從環(huán)境角度看生態(tài)建筑設(shè)計(jì)——記災(zāi)后陽光小學(xué)設(shè)計(jì)

陳曉寧

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045)

1 背景

2008年5月12日，四川汶川縣發(fā)生了8.0級大地震。此次地震烈度高、破壞力大、波及范圍廣。地震破壞的不僅僅是物質(zhì)家園的喪失，更重要的是精神家園的喪失。它體現(xiàn)在人們精神世界的破壞，表現(xiàn)為安全感、歸屬感和認(rèn)同感的喪失。恢復(fù)重建工作任務(wù)艱巨，重建工作的關(guān)鍵又在于如何建造一個(gè)精神家園，而非狹義的房子。

本次設(shè)計(jì)是關(guān)于農(nóng)村陽光小學(xué)的設(shè)計(jì)。小學(xué)是小孩子成長的搖籃，是他們?nèi)松^、價(jià)值觀形成的最初階段。地震對孩子心靈上帶來的創(chuàng)傷是很難恢復(fù)的。作為地震災(zāi)區(qū)的小學(xué)校重建設(shè)計(jì)，無論作為一般建筑，還是生態(tài)建筑，筆者認(rèn)為首先是一個(gè)精神的場所的設(shè)計(jì)。

2 生長的“地域基因”

“像植物一樣，是地面上的一個(gè)基本的、和諧的要素，從屬于環(huán)境，從地里生長出來，迎著太陽?！?——賴特

地域的特性，從大的來說，包括氣候、資源、地理、生物等自然因素和社會、經(jīng)濟(jì)、歷史等人文因素;在小的環(huán)境里，包括基地的地形地貌、周邊道路、周圍建筑、環(huán)境景觀等。不同的地區(qū)，地域基因也是大相徑庭的。

位于綿陽市的這塊基地現(xiàn)狀是茫茫田野。一塊塊綠油油的麥田一直蔓延到與天相接處。郁郁蔥蔥的樹木述說著這里的平靜與安定。其間星星點(diǎn)點(diǎn)的房屋仿佛在講述人們安居樂業(yè)的愉快生活?？吹竭@樣的環(huán)境，人們仿佛忘記了這里曾經(jīng)發(fā)生的巨大災(zāi)難。那么，在這樣的環(huán)境下創(chuàng)建一個(gè)陽光小學(xué)，它應(yīng)該是以低姿態(tài)、順應(yīng)環(huán)境、融入環(huán)境的角度出現(xiàn)。它就像從這片田地里生長出來一樣，親近、自然。怎樣的形態(tài)是適合的?怎樣的空間給人的體會是放松的?大地景觀的出現(xiàn)，是對這樣一種優(yōu)美、舒展的環(huán)境的回應(yīng)，能對人們受到傷害的心靈予以撫慰。

在這里，建筑與場地是沒有明顯分界線的。建筑在場地之間，場地在建筑之中。這擴(kuò)大了小孩子玩耍的場所，學(xué)習(xí)和玩耍并沒有強(qiáng)烈的分割開，學(xué)習(xí)也在娛樂，娛樂的同時(shí)也在學(xué)習(xí)。這樣的空間組合，也提供了人們不一樣的空間享受，使人融于自然之中，“把人帶上大地，使人歸屬于大地”。

3 順應(yīng)自然的低技術(shù)策略

3.1 建筑群體的通風(fēng)節(jié)能

在總體布局中，合理布置建筑的相互關(guān)系是高效利用自然通風(fēng)的一個(gè)重要手段。在綿陽所處的夏熱冬冷地區(qū)尤為如此。綿陽夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)，為了減少夏季空調(diào)運(yùn)行所需要的能耗，保證室內(nèi)的熱舒適性，在群體空間布局上，采用了前短后長，前疏后密等方式疏導(dǎo)氣流。同時(shí)，還采取了制造小環(huán)境小氣候的方法，利用建筑形體的流動感，引導(dǎo)和加速群體內(nèi)的風(fēng)流動。

3.2 建筑朝向選擇

為了更好契合建筑與城市的關(guān)系，建筑并沒有采用正南北向，而是選擇順周邊道路與周圍建筑的走向來布置。但總體上還是以偏南北向?yàn)橹?。建筑東西兩側(cè)，尤其是西面采用草坡的手法，阻隔了西曬帶來的熱負(fù)荷。

3.3 被動式通風(fēng)技術(shù)

