低碳建筑场地选择与规划要坚持“可持续发展”的思想。应充分利用场地周边的自然条件,尽量保留和利用现有适宜的地形、地貌、植被和自然水系;在建筑的选址、朝向、布局、形态等方面,充分考虑当地气候特征和生态环境;优先选用已开发且具城市改造潜力的用地,场地环境安全可靠,远离污染源,并对自然灾害有充分的抵御能力;保护自然生态环境,尽可能减少对自然环境的负面影响,注重建筑与自然生态环境的协调。
低碳建筑场地的选址与规划必须合理利用土地资源,保护耕地、林地及生态湿地。应充分论证场地总用地量;禁止非法占用耕地、林地及生态湿地,禁止占用自然保护区和濒危动物栖息地。建筑项目应尽量使用没有拆迁任务或拆迁任务少的土地作为建设用地。对荒地、废地进行改良、使用,以减少对耕地、林地及生态湿地侵占的可能性。
低碳建筑场地的选址与规划应避免靠近城市水源保护区,以减少对水源地的污染和破坏。区域原有水体形状、水量、水质不因建设而被破坏;自然植被与地貌生态价值不因建设而降低。
生物多样性是地球上的生命经过几十亿年的进化的结果,是人类社会赖以生存发展的物质基础。保护物种多样性就是保护我们人类生存的环境,室外环境设计的目标之一就是使经济发展与保护资源、保护生态环境协调一致。
应通过选址和场地设计将建设活动对环境的负面影响控制在国家相关标准规定的允许范围内,减少废水、废气、废物的排放,减少热岛效应,减少光污染和噪声污染,保护生物多样性和维持土壤水生态系统的平衡等。
场地安全
众所周知,风暴、洪水、泥石流等自然灾害对建筑场地会造成毁灭性的破坏。低碳建筑场地选址与规划必须保证场地环境安全可靠,确保对自然灾害有充分的抵御能力。这就要求设计人员掌握所选场地的地质与水文状况、气象条件等资料,并从防灾减灾角度对其作出分析评价。场址用地应位于200年一遇洪水水位之上或有可靠的城市防洪设施,使防汛能力达到要求(《防洪标准》GB50201—94);避开可能产生泥石流、滑坡等自然灾害的地段;避开对建筑抗震不利的地段,如地质断裂带、易液化土、人工填土等地段;冬季寒冷地区和多沙暴地区应避开容易产生风切变的地段等。
近年来研究发现氡、电磁波等对人的健康也会产生危害。据有关资料显示,主要存在于土壤和石材中的氡是无色无味的致癌物质,会对人体产生极大的伤害。电磁辐射对人体有两种影响:一是电磁波的热效应,当人体吸收到一定量的时候就会出现高温生理反映,最后导致神经衰弱、白细胞减少等病变:二是电磁波的非热效应,当电磁波长时间作用于人体时,就会出现如心率、血压等生理改变和失眠、健忘等生理反应,对孕妇及胎儿的影响较大,后果严重者可以导致胎儿畸形或者流产。电磁辐射无色、无味、无形,可以穿透包括人体在内的多种物质。人体如果长期暴露在超过安全的辐射剂量下,细胞就会被大面积杀伤或杀死,并产生多种疾病。能制造电磁辐射污染的污染源很多,如电视广播发射塔、雷达站、通信发射台、变电站、高压电线等。此外,如油库、煤气站、有毒物质车间等均有发生火灾、爆炸和毒气泄漏的可能。为此,在低碳建筑选址阶段必须符合国家相关的安全规定。
建设项目场地周围不应该存在污染物排放超标的污染源,包括油烟未达标排放的厨房、车库、超标排放的燃煤锅炉房、垃圾站、垃圾处理场及其他工业项目等,否则会污染场地范围内大气环境、影响人们的室外工作生活,与低碳建筑理念相悖。住区内部无排放超标的污染源。这里的污染源主要指:易产生噪声的学校和运动场地,易产生烟、气、尘、声的饮食店、修理铺、锅炉房和垃圾转运站等。在规划设计时应采取有效措施避免超标,同时还应根据项目性质合理布局或利用绿化进行隔离。
四、建筑气候分区与节能设计
建筑气候分区
根据《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)规定,中国建筑气候区划将全国其分为五个大气候类型区:严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。
据统计,建筑能耗占全社会总能耗的25%,其中建筑采暖、空调、照明占14%,建筑建造能耗为11%,今后比例还可能有所上升。目前我国采暖地区能耗为相同条件下欧美发达国家的3倍左右。我国与国外先进水平的差距不在材料和技术上,而是在设计标准和标准的落实上。
低碳建筑首先应该是节能的建筑。通过场地的规划设计尽可能实现部分节能的要求。具体措施包括争取阳光、通风、遮荫等方面实现。同时,要注意避免“霜洞”、辐射干扰、不利风向、局地疾风、雨雪堆积等情况的发生。
争取阳光
