可持续性驱动创新与就业

可持续发展作为创新和就业的驱动力

1 引言

可持续性如今已成为一个常用词汇，它是一种可衡量的实践，使我们能够以新标准对建筑物进行基准测试和委托。作为新设计、发展政策和规划的基础，可持续性体现了韧性和领导力。为了在实践中体现可持续性方法，本文将重点介绍支持可持续性的具体案例研究。

可持续性是市场复苏和未来经济增长的关键。气候变化及其他自然灾害为我们改善环境、拯救生命和财产提供了机遇。此外，可再生能源或间歇性能源、效率和创新能够创造就业机会。个人在可持续性领域实现创新的一个极佳例子是威廉·坎宽巴，即“驾驭风的男孩”；他通过制造风力涡轮机，找到了解决其家庭所面临的一系列社会和经济问题的方法。像他开发的这类解决方案正在不断涌现新技术、建筑材料的使用，以及独特的建筑方法和定制化生活方案。

可持续性虽然由气候变化所推动，但却是变革的催化剂，且已有诸多实例表明人类已展现出进行环境改变的能力。一个著名的例子是，我们对二氯二苯基三氯乙烷（即滴滴涕）的过度使用不仅对陆地造成显著影响，也对动物产生了严重影响。正是由于滴滴涕的使用，环境和鸟类遭受破坏；然而，在多次保护努力的支持下，白头海雕和秃鹰得以从灭绝边缘恢复过来（卡森，1962）。此外，通过管控高硫煤的使用，我们也成功减少了酸雨的形成，从而使生态系统逐步恢复（布林布尔科姆，2007）。另一个例子是氯氟烃（CFCs）的使用导致了臭氧层耗损，因此我们减少了产品中氯氟烃的含量。正因如此，臭氧层空洞的扩大趋势得以遏制，且臭氧层自身的修复速度远超预期（变化，无日期）。我们已经实现了这些积极改变，并继续寻求更多创新方案以应对紧迫的环境问题。

自《布伦特兰报告》（布伦特兰，1987）首次提出“可持续性”以来，该概念已根据不同目的被赋予了多种定义。关于可持续性的内涵及其实现方式，存在多种观点。总体来看，其核心聚焦于三个主要因素：
- the environment：地球、空气、水和生态系统
- 社会影响：人类、健康和文化
- 经济：利润、节约和效率。

可持续性是可扩展的。在尺度的一端是个体。个体通过建造被动式房屋或净零能耗房屋来节省资金、减少污染，并生活在更健康的环境中。小规模使个体实现自给自足。这关乎以合理的方式建造建筑和企业。在尺度的另一端则是城市。

2 方法与结果

本研究的一个重点是华盛顿特区的学校现代化。在2013–2014学年，华盛顿特区公立学校系统开设了两所新的LEED铂金级学校。这得益于可持续实践的量化。

为当下而建，让我们更好地迎接未来。被动式设计特性，如增加保温材料、导光板、遮阳墙以及创新的供暖/制冷设计，能够减少暖通空调系统为充分加热或冷却空间所需的能源。负荷较低的暖通空调系统具有更低的初期安装成本，且运营更为经济。节省下来的资金可用于为建筑增添更多节能特性。可通过计算投资回报来说明节能系统的价值。被动式设计策略既智能又经济，可降低初期成本、运营费用以及所需维护。

华盛顿特区公立学校（DCPS）现代化项目中的可持续性研究量化是一项多年期研究，将随着新技术的开发而不断重新评估。通过翻新改造和建筑测量，建立了能源与可持续性的基准。在投入使用后，开展了优化研究以提升性能。可持续性是有效设计准则和正确的调试的结果。

DCPS现代化项目通过能源审计和高性能学校协作组织（CHPS）的运行报告卡（ORC）来建立其数据点。ORC通过测量学习环境的室内空气质量、能源效率、视觉质量、声学、热舒适性、节水和减废情况，评估其性能。

首先，让我们看看如何通过改善空气质量来提升性能。室内空气质量衡量的是室内环境的温度、相对湿度以及二氧化碳（CO₂）和一氧化碳（CO）浓度，单位为百万分之一（ppm）。一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）的浓度会与周围室外环境中的浓度进行比较。任何高于环境条件的一氧化碳浓度都应进行调查，因为它可能是燃烧设备通风不当所致。高浓度的一氧化碳也可能源于车辆在进气口或窗户附近怠速运行。当二氧化碳（CO₂）浓度超过环境水平700百万分之一时，房间会产生“闷热”的感觉。这种升高的浓度常常导致学生昏昏欲睡。该问题通常可通过向教室引入更多新鲜空气来解决。