在低技術(shù)背景下，只有充分發(fā)揮被動式節(jié)能方法。對于綿陽地區(qū)，乃至整個(gè)南方地區(qū)，通風(fēng)的必要性占了十分重要的位置。建筑平面組合中，著重考慮了穿堂風(fēng)的組織;借助換氣扇等設(shè)備加強(qiáng)通風(fēng);借鑒傳統(tǒng)老虎窗和工業(yè)建筑天窗的原理，設(shè)立了高側(cè)窗通風(fēng)。由于綿陽與重慶都是夏季暴雨多的氣象特點(diǎn)，所以借鑒重慶北碚天奇花園的設(shè)計(jì)手法，在凸窗下開洞，解決梅雨季節(jié)通風(fēng)和夜間通風(fēng)的問題。

3.4 立體綠化系統(tǒng)隔熱保溫

將環(huán)境引入建筑，在面臨操場一面使建筑形成緩坡，人可以直接走到建筑屋頂。屋頂采用蓄水覆土種植綠化，除了能達(dá)到綠化的作用，給人感官享受外，技術(shù)上也具有十分顯著的保溫隔熱作用。種植屋面的存在，很好地阻隔了夏季屋面受到地?zé)彷椛?，對室?nèi)溫度起到調(diào)控作用;對于冬季，土壤的比熱低的特性，表現(xiàn)在能積蓄一定的熱量，保持室內(nèi)一定程度的溫暖。整個(gè)學(xué)校的綠地系統(tǒng)的存在，創(chuàng)造了一個(gè)宜人的小氣候，還城市以綠地，使人重歸自然。

4 主動式太陽能技術(shù)

4.1 墻體綠化

因?yàn)橹参锞G化生長周期的可變化性，附著在墻體上的綠化也為墻體的設(shè)計(jì)帶來了可變化的特性。實(shí)測表明，墻面綠化對降低室溫有明顯效果。

西墻和南面墻通過栽種落葉攀緣植物，如爬山虎、葡萄、五味子、紫藤等。夏季，枝葉茂盛，可以遮擋太陽輻射、冷卻空氣。冬季，葉子落下后，只剩下枝條，白天可以使墻體直接接受太陽輻射。利用攀緣植物進(jìn)行建筑物的垂直綠化，雖然可以防止陽光直射墻面，而且葉面蒸發(fā)與光合作用還會帶走或轉(zhuǎn)化一部分熱量，但同時(shí)植物也使貼近墻面的空氣滯留，阻礙微風(fēng)把靠近墻面的熱空氣吹走，從而減弱了墻體自身的散熱性能。所以應(yīng)采用構(gòu)架方式，使葉子和墻體面之間留有一定距離的空氣層，進(jìn)一步起到隔熱、通風(fēng)的作用。夏季，當(dāng)植物垂吊在構(gòu)架上時(shí)，構(gòu)架與墻面之間的間層就形成了良好的通風(fēng)井，從而加強(qiáng)墻面的散熱性能，避免了直接在壁面上進(jìn)行綠化的弊端。

4.2 可調(diào)節(jié)角度的外遮陽設(shè)計(jì)策略

可調(diào)節(jié)外百葉系統(tǒng)作為一種外遮陽保溫系統(tǒng)，完全能起到夏季阻擋太陽輻射熱、冬季提高保溫性能的作用，且不會遮擋視線，具有其它活動遮陽方式不可替代的優(yōu)點(diǎn)，是適應(yīng)夏熱冬冷地區(qū)氣候的窗設(shè)計(jì)手法。在夏天，一方面，外遮陽阻止了大部分輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度在正午可以比無遮陽方式降低，大大減少了室內(nèi)制冷能耗;另一方面，它使室內(nèi)形成較均勻分布的溫度場，更有利于滿足人們對舒適度的要求。冬季，窗在建筑節(jié)能中的作用比較特殊:白天，它將大量的太陽輻射能引入室內(nèi)，減少采暖負(fù)荷;夜晚，傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于墻體的窗又成為冷橋，加大了建筑的熱損失。而百葉外遮陽形式可利用可調(diào)節(jié)百葉，在它和窗之間形成一個(gè)相對封閉的空氣間層，作為溫度緩沖層，在冬季成為窗的保溫設(shè)施。

窗外設(shè)置可整體折疊收起的活動式遮陽板，水平折疊、向上折疊或者頂部收納式折疊也有較好的氣候適應(yīng)性，有利于減少建筑冬、夏季節(jié)的能耗。并豐富立面造型。窗外設(shè)置可滑動的整體遮陽，在夏季整體遮陽板滑動到玻璃上方以阻擋太陽的直接輻射，在冬季則滑開，使太陽輻射能透過玻璃射入室內(nèi)，改善室內(nèi)的光熱環(huán)境。

