节能设计中创新思维方式的探讨

　　摘要：在能耗中，建筑的能耗所占的比重是很大的，中国建筑能耗大约占全国的11.7％，其中北方地区的供暖能耗就占其中的89％，节能必然是中国建筑的方向。而节能建筑的设计是需要根据当地社会，经济，环境状况做出的综合判断。不拘泥于固有的传统，不断创新，发展可以不断拓宽节能建筑之路。本文主要对节能设计的创新思维进行了探讨，供同行参考借鉴。
　　关键词：节能设计；创新能力；应用
　　一、概述
　　创新能力和节能环保已提为国策，对于普通人来说——节能——除了仅仅是口号或是一种节俭习惯以外，是否还可以发挥主观能动性。运用创新思维将其转化为一种发明产品?或许很多人认为节能产品都是科学家的事，是高不可攀的，然而许多事实证明，通过细心留心生活周围的事情，利用初中高中的基本的物理化学知识。并结合发明创造的思维方法，普通人也能够创造“奇迹”。本文从节能产品和节能建筑两方面的出发，试探讨在节能设计中主要运用的思维方式，提出换元一逆反法则，对应一还原法则，强化一综合法则等方式所起的作用，启示人们在各种节能设计中注重运用创造性思维。
　　二．换元一逆反法则
　　换元一逆反法则：即根据化学，物理原理，或物质本身的某种特质，利用同一种性质在不同事物中价值不同的理论，将变无用(对事物A)转变为——有用(对事物B)，用一事物代替另一事物，通过代替事物研究被代替事物的矛盾，使问题获得解决，或是发现新的办法，或是进一步完善被代替的事物。往往顺理成章的“水平思考”是很难想出好方案的，而换元一逆反法则会带领人们找到解决问题的新的途径(图1)。
　　
　　图1还原一逆反法则示意
　　1．节能发明中的应用——变废为宝
　　在节能发明中，这种方法往往是用可循环能源代替不可循环能源，环保生态材料代替非环保材料。此方法在节能发明中应用非常广，如将废弃的材料如沼气能，人体热能等替换原始的石油，煤等能源，等等。
　　2．换元——逆反法则在节能建筑设计创新中的应用：
　　老子日“反者道之动”。文丘里也曾说过“反常和不定在建筑上是行之有效的。”换元一逆反法则不仅在节能产品创新上行之有效，在建筑节能设计也一直倡导着这种理念。
　　(1)使用可再生能源和清洁能源是其中的重要内容。中国幅员辽阔，各地区可以根据自身环境气候的特点开发新能源。
　　(2)除了在能源利用方面可以借鉴这种思维方式，建筑学家们也试图从建筑本体出发，将废旧的物品转化成节能建筑，例如瑞典建筑师本特•瓦内用自己家做了试验，他们亲自一步步把畜棚转变成复合型住宅和办公建筑，并且把它变成了试验室。史蒂文•拜尔在新墨司州成功的创造了一种能量自给自足的壳体，而作为贮存太阳箭部件是装了水的旧油桶。这种将废旧材料转变成获取能量的方法起到了一箭双雕的作用。
　　(3)同时从优化新建筑的能量平衡来讲，对一栋旧建每更新也是节能的一种，对旧房合理改造是最好的节能措施，因为新建一栋建筑将会消耗更大的能源。在国内比较好的例子如上海的八号桥等。
　　三．对应一还原法则
　　对应一还原法则：从现有合理的事物中提取其基本原理，规律，或某一功能，技术等，以此为原形并加以改造移植到另一相似事物中。
　　任何发明和革新都有创造的起点和创造的源点，创造的源点是唯一的，创造的起点有无穷多。研究已有事物的创新起点。并深入到它的创新源点，再从创新源点另辟门路，用新的思想。新的技术重新创造该事物。
　　1．节能产品——空气加湿花