二氧化碳（CO₂）被用作衡量每个教室通风情况的指标。因此，增加气流即可解决此问题。

我们还针对能源效率的改进进行了探讨。使用能源之星组合管理器来测量和比较每所学校能耗与国家标准的差异。我们的分析以15秒的分项计量间隔收集能耗数据，从而帮助我们确定每台设备的尖峰、基础负荷、峰值负荷以及启停时间。通过调整启动时间和温度设定点，我们进一步将能耗降低了20%。

能源审计还利用热成像技术来发现空气泄漏。这是通过为建筑围护结构分配一个估算的R值来实现的。然后对建筑围护结构进行热图像拍摄和分析，以确定其各部分的相对温差（热与冷）。显著的温差表明存在泄漏点。常见的泄漏点位于门窗框周围、空心墙体空腔、阁楼空间以及建筑围护结构上开凿的其他孔洞处。在识别出这些泄漏点后，将对其进行适当的隔热并密封处理。

视觉质量在学校中的评估尤为重要。我们的项目在每个教室的九个位置测量了桌面高度处的照度水平。在一天的上课时间内进行了三次测量，以确定教室中照度水平的变化情况。照度水平以英尺烛光（FC）为单位进行测量，可接受水平介于35英尺烛光至50英尺烛光之间。大多数房间存在过度照明或照明不当的情况。通过对光线分布和灯具类型的调整，每栋建筑所需的灯具数量减少了30%至40%。

除了改善视觉质量外，我们还致力于提升建筑物的声学性能。在每所学校中，我们研究了声学的两个方面：背景噪声和隔音。背景噪声是指在没有有意产生的声音时房间内的声级。暖通空调系统、其他学校设备以及室外声源都会导致背景噪声的产生。根据CHPS最佳实践，当声级超过45 dBA时，会形成嘈杂环境，学生在这种环境中可能难以学习。

在可能的情况下，会在暖通空调系统开启和关闭时分别进行测量，以确定该系统是否为房间的主要噪声源。隔音是指声音在相邻空间之间传播程度的度量。测量位置包括教室与走廊之间，以及教室与相邻教室之间。良好的建筑结构应使教室与走廊之间的声级至少降低40 dBA，教室与教室之间至少降低45 dBA。隔音数值越高越好——墙体吸收的声音越多，传递到相邻空间的声音就越少。

可持续性还关注用水量。通过统计建筑设备的数量并观察每个设备的流量来测量用水量。该指标帮助我们确定是否需要用超低流量设备替换高流量设备。在华盛顿特区，雨水管理是场地成功的关键。华盛顿特区要求1.2英寸降雨事件中的所有雨水都可再利用。这可以通过绿色屋顶、灰水冲厕和生物洼地实现。

当人们考虑改进绿色实践时，大多会想到废物或垃圾。为了确定废物产生量，我们记录了每所学校送往垃圾填埋场、回收利用或堆肥处理的废物数量。我们的分析使得能够安装尺寸更合适的废物收集容器，并进行战略性布局，以更好地推动零废物学校的建设。

使用者满意度是一个同样重要的衡量指标。为了衡量满意度，我们进行了一项调查，其中包含与上述每个类别相关的问题。如果针对某个特定类别的问题中有超过20%的回应表示不满意，我们便会重新审视我们在该类别上的方法。

本分析利用设计指南为2013年夏季现代化改造建立了基准。在此评估之前，这些标准虽已纳入设计流程，但未进行量化和验证。对这些指标的后续量化与验证为设计更新奠定了基础。2014年春季，基于前一年的经验教训，制定了针对这些组件和开源楼宇自动化系统（BAS）的新设计规范。调试代理和调试流程现在均已包含这些指标。

通过五个建筑的样本量，本次研究能够捕捉并量化可改进的领域。记录翻新前后的公用事业账单显示，能耗降低了30%（图1）。在此基础评估之外，2014年增加的分项计量组件在进行建筑使用优化后，进一步实现了20%的能源减少。

