談生態(tài)建筑節(jié)能與規(guī)劃設(shè)計(jì)

劉宇衡

(哈爾濱理工大學(xué),哈爾濱 150080)

談生態(tài)建筑節(jié)能與規(guī)劃設(shè)計(jì)

劉宇衡

(哈爾濱理工大學(xué),哈爾濱 150080)

介紹生態(tài)建筑的概念、特征、節(jié)能的目的與設(shè)計(jì)原則。主要從建筑規(guī)劃方面進(jìn)行深入研究,將生態(tài)技術(shù)和建筑節(jié)能科學(xué)運(yùn)用到建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中,以提高能源利用率。強(qiáng)調(diào)生態(tài)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩睾蛨?chǎng)地因素,充分利用以自然采光通風(fēng)為主的生態(tài)環(huán)境,同時(shí)盡可能利用可再生能源的潛力,綜合性地進(jìn)行節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)。

生態(tài)建筑;規(guī)劃設(shè)計(jì);可再生能源;節(jié)能技術(shù)

人類利用建造手段,在征服和改造自然的斗爭(zhēng)中取得了巨大成就。但是建筑業(yè)的建造活動(dòng)對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞:大量的砂石采集、礦石采掘造成河床、植被、土壤破壞和水土流失……因此建設(shè)生態(tài)建筑是中國(guó)建筑的發(fā)展目標(biāo),生態(tài)節(jié)能已經(jīng)成為 21世紀(jì)設(shè)計(jì)界的主流。

1 生態(tài)建筑的概念、特征

生態(tài)建筑是根據(jù)建筑物當(dāng)?shù)丨h(huán)境特色,綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、建筑學(xué)原理,遵循氣候設(shè)計(jì)和節(jié)能方法,從人、建筑、自然所構(gòu)成的整體環(huán)境出發(fā),將建筑設(shè)計(jì)成為和諧、良性馴化的人工生態(tài)環(huán)境。生態(tài)建筑包括三大主題:以人為本;在保證舒適、健康的室內(nèi)外熱環(huán)境基礎(chǔ)上,對(duì)資源節(jié)約和再利用;與周圍生態(tài)環(huán)境相和諧。主要表現(xiàn)為:注重自然通風(fēng)、自然采光與遮蔭;利用太陽(yáng)能等可再生能源;為改善小氣候采用多種綠化方式等等。

生態(tài)建筑首先應(yīng)具有節(jié)能的特征,并充分考慮綠色能源的使用;其次應(yīng)注重使用再生和可循環(huán)利用材料,注重環(huán)境保護(hù),尊重所在的地域環(huán)境和歷史文化,繼承城市脈絡(luò)。

2 節(jié)能目的與設(shè)計(jì)原則

生態(tài)建筑的節(jié)能目的就是結(jié)合生態(tài)學(xué)原理和生態(tài)決定因素,在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)で蠼鉀Q人類居住中的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題,改善環(huán)境,創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益相統(tǒng)一的效益最優(yōu)化。

生態(tài)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)原則主要體現(xiàn)在四個(gè)方面:①對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù),盡量減少對(duì)生物圈的破壞;②對(duì)使用者的關(guān)心;③為使用者與自然環(huán)境溝通創(chuàng)造條件;④面向未來(lái)發(fā)展的足夠彈性。

3 生態(tài)建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)與節(jié)能

生態(tài)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)首先要求要合理規(guī)劃。生態(tài)建筑是適應(yīng)自然而生成的建筑,而不是改造自然而生成的建筑,因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要深入研究以下因素與節(jié)能的關(guān)系,將對(duì)建筑的需要融入到周圍的大自然當(dāng)中,成為與自然互動(dòng)、富有生命力的建筑。

3.1 基地氣候的適應(yīng)性與節(jié)能

我國(guó)建筑根據(jù)氣候特點(diǎn)的不同,將全國(guó)劃分為五個(gè)氣候區(qū)。各個(gè)區(qū)域氣候條件差別非常大,要求在北方建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是冬季保溫防寒,南方主要是夏季隔熱通風(fēng),而中間則是冬冷夏熱地區(qū),考慮隔熱通風(fēng)防潮,兼顧冬季保溫,但僅靠空調(diào)改善熱環(huán)境,能源消耗大。因此在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要區(qū)別對(duì)待各地區(qū)的不同氣候條件,充分利用太陽(yáng)、風(fēng)等自然因素,最大化利用區(qū)域氣候的潛在優(yōu)勢(shì)。

3.2 基地選址與節(jié)能

建設(shè)的基地應(yīng)選擇在向陽(yáng)、避風(fēng)的平地和山坡上,這是建筑節(jié)能、提高采暖效率的先決條件。同時(shí)建筑選址應(yīng)盡量遠(yuǎn)離交通主干道,避免噪聲污染。如果建在噪聲聲源處,應(yīng)有綠化隔聲帶等保護(hù)措施。