　　看似普通的假花，实际却有空气加湿的功能。秘本例中加湿花就是合理运用创新法则创造的。“加湿器”的发明是创造的起点，而创造的源点是“水蒸发”，然后研究让水蒸发的条件——增大水与空气接触面积，之后结合造型法则，联想到植物生长过程的供水机理，当花茎插入水中，由于毛细作用，水分会自动沿花茎外层的输水层逐渐上升湿润各层吸水花瓣，并向房间空气中自然蒸发。同时根据物理学中的蒸发原理，最后创造出无能耗，节能的新产品——空气加湿花。这一系列的思维过程就是一个新产品诞生的过程，这对节能产品的开发有着很大的意义。
　　2对应一还原法则在建筑设计中的运用：
　　建筑师在做建筑节能设计的时候，对应一还原法则是方便实用的方法。建筑设计中的对应一还原法则往往体现在对传统建筑中的原理，技术等方法的改进。
　　传统建筑中的节能原理在当代依然有其利用价值。研究传统建筑节能的特点，找到其原理的本质，将其合理改进，并运用到现代建筑中，是节能建筑设计创新的有效途径。其方式主要体现在对传统建筑形式的研究。对传统建筑技术的研究及对传统建筑材料的研究三方面。
　　(1)对传统建筑形式(构造)的研究
　　传统建筑的形式强调人与自然的关系，充分利用阳光，空气，水，土或者植物等自然资源。“构造设计学”就是受到传统念碑中有所体现。
　　(2)对传统建筑技术的研究
　　建筑技术的创新是建筑节能进步发展的关键。少费多用，低耗高能是技术创新内在价值的追求目标。有些地区传统技术所具有的科学内涵，其概念是可被其他地区借鉴，运用的。
　　例如我国的广东地区普遍有一种通风坡屋顶，主要是利用热空气上升的原理加强夹层空气对流，国外就以此为借鉴，并加以改进，发展了一种适合于冬冷夏热地区的热压通风坡屋顶。同样都是中空型结构，但这种坡屋顶在南向设了透明材料，夏季夹层空间被加热，加速对流，到冬季夹层热空气被导入室内。改造后的坡屋顶适宜性更广，效率更高。
　　(3)对传统建筑材料的研究
　　传统建筑素以就地取材为主，不同地区有各自不同的特点。东北的土房、陕北的窑洞、西南的木屋、傣家的竹楼，均体现朴素材料的质感、色彩和纹理，自然天成，颇具特色。材料来源于大自然，废弃时再归还给大自然，这样资源循环利用，生态环保，同时也节约了运输材料的成本。
　　在现代建筑中，建筑师需注重建筑材料的可循环性和可再生特性，其次是其在保温，保湿，储蓄能量方面的特性。中国建筑师张永和在“建筑师走廊”中创作的“二分宅”运用了传统建筑中生土外墙的原理。承重墙以土堍配合木头支架组成。土墒厝是中国传统建筑形式之一。除具有减少环境冲击的优点之外，还有隔热隔音的功效，使冬暖夏凉。建筑师通过对传统材料和建造方式原理的灵活运用，创造了当代“节能建筑”。存在就有其合理性，从传统之中创造新事物，从旧有事物中找到新用途，这种思维方式应当被提倡发扬。
　　三．强化一组合法则：
　　强化一组合创新：将现有的技术思想或已存的物质产品。为强化某个功效，经过意义，功能，原理，构造，材料等各个方面的组合变化，形成新的物质产品，将熟知的物质转化为新的更优的物质。
　　1．强化一组合法则在节能产品设计创新中的应用
　　强化一组合的方法在发明中应用非常广。组合创新不外乎四类：1)主体附加2)异类组合3)同物组合4)重组。下面的案例主要说明1，2两种方法
　　(1)主体附加创新方法，它的思维要领和思考步骤归纳起来有：(a)有目的，有选择的确定一个主体；(b)运用缺点列举法，全面的分析主题的缺点；(c)考虑能否在不变或略变主体的某种功能，通过增加附属物以克服或弥补主体的缺陷；(d)考虑能否通过附属物，实现对主题寄托达到希望；(e)考虑能否利用或借助主体的某种功能，附加一种别的东西使其发挥作用。
