周围,或者安装在建筑上空,具体根据建筑所在地的风速、风向进行设计;内部风力发电系统即将该系统安装在建筑内部,从室内空气中获取风能,然后进行电能转换,满足供电需求。通过风能的使用,可以减少燃料燃烧,大幅降低碳排放,符合双碳政策要求。不仅如此,也可以节约能源,降低电能使用成本。

2.2 特殊材料利用

在公共建筑设计的过程中,可以选用各种绿色材料、特殊材料,包括特殊玻璃、长余辉蓄光材料等。特殊玻璃包括镀膜玻璃和智能玻璃。镀膜玻璃(如图2所示)就是在玻璃表层涂镀金属或金属化合物薄膜,用于改变玻璃的光学性能,满足不同环境空间要求。具体分为低辐射、热反射、导电膜等多种类型。在实际设计的过程中,可以对各类材料的性能进行综合分析,运用光合节能技术对生态能源的应用进行研究,在公共建筑设计中充分展现生态理念,发挥光能照明的作用[6]。根据建筑设计基本原则,合理规划建筑朝向,通常采用“坐北朝南”的设计方式,增加建筑采光时间,确保室内光照充足。同时采用低辐射玻璃,降低太阳辐射效果,避免室内温度过高,使室内保持温度平衡,减少空调系统的运行时间,以此达到节能的效果,同时也可以满足舒适宜居的需求;智能玻璃可以根据室外温度变化进行光纤、红外透光率的智能调节,使室内的光与热环境保持稳定舒适。在智能化技术不断发展的背景下,智能玻璃的应用愈加广泛[7]。在建筑设计中使用该材料,可以减少电能消耗,符合节能环保的要求。

2.3 坚持生态原则

在公共建筑设计的过程中,应该坚持生态化的设计原则,明确具体的设计目标。一方面,要确保建筑设计简单实用。结合乡村经济条件、生态环境、民俗文化等要素,坚持因地制宜的设计理念,保障设计的科学性、合理性。由于我国疆域辽阔,所以南北方气候环境、地理条件、文化背景等要素有较大差异,甚至城乡之间也存在差异。所以,在建筑设计的过程中,应该结合实际确定设计要求、规划设计方案。然后结合实际选择材料,坚持简约、舒适、美观的原则,确保建筑可以防风保暖、隔音降噪等等,满足各种使用需求。同时,也应该结合空间设计,了解旧建筑、旧设施的结构,再结合实际进行合理改建,减少不必要的能源消耗。针对资源浪费问题,应该从成本控制入手,不是一味采用环保材料,而是平衡环境效益和经济效益,保障建筑设计合理性;另一方面,坚持节约舒适的原则。将节能、环保、降低成本三项目标放在首位,既要满足双碳要求,也要营造舒适的建筑空间。所以在实际设计的过程中,应该对设计标准、环境条件、经济水平等要素进行综合分析,采取合理的通风设计、散热设计等等。以沂山美术馆建筑生态概念设计为例,沂山地区空气负氧离子含量较高,森林覆盖率达到98%,是一个宜居的康养圣地。在当地建筑设计的过程中,必须坚持因地制宜的原则,结合当地气候条件、人文特点,确保建筑设计合理性。在设计的过程中,运用生态设计方法,植入拔风筒元素,采用“背山面阔”的设计,确保建筑设计形式与当地气候、环境相符(如图3所示)。将光伏板安装在各个单元中,充分利用太阳光能源,满足自给自足的要求。同时在屋顶设置雨水收集、循环灌溉系统,全面提升建筑生态设计水平。

2.4 明确设计要点

在实际设计的过程中,可以从室内和室外两方面入手。室内设计以温度、光照、空气质量三项内容为主,根据要求采用绿色材料和节能技术。以温度来说,保障热舒适度合理,提升空间舒适度,确保人体热平衡。为此,可以设计冬夏空调,同时对气候条件、内部负荷等影响因素进行分析,结合环保型玻璃材料,合理调节室内温度。光照方面,可以根据时间、地点进行光照调节,合理控制室内光照时间[8]。例如,建筑朝向选择南向,不仅可以在冬季获得光照、热源,也可以减少夏季日照,确保室内凉爽,达到冬暖夏凉的效果。同时管控声环境,采用降噪设备、降噪材料等等。空气质量方面,可以结合当地气候、风向设计良好的自然通风条件,减少新风系统运作时间;室外环境方面,主要进行景观绿化的设计,合理规划经济、文化、气候等要素,确保景观绿化具有特点、美观宜人,同时融入周围生态环境,不会对周围生态造成破坏和影响。

3 结语

在双碳背景下,乡村公共建筑设计应该以实现双碳目标为核心,在实际设计的过程中,需以生态理念作为方法论指导。该理念符合社会发展要求,有利于改善乡村生态环境,也有助于提升人民生活水平。在实际应用的过程中,可以采用清洁能源和特殊材料,同时坚持简单舒适和节约的原则,明确室内外环境设计要点,全面实现节能环保的双碳目标。