人类生存、身心健康、卫生、营养、工作效率均与日照有着密切的关系。在严寒和寒冷地区的冬季,人们更需要获得更多的日照。入射到玻璃窗上的太阳辐射,直接供给室内一部分热量;入射到墙或屋顶上的太阳辐射,使围护结构温度升高,能减少房间的热损失。同时,围护结构在白天储存的太阳辐射热,到夜间可以减缓温度下降。日照对于建筑节能有着极为重要的意义。
争取日照包括争取更长的日照时数、更多的日照量和更好的日照质量三方面。
1.建筑的基地应选择在向阳的平地或山坡上,以争取尽量多的日照,为建筑单体的节能设计创造采暖先决条件。
2.未来建筑的(向阳)前方无固定遮挡,任何无法改变的“遮挡”都会令将来建筑采暖负荷增加,造成不必要的能源浪费。
3.建筑位置要有效避免西北寒风,以降低建筑围护结构(墙和窗)的热能渗透。
4.建筑应满足最佳朝向范围,并使建筑内的各主要空间有良好朝向的可能,以使建筑争取更多的太阳辐射。
5.一定的日照间距是建筑充分得热的先决条件。太大的间距会造成用地浪费,一般以建筑类型的不同来规定不同的连续日照时间,以确定建筑最小间距。
6.建筑群体相对位置的合理布局或科学组合,可取得良好的日照,并同时可以组织建筑的阴影效果达到遮阳之目的:
(1)建筑的错列布局可利用山墙空间争取日照;
(2)建筑类型的点状与条状有机结合;
(3)建筑的围合空间既可以挡风,又不影响日照。
通风策略
完善意义上的节能建筑在满足冬季采暖要求同时必须兼顾夏季制冷问题,即尽量不用常规能源消耗而利用自然提供的条件达到室内创造凉爽目的的方法。建筑致凉最古老、最合理的方法就是争取良好通风,即利用夜间凉爽的通风使室内热惰性材料降温,致使白天时散发“凉气”而降温。其遵循原则有:
1.基地环境条件不影响夏季主导风吹向未来建筑,并考虑冬季主导风尽量少地影响建筑;
2.植被、构筑物等永久地貌对导风的作用研究;
3.对一些基地内的物质因素加以组织、利用,以最廉价的方式改造室外环境,以创造良好的风环境,为建筑物内部通风提供条件。
遮阴措施
遮荫是建筑防止过多的夏季太阳辐射达到致凉目的的有效措施。基地遮阴条件主要来自三方面:
1.绿化遮荫。乔木叶大根茂,能达到良好的遮荫目的,并能降低微环境温度。但种植时要注意种植距离,在遮荫的同时保持良好通风。建筑南边最好种植落叶乔木,北边种植常绿灌木,以保证夏季遮荫和冬季挡风的要求。详细设计见绿化相关内容。
2.建筑遮荫。在特定的气候环境缩小建筑间距,使前幢建筑成为遮荫物体而形成“凉巷”是建建筑自身构成的遮荫,不会增加造价,但对微气候条件改善意义重大。
3.地貌遮荫。山坡、突兀的丘陵建造房屋,利用自然地貌可以形成一定遮荫。我们的祖先在战胜自然过程中有许多相似的实践。
其他减少能量需求的措施
尊重气候条件,使未来建筑避免一些外来因素而增加冷(热)负荷,尽量少地受自然的“不良”干扰,并通过设计、改造,以降低建筑对能量的需求。
1.避免“霜冻”及“窝风”的影响。节能建筑不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹形基地。由于寒冬的冷气流在凹形基地会形成冷空气沉积,造成“霜洞”效应,使处于凹形基地部位的底层或半地下层围护结构外的微气候环境恶化,影响室内小气候而增加能量的需求。
选址时还必考虑到建筑物可能受到的“窝风”影响。处于山谷位置的建筑物往往会受窝风的影响。由于冬季的风往往来自北向或西北向,因此,设在窝风位置的建筑物反而有可能在冬季里受到南向或东南向吹来的窝风。
2.避免“辐射干扰”。夏季基地周围构筑物造成的太阳辐射增强会使未来建筑热负荷提高,建筑选址时必须避开“辐射干扰”范围,或合理组织基地内的建筑物和构筑物,减少未来建筑的能量需要。“辐射干扰”来自:
(1)玻璃幕墙的阳光辐射之热“污染”;
(2)过多的光洁硬地使阳光反射加剧。
3.避免“不利风向”。冬季寒流风向可以通过各种风玫瑰图获得,基地内的寒流走向将会影响未来建筑的微气候环境,造成能量需求增加。因此在建筑选址和建筑组群设计时,应充分考虑封闭西北向(寒流主导向),合理选择封闭或半封闭周边式布局的开口方向和位置,使建筑群达到避风节能之目的。
4.避免“局地疾风”。基地周围(外围)的建筑组群不当会造成局部范围内冬季寒风的寒流加速,会给建筑围护结构造成较强的风压,增加了墙和窗的风渗漏,使室内环境采暖负荷加大。
5.避免“雨雪堆积”。地形中处理不当的“槽沟”,会在冬季产生雨雪沉积,雨雪在融化(蒸发与升华)过程中将带走大量热量,会造成建筑外环境温度降低,增加围护结构保温的负担,对节能不利。这种问题也同样产生于建筑勒脚与散水坡位置处理、设计不当,以及屋面设计不当造成的建筑物对能量需要的增加。