　　(2)异类组合，即两种或两种以上不同领域的技术思想的组合，两种或两种以上不同功能的物质产品的组合都属异类组合。它的特点是：(a)组合对象来自不同的方面，一般无所谓主次关系；(b)组合过程中，参与组合的对象从意义，原理，构造，成分，功能等任一方面或多方面相互渗透，整体变化显著；(c)异类组合是异类求同，因此创造性很强。
　　在我国，位于灵武市的全国首个太阳能热气流发电厂正式破土动工。这不仅填补了我国利用太阳能热气流进行发电的空白，而且此项技术的科技水平同步走在了世界最前沿。经测算，仅建设一座1000KW的太阳能热气流发电厂，每年将节约2000吨左右的标准煤，二氧化硫减排量达到3O吨。
　　(3)强化一组合法则在节能建筑设计创新中的应用埃及建筑师哈桑•法赛在工程实践中将地方传统的捕风塔进行改进，在捕风塔中设计了一种空气加湿冷却的简易装置。其就是将蒸发降温原理结合到捕风塔技术中，在费用增加较少的同时大大提高了换气质量，增加了室内热环境舒适度。再如PV双层墙用被动利用太阳能的节能构造，同样是以技术综合创新的例证。它是将构造技术，新材料技术与空气热动力学原理结合起来。用以解决建筑保温隔热的问题。这种简单的构造方式解决了冬夏的保温，隔热两个问题，极大的提高了技术效率。
　　四总结：
　　上述案例都是通过科学逻辑思维的方式阐述各个节能设计的，总结其方法有以下几个原则：
　　1．突破传统思维方式，对同一对象各个部分进行解剖，列出缺陷项，从各种角度想问题。一般来讲是考虑事物的不节能浪费能源的方面，找到提高效率改进措施的方法。矛盾为创新带来了机遇和挑战，解决矛盾的过程正是创新的过程。例如莱特设计的拉金大厦，它的位置紧挨着铁路线，由于来往的火车冒出来的厌恶不得不完全封闭起来，为了解决这个矛盾，美国第一栋空调建筑诞生了。
　　2．找到发明创造源点，从本质上抓住主要矛盾，用最简单环保，最节能经济的方法考虑；
　　3可以采用换元，逆向，类比，综合等思维方法；
　　4．把产品的美观性也作为考虑范围；
　　5．方法的运用不是机械化的公式的一一对应，很多时候都是各种方法的综合应用。
　　节能，是协调人与自然的关系有效方式。如今资源短缺，人和自然协调发展的基本条件在于不断的推进人对自然界的科学知识和不断的完善和拓展人工自然。而创新性思维。可以将其定义为“反映事物本质的属性和内在外在有机联系，具有新颖的广义模式的一种可以物化的思想心理活动。”正是这种思维活动，让人类不断的突破自我，在改造自然中充分发挥主观能动性，不断满足人类自身的物质文化需求。节能和创新思维的相结合正是时展的新需求，是人类为寻求自身合理发展的必然途径。同时，节能创新也不是高不可攀的，节能创新离我们并不遥远，它就在我们身边，关键在与你是否能观察到身边的细微之处，是否是有心人。合理掌握创新思维并不是一蹴而就，它的形成一般需要以下几方面：
　　(1)储备大量的节能环保的知识，只有丰富的知识，才有创新的基础；
　　(2)做生活的有心人，多提出质疑，处处留心生活中各种不便和浪费的现象；
　　(3)有创新的意识，有敢于探索新问题的勇气；
　　(4)读一些科学方法论的书籍，有科学逻辑思维的能力；
　　(5)有坚持不懈的勇气，有敢于克服困难的精神希望这篇文章给读者的启示不仅仅是对于节能产品，节能建筑设计的的创新，而将创新意识渗透到工作中和生活中，你会发现生活中会增添许多不一样的色彩。
　　
　　参考文献
　　1罗伯特•贡萨洛、卡尔•J•赫伯曼著．马琴、万只斌译，建筑节能设计——从规划到施工．中国建筑工业出版社，2008
　　2陈晓扬、仲德昆．地方性建筑与适宜技术．中国建筑工业出版社．2007
　　3关原成．异类组合创造法．浙江科学技术出版社，2000