保定中林园林绿化有限公司
浅谈节能技术在园林设计中的应用
       近年来随着全球能源问题备受关注,能源节约型园林也逐渐进入人们的视野。园林设计行业内已经悄然掀起一阵“节能风”。     1节能技术在园林设计中的应用     如何在园林设计中既展现园林美景,又实现节能减排,笔者认为“节能技术”是关键。随着绿色能源利用技术的普及和完善,为园林设计师们提供了更加多样的节能手段与方法。    
1.1节能技术的分类    
      目前节能主要包括两种途径:被动式节能和主动式节能,最早被用于建筑节能领域。“被动式节能设计”来源于英文“passivedesign”,强调建筑对气候和自然环境的顺应之意。“主动式节能设计”(activedesign)是与“被动式节能设计”相对的概念,前者通过建筑设备来维持舒适性,后者通过建筑本身和外环境的合理设计来达到目标。    
1.2主动式节能技术在园林设计中的应用    
      园林的主动式节能设计是指借助太阳能光伏板、风车、泵等其他复杂的机械控制系统,即通过自然要素以外的人工手段,收集、贮藏和再分配能源的设计方式。主动式节能前期投入较大,必须通过专业的工业设计才能发挥系统的效率。它的优点在于能够定时、定量地控制、储存、转化可再生能源,这是被动式节能无法实现的
     主动式节能虽然具有定时、定量等优点,但因为节能设备操作复杂、成本高、回报效益低等原因,常常遇到纸上谈兵的尴尬局面。目前它更多用于园林局部设计,比如节能灯、园林风车等。   
1.3被动式节能技术在园林设计中的应用    
1.3.1被动式节能设计方法     园林的被动式节能设计依托于现有场地条件与气候特点,通过积极的造园手段,合理利用植物、地形、构筑物、建筑等园林要素综合调节场地环境,以达到微气候平衡的设计方式。被动式节能是降低绝对能源损耗的重要手段。     园林使用效果的舒适性很大程度上取决于场地内部的自然环境条件。被动式节能设计的关键在于,要从使用者的角度考虑园林总体布局,正确把握场地内部的光照、降雨、风向等自然因素的特征和变化规律,利用传统造园手法,趋利避害。不依靠复杂的技术,依然能够为使用者营造舒适的户外环境。
     具体设计时应考虑以下几个方面:    
(1)场地环境分析     除了对场地的方位、周边环境、土壤、植被、水源、建筑及构筑物进行调查分析之外,应特别重视区位气象特征以及场地所在位置的小气候特点,尤其太阳光照和季节风向的变化。     被动式节能设计首先应考虑并重视太阳光照的变化规律,目的是捕捉并吸收太阳带来的光和热,从而延长室外环境可以作为愉快享受的时段。自然风是场地设计时所要考虑的另一个重要因素,园林设计可以通过多种手段促使空气流动起来:夏季利用气流的制冷效果,减轻炎热,冬季则引入暖风,改善环境舒适度。最后要特别注意室内与室外空间的联系,如交通的可达性、景观色彩、质感及风格特点,游人欣赏效果等因素。    
(2)使用者需求分析     园林绿化最终是为使用者服务。“人”不仅是园林环境的体验者,同时也是环境塑造的参与者。因此在设计时,必须充分考虑“人”的因素,比如尺度、心理、地域习惯等。基于充分合理的人群需求分析,设计师可以创造出既美观,又能满足调节心情、精神疗养等功能要求的园林环境。    
(3)设计构思分析     被动式节能设计应当考虑艺术性与舒适性相结合,兼顾经济实用性,精心地利用太阳、自然风、雨水、植物、土壤等自然因素进行设计,可很好地解决季节性变化带来的环境问题。此外,在园林设计时创造包含被动式节能技术的环境以达到减少绝对能源损耗的目的,是人居环境设计的强大驱动力,也是当今园林设计关注的重点。    
(4)自然风在园林设计中的处理     空气流动形成风,改变风速是改善热舒适的最有效办法。园林设计应当通过调节风速的变化,实现有效利用自然风的目的。    
      首先合理搭配布置园林要素,利用空气流动创造出制冷的被动式微气候。例如可以利用小径、地形、座椅、凉亭、廊架等简单的景观元素形式,对空气加以引导、聚集或者加速。宜人的风速会随着环境温度的变化而变化,通常令人舒适的气流速度不大于0.3m/s[1];但是夏季由于空气温度较高,利用空气的流动直接吹到人体上,以便在湿热的环境下通过蒸发作用,加大人体的散热量,从而达到降温的效果,这时需要的气流速度也应该相对较大。    
      其次,园林场地总体规划布局时也要充分考虑自然风的影响,特别是活动空间场地位置的选择应当考虑主导风向因素。冬季温暖空间的设计由太阳方位决定,而季节的环境条件差异在创造供夏季使用的微气候基础中起到重要作用。比如冬季应当尽量避开不利风向(北方冬天的西北风),引入有利风向(南面暖风);夏季应当合理利用主导风向来组织自然通风,注意主导风向与冬天的差异,通过被动式园林要素的恰当布置,可以设计出通风降温的凉爽空间。    
      此外,由于风中包含空气温度,即存在冷风和热风的区别。在运动过程中风的冷热性质也会发生变化。当吹过大面积的水体或者绿地时,会因为周围环境中水分的蒸发作用而降温;但是通过大面积的硬质铺装时,铺装中吸收的热量会传递给气流,温度随之上升[2]。因此在园林设计里,尽量减少硬质铺地面积,或者将硬质铺地与水体、绿地交叉布置,以调节小气候温度。   