坡地對(duì)建筑節(jié)能的影響,主要是日照得熱和通風(fēng)兩個(gè)方面,效果因坡向和坡度大小而不同。若坡向?yàn)槟舷蚧蚪咏舷?則利于冬季太陽(yáng)得熱,提高容積率。若坡向與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致 (60°范圍內(nèi)),則利于夏季的自然通風(fēng)。若坡向?yàn)楸毕蚧蚪咏毕?為減少建筑物之間對(duì)日照的遮擋,建筑宜以點(diǎn)式為主。

3.2.1 建筑朝向

建筑應(yīng)在最佳建筑朝向范圍內(nèi)選擇。由于不同朝向上太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化比較大,因此建筑規(guī)劃時(shí)要考慮合理的朝向,盡可能增加太陽(yáng)輻射量,建立自然采光系統(tǒng)。我國(guó)大部分地區(qū)正東向或正西向的房屋同正南的房屋相比,全年綜合耗電量約增加 20%。因此南北朝向是最有利的建筑朝向。但特定朝向的選擇還要受其他因素的制約。研究表明生態(tài)住宅的節(jié)能朝向偏角在 15°之內(nèi)時(shí),都屬于好朝向。

3.2.2 日照間距和建筑密度

一定的日照間距是建筑充分得熱的前提。日照間距是指一年中冬至日,滿足北向底層房間獲得日照時(shí)南北房之間的外墻間距。在實(shí)際設(shè)計(jì)中不宜只為滿足日照間距而選擇不利朝向,犧牲日照質(zhì)量,必須研究在保證節(jié)能效益的前提下提高建筑密度。在規(guī)劃布局中適當(dāng)調(diào)整建筑朝向,調(diào)節(jié)建筑布局和外形均可達(dá)到在滿足日照要求的基礎(chǔ)上增加建筑密度,如利用斜向日照將北側(cè)錯(cuò)臺(tái)式、正南向行列式布置改為交叉錯(cuò)排行列式布置。

3.2.3 綠化遮陽(yáng)

綠化遮陽(yáng)是防止夏季過(guò)熱的有效手段之一,是最理想的基地遮陽(yáng)。綠化率是生態(tài)建筑的一個(gè)重要指標(biāo),要求不低于40%,人均公共綠地大于 2,硬質(zhì)景觀面積小于綠地總面積的20%,并保證有足夠的戶外活動(dòng)場(chǎng)地和空間。最理想的基地遮陽(yáng)植物是落葉喬木,茂盛的枝葉可以阻擋夏季陽(yáng)光,降低微環(huán)境溫度,并且冬季陽(yáng)光又會(huì)透過(guò)稀疏枝條射入室內(nèi)。因此基地綠化在保證綠化率的同時(shí),在建筑的東、南、西側(cè)多栽植落葉喬木,同時(shí)考慮喬灌草相結(jié)合,注重綠化的層次布局,風(fēng)格與建筑物要相互輝映。綠化方式除了地面種植外,還有墻面、屋頂、陽(yáng)臺(tái)、窗臺(tái)甚至室內(nèi)都可綠化。

3.2.4 基地通風(fēng)

外部風(fēng)環(huán)境的狀況直接影響到建筑室內(nèi)得熱環(huán)境。由于不同環(huán)境地區(qū)以及不同季節(jié)中建筑對(duì)風(fēng)的要求都有所不同,所以建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)以當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)氣候?yàn)榛A(chǔ)調(diào)節(jié)微氣候,組織自然通風(fēng):①在濕熱地區(qū),規(guī)劃應(yīng)滿足最佳通風(fēng)條件;②在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的冬季,強(qiáng)風(fēng)會(huì)降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、加速熱損失,規(guī)劃應(yīng)致力于防風(fēng);③夏熱冬冷地區(qū),建筑既要考慮夏季的隔熱和降濕,又要能適應(yīng)冬季保溫、保濕,這就要求建筑的通風(fēng)設(shè)施應(yīng)具有很強(qiáng)的可調(diào)性;④在干熱風(fēng)沙地區(qū),對(duì)風(fēng)的控制應(yīng)著眼于防風(fēng),而不是要求最好的通風(fēng)。

3.2.5 基地不利因素

(1)避免霜凍,選址時(shí)不宜布置在山谷、洼地、溝底等凹地處。

(2)避免不利風(fēng)向,在嚴(yán)寒地區(qū),規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮到封閉西北向,合理選擇封閉或半封閉周邊式布局,建立氣候防護(hù)單元體系,使建筑群達(dá)到避風(fēng)節(jié)能的目的。