这些要点反映了流程和设计标准方面的变化。
- 室内空气质量
- 无一氧化碳（CO）
- 教室或工作环境中，二氧化碳（CO₂)浓度低于1000 ppm。
- 能源效率
- 建筑性能比美国供暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）标准提高30%，并通过能耗模型和区间验证数据。
- 视觉质量
- 照明系统应结合自然光采集
- 阴天时桌面照度为42英尺烛光（fc）的设计
- 采用50%设计照度的分布式英尺烛光布局并结合自然采光的反射式天花板布局
- 声学
- 不传导声音的源建筑材料 建筑的朝向和功能布局。
- 热舒适性
- 根据季节着装
- 可接受的供暖温度范围（有人时）68–75.5 范围。将恒温器设置为 71 度，并可本地调节 ±2 度。
- 可接受的供暖温度（无人时）60度 可接受的制冷温度范围（有人时）73–79.5 范围。将恒温器设置为 75 度，并可本地调节 ±2度
- 可接受的制冷温度（无人时）85度。
- 水
- 超低流量装置
- 灰水回用。
- 废物
- 适用于前端装载和后端装载的卡车
- 合理设计垃圾箱、装卸平台和内部空间，以优化废物分流
- 8 cu yd。用于纸张和纸板的垃圾箱或压实机
- 8立方码 垃圾桶或压实机用于垃圾
- (2–4) 96加仑垃圾桶用于玻璃/塑料/金属
- (3–10) 36 或 (1–3) 96加仑垃圾桶用于可堆肥垃圾。

量化可持续性为DCPS现代化项目增加了价值，通过大幅降低学校的运营成本。规划过程已重新设计，使得被动式设计特性在初期阶段就得到讨论。实施这些特性的短期成本因其带来的长期节约而显得合理（表1）。

ECM	平均成本 按学校	每平方英尺成本	投资回收期价值
楼宇自动化系统（BAS）	1.5万至5万美元	NA	9个月年度能源成本降低20%，如邓巴高中所示，见下文
建筑围护结构提升	4.75万美元	0.96美元	2.7年建筑使用寿命期间平均节省25万美元的建筑
LED灯	125万美元	6.38美元	4年 LED灯的能效高出30%，并且寿命长达六倍，减少了维护
日光控制	42.4万美元	2.45美元	4年学术空间中的准确光照水平 提供最佳学习环境
灯光鳍片遮阳	28万美元	varies	10年降低暖通空调成本、规模和需求
灰水回用	54万美元	2.50美元	10年拥有雨水信用且无需支付未满足要求的费用。减少流域影响——符合华盛顿特区环境部门‐美国环保局标准要求

系统施工后验证，调试过程得到简化。从一开始就优化系统并与最终用户沟通，实现了运行更佳的建筑物。以邓巴高中为例，其建筑能耗强度（EUI）比美国全国平均水平低47–62%。

邓巴高中被誉为“世界上最绿色的学校”，并获得了美国绿色建筑委员会（USGBC）认证的LEED铂金级最高评级。这所28万平方英尺的学校在LEED可能得分110分中获得了91分，成为全球得分最高的新建K‐12（基础教育阶段）学校。由于这一成就：

“就在学校获得铂金级认证的同年，其学生标准化测试成绩提升幅度位居全市第一——而这仅仅是在新建筑中使用一年后的成果。我相信，创新的设计与学校的教育转型举措产生了协同效应，从而为学生带来了更成功的教育成果。”—— 佩金斯·伊斯曼项目负责人肖恩·奥唐奈尔，美国建筑师协会会员，LEED认证专家

新的邓巴高中校园提升了哥伦比亚特区在可持续、高性能学校设计以及学生环境管理方面的标准。其中较为突出的可持续设计特点包括：
- 482千瓦的光伏阵列，通过华盛顿特区首个电力购买协议提供，在晴朗的夏季白天产生的能源足以支持所有教室照明运行八小时
- 位于邓巴运动场下方的华盛顿特区最大的地源热泵（又称“地热”）系统，井深达460英尺
- O街以可持续模式重新开放，其中包括6152平方英尺的雨水花园，可应对1.2英寸的暴雨事件
- 建筑通过合理的朝向和遮阳设计实现的普遍的自然采光
- 两个20,000加仑的蓄水池和低流量装置有助于每年节省超过140万加仑的饮用水
- 增强声学设计，有助于打造高性能学习环境。

施工与调试完成十个月后，工程师、建筑师、设施管理人员和校方管理人员举行了一次会议。我们进行了为期两个小时的会议，讨论了建筑的运行时间表、温度设定点和运行操作。此次会议导致根据实际使用情况调整了建筑的运行时间表，使夏季能耗降低了40%，秋季学期降低了20%，每年节省公用事业费用约5万美元。图2显示了会议次日的情况。