五、保护利用水系与地貌
充分发挥建设场地周围水系在提高环境景观品位、调节局地微气候营造动植物生存环境的作用,尽可能减少对场地周边环境自然地貌的改变。场地规划设计,在可能的条件下可增加水面面积,应尽可能恢复河道周边植被,恢复原有河道失去的功能。
地球上的水并不是处于静止状态的。从全球范围看,水分主要通过蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水和径流构成了一个封闭式的循环系统。即水在太阳辐射作用下,由地球水陆表面蒸发变成水汽,水汽在上升和输送过程中遇冷凝结成云,又以降水的形式返回地表。水分进行这种不断的往复过程,即水分循环。海洋表面水分蒸发、凝结成云,并以降水的形式落在陆地上,陆地上的水分又以地表径流的形式重返海洋的过程称为水分大循环;海洋(或陆地)表面水分蒸发、凝结,又以降水的形式返回海洋(或陆地)的过程称为水分小循环。在自然状况下,地球上的总蒸发量与总降水量相等,整个地球上的水分总量大体上是恒等的。
城市化后,由于人类活动的影响,天然流域被开发,植被受破坏,土地利用状况改变,自然景观受到深刻的改造。不透水地面的大量增加,使城市的水文循环状况发生了变化,降水渗入地下的部分减少,填洼量减少,蒸发量也减少,产生地面径流的部分增大。这种变化随着城市化的发展、不透水面积率的增大而增大。
水循环系统的平衡是低碳建筑诸多系统平衡中的重要一项。
想要解决这一问题,有两个重要内容是需要引起大家重视的。一是增强地面透水能力。增强地面透水能力可强化天然降水的地下渗透能力,减轻排水系统负担,补充地下水量;一是增加绿化面积。绿地中树木的枝叶能够防止暴雨直接冲击土壤,减弱了雨水对地表的冲击,同时树冠还截留一部分雨水。自然降雨时,有15%~40%的水量被树林树冠截留或蒸发,有5%~10%的水量被地表蒸发,地表的径流量仅占0%~1%,大多数的水,即占50%~80%的水量被林地上一层厚而松的枯枝落叶所吸收,然后逐步渗入到土壤中,变成地下径流。这两项内容均可减少地表径流,促进雨水资源通过蒸发等途径进入自然的水循环系统中,并且在暴雨来临之际,还可有效缓解城市排水系统的压力。
六、光污染与室外绿色照明
光污染
光污染即噪光污染。所谓噪光,是对人体心理和生理健康产生一定影响及危害的光线。噪光污染主要是指白光污染和人工白昼。20世纪70年代末至80年代初,国外开始大量使用一些新型建筑材料,以这些材料制成的镜面建筑很快在西方风行起来,并于20世纪80年代传入我国。在我国深圳、广州、上海、北京等大中城市,大面积采用玻璃幕墙装饰建筑外露面随处可见。然而,由此造成的白光污染却是人们始料不及的。根据光学专家测定,镜面玻璃建筑物玻璃的反射光比阳光照射更强烈。镜面玻璃的反射系数达82%~90%.比毛面砖石类外装饰建筑墙面的反射系数大10倍左右,大大超过人体所能承受的范围。研究发现,长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人,易导致视力下降,同时还会产生头晕目眩、食欲下降等类似神经衰弱的病症。因玻璃幕墙对周围建筑和街景的折射而造成的错觉,使交通事故层出不穷。
我们经常看到现代化的办公大楼在太阳偏斜时拖出长长的阴影,受阳光照射一面的玻璃幕墙反射的阳光又使街道对面和对面建筑中的人感到难受,人们把这种现象称为“光污染”。有光污染的建筑周围是受害区,这个区域成为无人喜爱活动的区域,周围的建筑也无人爱去居住或办公,构成了真正的生态破坏。因此,按低碳建筑的观点,现代主义引以为自豪的一切高层、超高层及玻璃幕墙建筑都是反生态的。
如1996年8月,上海市10多户居民联名状告居住附近的、“高层邻居”,原因是这些高楼大厦外墙装饰的玻璃幕墙大面积强烈反光,炎炎夏日,太阳光被反射到居民室内,不仅光亮刺眼,而且造成室内急骤升温,对其正常生活和工作造成严重影响。同年11月,在北京朝阳区发生了一件事——玻璃幕墙反射的太阳光照射,加上镀膜玻璃安装不平整,造成聚光效果,把轿车门上的橡胶密封条烤化到“流泪”。同时,幕墙玻璃像一面巨型的镜子,在太阳光的照射下,严重影响着街道上的车辆和行人的交通安全。北京的一些司机反映,下午4时许从西往东经过西客站,强烈的反光刺得眼睛都睁不开,若不警惕,这种光污染造成的交通事故恐怕就难以避免了。因此,如何合理、科学利用玻璃幕墙和开发低反射率玻璃幕墙,改善光污染是当前国内外关心的热门课题。
低碳建筑设计应最大限度地降低环境负荷,减少建筑外立面和室外照明引起到的光污染。