4.3 雙層皮構(gòu)造

雙層皮在使用玻璃幕墻的公共建筑運(yùn)用很多。其基本模型是在空腔中設(shè)置可調(diào)節(jié)百頁遮陽，同時(shí)內(nèi)外層玻璃都要設(shè)置可開啟通風(fēng)口。且內(nèi)層使用雙層玻璃，經(jīng)濟(jì)條件允許的話可以在外low－e鍍膜，外層用鋼化玻璃，保護(hù)內(nèi)部遮陽百葉;內(nèi)部的百葉也可以用卷簾、窗簾等代替，但是百葉的效果最好。在夏季白天，遮陽百頁閉合阻擋太陽直接輻射，同時(shí)通風(fēng)口打開，利用自然通風(fēng)降低空腔中百葉的熱量;在夏季夜晚，百頁轉(zhuǎn)動打開，以利于室內(nèi)的冷輻射帶走熱量;在冬季白天，空腔內(nèi)百頁轉(zhuǎn)動打開使得太陽輻射能透過建筑采光頂射入室內(nèi)，改善室內(nèi)的光熱環(huán)境，同時(shí)通風(fēng)口閉合使空腔內(nèi)形成密閉空氣隔離層，增加窗戶保溫性能;在冬季夜晚，百頁閉合，以減小室內(nèi)冷輻射帶來的熱量散失。

4.4 頂窗采光

對于教學(xué)類建筑，教室內(nèi)的采光是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的側(cè)窗采光，雖然能獲得良好的建筑立面效果，但是室內(nèi)照度不均勻，靠近窗口的區(qū)域照度過大，而靠近教室門的部分卻又沒有足夠的照度，因此只能利用人工照明來進(jìn)行補(bǔ)充。

頂窗采光的方式，利用陽光本身的入射角和漫反射的原理，能夠減少直射，避免眩光的產(chǎn)生，并使整個(gè)教室獲得更加均勻的照度，從而降低人工照明的使用，無形中又起到了節(jié)約能源的效果。

從冬季太陽能利用的角度看，若屋頂能結(jié)合天窗設(shè)計(jì)，則接受太陽輻射熱的效果更好，可以直接到達(dá)房間深處。但是一定要考慮到變化的遮陽措施。突出屋面的天窗，可以在不增加建筑面積的情況下在空間的最高處增加空間容積，形成“蓄熱倉”，有利于減緩室內(nèi)部分空氣的升溫。

4.5 廚房余熱回收利用

宿舍樓位于廚房上。這有利于宿舍利用廚房余熱，可提供宿舍的熱水供應(yīng)，冬季還可以提供宿舍房間的地暖，節(jié)約能耗。進(jìn)一步開發(fā)熱水/冷風(fēng)兩用型熱泵裝置，不僅可以提供廚房降溫所需冷風(fēng)，而且可以增加制取的熱水量。

工作過程如下:廚房排氣經(jīng)抽油煙機(jī)強(qiáng)制送入煙道，先經(jīng)濾油器過濾后再經(jīng)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器與其內(nèi)制冷劑進(jìn)行換熱，制冷劑蒸發(fā)而煙氣溫度降低后被排出室外;蒸發(fā)的制冷劑蒸氣由壓縮機(jī)吸入，壓縮后排入水冷冷凝器與自來水進(jìn)行換熱，制冷劑被冷凝經(jīng)節(jié)流降壓后又被送入蒸發(fā)器去吸收廚房排氣的廢熱而蒸發(fā);自來水經(jīng)過水冷冷凝器升溫后送入保溫水箱，并且通過改變閥門的開度調(diào)節(jié)熱水流量進(jìn)而控制水溫(熱泵工況也可隨之調(diào)整)，使之滿足日常生活需要。

5 設(shè)計(jì)啟示

在地震災(zāi)區(qū)的重建工作進(jìn)程中，任務(wù)量是巨大的，責(zé)任是沉重的。設(shè)計(jì)者應(yīng)該為還存活的人提供自己力所能及的幫助。重建，并不意味著修建一個(gè)可以居住的場所而已，關(guān)懷在于每個(gè)人心，從環(huán)境的角度，從撫慰人心的角度，認(rèn)真思考每一棟建筑，每一個(gè)空間，是建筑設(shè)計(jì)者應(yīng)盡的責(zé)任與義務(wù)。從環(huán)境的角度思考生態(tài)建筑，也是基于建筑本身應(yīng)該的屬性的考慮。

［1］孫喆.夏熱冬冷地區(qū)多層住宅被動式太陽能設(shè)計(jì)策略研究［D］.華中科技大學(xué)，2005

［2］陳曉揚(yáng).回應(yīng)氣候的地方建筑技術(shù)［J］.新建筑，2006(6):106－109

［3］錢鋒，魏崴，曲翠松.同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓改造工程－歷史保護(hù)建筑的生態(tài)節(jié)能更新［J］.時(shí)代建筑，2008(2):56－62

［4］陳觀生，史保新，吳桂炎.廚房余熱回收熱泵的試驗(yàn)研究［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(3):52－55