(3)避免基地急風(fēng)。(4)避免風(fēng)雪堆積。

3.3 體型設(shè)計(jì)與節(jié)能

節(jié)能建筑的形態(tài)要求體型系數(shù)小,冬季日輻射得熱多,同時(shí)對(duì)避寒風(fēng)有利。具體選擇節(jié)能體型時(shí)受多種因素制約,包括當(dāng)?shù)囟練鉁亍⑷照蛰椛淞颗c照度、建筑朝向和局部風(fēng)環(huán)境狀況等等,因此體型設(shè)計(jì)需權(quán)衡建筑得熱和失熱的具體情況,優(yōu)化組合各影響因素才能確定。

3.3.1 控制體型系數(shù)

建筑物的體形系數(shù)是指建筑物接觸室外大氣的外表面積與其所包圍的體積之比。研究表明,體形系數(shù)在0.3的基礎(chǔ)上每增加0.01,能耗約增加2.5%。因此從節(jié)能的角度出發(fā),應(yīng)該將體形系數(shù)控制在一個(gè)較低的水平上。我國(guó)建筑規(guī)范規(guī)定:多層居住建筑的體型系數(shù)不能超過(guò)0.35,大于 0.35時(shí)則需要用增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻來(lái)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。

一般控制體型系數(shù)的方法有:加大建筑體量,增加長(zhǎng)度與進(jìn)深;體型變化盡可能少,盡量規(guī)整;設(shè)置合理的層數(shù)和層高;單獨(dú)的點(diǎn)式建筑盡可能少用或盡量拼接以減少外墻面。

3.3.2 風(fēng)向和體型設(shè)計(jì)

當(dāng)嚴(yán)冬的寒風(fēng)直吹建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí),可使房間的暖氣溫度大幅度下降。為了盡量減少風(fēng)壓力對(duì)房間氣溫的影響,應(yīng)使建筑物的外輪廓設(shè)計(jì)盡量避免與當(dāng)?shù)囟镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向發(fā)生正交。所以規(guī)劃朝向應(yīng)與夏季主導(dǎo)風(fēng)向形成一個(gè)角度,最好控制在 30°～60°之間。

4 可再生能源

可再生能源是指從自然界中獲得的,可以不斷再生,永久利用的非礦物能源,主要指風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能和海洋能等,它們對(duì)環(huán)境無(wú)害或危害極小,而且資源分布廣泛,適宜就地開(kāi)發(fā)利用。生態(tài)建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用可再生能源,盡量減少消耗常規(guī)能源,利用可再生能源代替常規(guī)能源的消耗。

利用太陽(yáng)能減少建筑能耗和改善建筑物理環(huán)境是生態(tài)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的主要手段。一般來(lái)說(shuō),生態(tài)建筑的太陽(yáng)能應(yīng)用主要是通過(guò)被動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)方式進(jìn)行,主要有:①直接得熱式,即利用陽(yáng)光透過(guò)窗戶照入室內(nèi)并設(shè)置一定的貯熱體,調(diào)整室內(nèi)的溫度;②對(duì)流環(huán)路式,是將建筑圍合體設(shè)計(jì)成“雙壁系統(tǒng)”,通過(guò)向陽(yáng)側(cè)開(kāi)口部分玻璃后的空氣層在太陽(yáng)能作用下形成熱循環(huán),整體性地加熱建筑外壁;③蓄熱墻式,主要由混凝土、空氣層、密閉玻璃部分組成了太陽(yáng)能“空氣加熱器”,在夜晚可以持續(xù)向室內(nèi)供熱;④附加日光間,是結(jié)合封閉南向陽(yáng)臺(tái)和頂部的露臺(tái),設(shè)置貯熱體及保溫板系統(tǒng)來(lái)利用太陽(yáng)能。在陽(yáng)光間可以種植植物,形成循環(huán)的富氧室內(nèi)空間,增加室內(nèi)空氣中的氧氣含量。

5 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程,應(yīng)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的全過(guò)程中,從建筑選址到單體設(shè)計(jì),從圍護(hù)結(jié)構(gòu)到通風(fēng)、采光、可再生能源利用等方面都應(yīng)貫徹節(jié)能技術(shù)。它涉及建筑材料、建筑設(shè)計(jì)、建筑構(gòu)造與施工、政策法規(guī)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域,需要多個(gè)行業(yè)部門(mén)協(xié)同行動(dòng)下才能實(shí)現(xiàn)。如今我國(guó)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施,一些相應(yīng)的地方法規(guī)也相繼制定,開(kāi)發(fā)商和建筑師也應(yīng)及時(shí)強(qiáng)化生態(tài)節(jié)能意識(shí),大膽創(chuàng)新,積極實(shí)踐,將生態(tài)技術(shù)和建筑節(jié)能科學(xué)運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)中,以提高能源利用率,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

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TU984.12

A

1674-6341(2010)01-0057-02

2009-09-27

劉宇衡 (1958-),男,吉林榆樹(shù)人,工程師,從事建筑工程技術(shù)管理研究。

責(zé)任編輯:尚爾輝