  (5)太阳辐射在园林设计中的处理     太阳辐射是来自太阳的电磁波辐射,它直接决定地表空气的温度变化,并主导地球的气候变化。太阳辐射有利有弊,既是提高冬季温度的天然能源,又是造成夏天温度过高的罪魁祸首。通过园林中的植物配置,可以有效调节太阳辐射。    
        植物是大自然提供的自动调节太阳辐射的天然手段。据调查研究显示,植物具有很好的遮阳防辐射降温作用。阳光射到树林上,叶子表面能够反射约20%-25%的太阳辐射,树冠能够吸收约35%-75%的太阳辐射,剩下约有5%-40%的太阳光会直接透过树冠投射到地面。茂盛的树冠能够阻挡并吸收共约50%-90%的太阳辐射热能,而草坪还可以吸收80%左右的太阳光线,从而大幅降低地表温度,减少了人为降温而产生的能耗。因此屋顶绿化、垂直绿化对于调节建筑室内温度效果十分明显。
     植物遮阳与建筑构件遮阳最大的不同之处在于能量流向。遮阳构件在吸收太阳能之后,自身温度会显著升高,其中一部分热量还是会通过各种渠道重新传递到空气中;而植被通过光合作用将太阳能转化为生物能,植被本身温度并没有显著提高,而且还储存了能量。最为理想的太阳辐射调节植被是高大的落叶乔木:在夏季,茂密的枝叶可以很好的阻挡灼热的阳光;在冬季乔木落叶后,温暖的太阳光会透过稀疏的枝条照射在大地上。这也是普通固定遮阳构件所不具备的优点。(图6,7)植物尤其适合遮挡西晒时高度角很小的阳光,树叶浓密的直立树种不但可以提供良好的景观,还可以控制夏季黄昏前的太阳辐射。    
(6)水在园林设计中的处理     水是园林设计中重要组成元素。除了塑造水景,还能够调节环境气候,比如降温,增湿等。在夏季,湖面、池塘边的温度就要比硬质铺装广场低,更适宜人的休憩和游玩。
     此外,水体的净化、循环利用也是园林设计中的重点。使用人工机械设备净化水体,不仅增加成本,还损耗能源。因此将水的循环利用和造园手法相结合,实现节水节能的“自然化”。
     总之,被动式节能方式主要采取因地制宜的自然节能方式,利用园林自身组成要素收集、利用天然能量。它具有低费用、少维护、景观化等优点,为使用者提供优质、舒适的户外环境,目前已在园林设计中被大量使用。
     1.3.2被动式节能设计的潜在效益     被动式节能设计利用大自然产生的能量流动,节约不可再生能源的消耗,同时保持环境的舒适度;它不仅能减少能源损耗和运行设备的费用,也降低了建筑和园林的建造费用,因此能够节约大量的建设、运营成本;从美学观点来看,它对塑造场地的地域特征方面有着巨大作用,通过增加当地城市特色风貌的视觉特征,达到了保持地域特性的目的。    
被动式节能设计的潜在效益体现在以下几个方面:
     (1)提高生产力     根据研究数据显示,大量采用自然光照明可以提高使用者的生产力。洛矶山研究中心(RockyMountainInstitute)的研究表明:在商场内,有自然采光照明区域的平均销售额(每平米销售额)比人工照明区域要高。近几年,全世界的经济发展被国际能源价格的上涨所拖累,发展中国家的能源价格和发达国家一样昂贵。为了能够节约成本,提高生产力,被动式节能设计对于发展中国家的经济和城市发展显得更为重要。
     (2)减少运输费用     因为被动式节能设计中所利用原料是纯天然能源,因此是免费的,这样购买能源和设备的费用就大幅下降。而且根据研究数据表明,通过被动式节能设计可以减少40%~80%因为远距离运输而产生的不可再生能源消耗[4]。
     (3)降低设备投资费用     在园林绿化建设与初期运营投资中,购买和运行室外环境控制系统设备的费用占据了相当一部分。能源节约型园林的本质就是要减少相关动力设备系统的费用,从而节约园林绿化的成本。被动式节能设计减少不可再生能源的使用,这导致设计负载的减低(峰值负载),设计师就可以减少或缩小园林绿化环境控制设备的规格,从而降低造园成本。
     (4)减少污染     被动式节能设计的初衷就是为了能够从根本上节约不可再生能源的消耗,同时就相应减少人为排放,如二氧化碳和其他温室效应气体,从而降低对生态环境的破坏。
     (5)合理分配资金投入     减少运输费用、初期投资费用和后期养护费用,就可以将节省下来的资金投入到其他发展活动:个人、企业和政府的投资,从而增加GDP[5]。
     (6)推广新能源开发利用     被动式节能设计可以推动城市可再生能源的利用,将在全球建立起可持续的能源系统。     2结语
     在未来,随着节能技术的不断完善和提高,能源节约型园林发展将呈现以下趋势:
     (1)实现功能的多元化,形式和内容的多样化     这是能源节约型园林发展的目标。能源节约型园林的设计建造将更趋向综合功能方向转化,注重发挥节能减排功效的同时,又强调经济效益和艺术效果。
     (2)节能技术的进步,节能成本的降低     这是能源节约型园林发展的前提。各国已经积累了一定的基础技术研究成果,并根据各自国情发展了相对成体系的节能减排计划。可是在节能技术成本和应用上还是有很大的发展空间。
     (3)政策法规相继出台,执行力度加大     这不仅是能源节约型园林发展的保障,更是国家进步的重要体现。政府对能源节约型园林发展的重视和支持,客观反映出国家对可持续发展的贯彻力度。
     (4)民众意识逐渐提高,节能知识普及     这是能源节约型园林发展的意义所在。不仅通过园林绿化提高人民的生活水平,更期望借此对我国节能减排事业进行宣传和推广,让百姓真正意识到可持续发展的重要性,并参与到其中来。