将效率提升到更高水平的方法是利用间歇性或可再生能源来抵消剩余负荷。这将实现净零能耗设计。一所高中的设计方案于2012年秋季确定，并获批1800万美元资金。到2012年12月，零能耗增建部分通过价值工程优化将成本降至1200万美元。该高中将成为世界上最大的零能耗建筑，是湿润亚热带气候区首个此规模的建筑，也是首个零能耗高中。尽管该项目最终因其他问题被取消，但其零能耗设计的核心将采用一台配备有机朗肯循环的生物质锅炉。该系统将产生8兆瓦的能源，并为建筑提供地暖和制冷系统。此处所用的生物质燃料即木质碎屑，将来源于哥伦比亚特区的城市森林木材废弃物。目前这些木材废弃物需外运至垃圾填埋场处理。该项目将消除外运成本，并为学校的供暖、制冷和电力系统提供免费燃料。在整个建筑使用周期内，此举将为纳税人节省5000万美元的能源成本。

另一项关于可持续性的研究聚焦于华盛顿特区的游乐场。“华盛顿特区可持续游乐场政策”后来演变为与华盛顿特区游乐场所相关的提案请求的工作范围。位于华盛顿特区的哈里·托马斯高级游乐场（图3）是一个数学主题游乐区，其设计灵感源自斐波那契数列。当这些数字被用来创建正方形时，结果会形成一个美丽的螺旋，类似于卷曲蕨类植物或某些软体动物壳中的螺旋。其他设施包括：新的曲线型无障碍通道、社区花园、健身环道、雨水花园和生物滞留区、两个新篮球场、一个新网球场、新的定制游乐设施、艺术元素（如解说标识和互动艺术杆）、新的太阳能供电记分牌、新的成人健身器材以及带遮阳的野餐区。

游乐场还设有绿色屋顶亭子和一个完善的雨水管理系统，用于其新建的社区花园。旨在收集场地全部1.2英寸雨水，并将其回收利用于景观区域，或满足华盛顿特区环境部门（DDOE）和LEED要求。这些要求旨在减少不透水覆盖，促进渗透，并通过最佳管理和低影响开发（LID）实践，收集和处理平均降雨量90%的雨水径流。具体措施可包括生物洼地、干涸河床或砂滤池。该项目最近获得了在全球最酷的游乐场榜单中位列第六名，并在早期儿童教育（ECE）专区（规划者，2015年）评选的美国50个最佳游乐场中排名第二。政策为可持续性的成功整合奠定了基础，体现了领导力、进步以及对未来的规划。可持续性在设计和施工的各个方面均为此类成功奠定了基础。

为社区提供创新与可持续性会引发变革与发展的连锁效应。其他华盛顿特区游乐场所已种植了果树。这些树木作为食物来源和树冠覆盖，对社区具有价值。城市环境中存在食品荒漠，因此在公共公园中种植果树可为社区提供免费的健康选择。通过雇佣社区成员照料和维护果树作物，创造了就业机会。更多的社区花园出现在闲置土地上，在原本被遗忘的区域种植出新鲜本地农产品。这使人类积极参与，通过利用本地资源减少环境影响，并降低能够自种食物人群的生活成本。

从华盛顿特区公园的本地层面转向国家层面，哥斯达黎加是一个采用可持续实践的国家。哥斯达黎加在历史上有着深厚的咖啡种植传统。许多小型农场使用传统耕作方法时发现利润不高。除了经济损失外，他们还发现环境受到了负面影响。不可持续耕作方法的负面影响之一是只有某些鸟类能够生存。因此，一些咖啡种植者转向了有机种植。这一转变使他们从七年前使用传统系统并在某些地区通过合作社以每磅10美分的价格销售，转变为如今以每磅三美元的价格出售，实现了3000%的增长（迪特里希，2014年）。随着哥斯达黎加的咖啡农销售有机咖啡产品，美国和哥斯达黎加政府在两国之间建立了贸易协定。这些贸易协定使得一家小型快闪咖啡店可以直接前往中美洲的有机农场，从农民手中获取产品。

这种关系创造了收入，并通过支持发展中国家农民的有机咖啡农场帮助了他们。此外，它正逐渐成为一个更大的循环事件，不仅为咖啡种植者，还为企业家、小型企业主以及生活在较小国家的人们催生和创造了商业与新机遇。他们不仅获得了更高的利润，同时也能够更好地保护环境。此外，环保型改变正在带来更好的作物；他们种植不同的植物，这种混农林业使得土壤中的氮含量增加。土壤侵蚀和径流减少，农产品中的营养成分更加丰富，从而产出更健康的咖啡。最终结果是更优质的产品，并且对环境更加友好。消费者和咖啡植株都不会接触到农药，从而为后代延续更可持续的咖啡种植。

哥斯达黎加以全球生态旅游的最佳典范之一而闻名。哥斯达黎加人非常热情好客，这种友善态度加上得天独厚的自然环境，共同促成了如今的生态旅游体系。生态旅游为哥斯达黎加企业带来了益处，使它们能够在保护环境的同时吸引游客并获得利润。本地企业决定充分利用这一结合，通过适应性调整，在保护环境的同时提升盈利能力，从而推动了哥斯达黎加生态旅游产业的形成。

哥斯达黎加开发了一项可持续旅游认证，该认证采用评级系统，根据企业表现授予一到五片叶子的评分。可持续旅游认证（CST）（联合国，无日期）旨在对旅游行业内部进行区分，并促进基于对自然资源、文化、社会和资源管理可持续模式的不同程度的合规性，企业得以发展。名为维拉布兰卡云雾森林酒店与自然保护区的生态系统度假村获得了可持续旅游认证（CST）的最高认证级别——五片绿叶。该酒店通过完善的基础设施和多种服务，将酒店运营与周边自然栖地实现了可持续融合，包括实施环保管理政策和运营系统，支持回收利用、自种食物、生产可再生能源、节水以及减少水污染。

Villa Blanca 的服务，无论是内部还是外部，均符合市场上的不同趋势。他们从当地社区招聘员工，96%的员工来自邻近城镇，从而加强了积极的社会、经济和环境影响。此外，Villa Blanca 重视当地居民的教育，并与当地农场合作利用牛粪生产生物燃气，以创造能源。这反过来稳定该地区，同时支持人类、环境及其经济盈利能力。效益共同增长，不仅惠及生态旅游酒店和当地社区，也使游客受益，因为他们可以看到受保护的自然环境，以及一家企业、一个国家和一种文化在选择可持续性的同时，通过生态旅游业得以保护并获益。此外，他们的可持续优先事项确保其运营方式有利于环境、国家、盈利能力以及当地居民。通过结合前沿方法与使用生物燃料和被动式系统的创新技术，他们保护了当地的野生动植物，并推动不断发展的可持续性。这种进步思维与行动使他们成为生态旅游业中可持续性的标杆，同时还创造了收入。

哥斯达黎加的可持续性平台、方法、实践和创新设计，对经济和个人成长产生了宝贵的影响。将这种成长与利用各种技术进行可持续改造相结合，以创造就业机会、传授新技能并提升传统技能，同时满足当今存在的住房与能源需求，通过可持续性取得成功将是必然的。

这种必然的成功可以在阿尔及利亚等国家中看到，该国正在多个层面发展可持续性；其他国家可以受到阿尔及利亚所取得成功的鼓励和启发。将可持续技术和被动式设计策略融入其建筑实践中，已在阿尔及利亚创造出一种经济模式，使其能够在有限资源条件下满足住房需求。使用传统施工方法时，阿尔及利亚无法在时间和资源限制内满足住房需求。然而，可持续技术使他们能够创新地解决住房问题。

3 结论

量化可持续性的过程推动了本地层面（如游乐空间或学校）和全球层面（如生态旅游和咖啡价格）的创新与发展。它降低了资本、运营和公用事业成本。本文讨论的可持续特性为最佳实践提供了可衡量的指标，这些实践几乎不增加项目成本，并根据投资回报率（ROI）计算，持续地降低成本。可持续性正在创造更优的环境，支持人类，推动更好的资源管理，降低成本并提高效率。

在全球和本地层面实现向可持续社会转型是可行且可扩展的。通过提高效率、利用可再生资源、采用更佳的建筑实践以及保护环境免受气候变化影响，我们能够取得进展。我们现在就可以采取行动，这些行动不仅对当下产生影响，也将惠及后代。正如本文通篇讨论的那样，可持续性可以从多个角度来审视；所选的案例研究基于对相关项目的直接经验。本研究结果表明，在全球层面上，选择追求效率、采用有机方式并融入被动式设计是可持续且有益的。