略談適宜生態(tài)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

周燕來

(湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖南湘潭411104)

自古以來，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)生活實(shí)踐中，廣大勞動(dòng)人民對(duì)于樸素的生態(tài)思想已有了一個(gè)深刻的認(rèn)知過程。于是，在建筑營(yíng)造活動(dòng)中，人們巧妙地將各種生態(tài)技術(shù)運(yùn)用其中。自然通風(fēng)與采光、建筑遮陽(yáng)、屋頂綠化是比較常用的技術(shù)手段。此外，傳統(tǒng)建筑材料在現(xiàn)代建筑材料出現(xiàn)以前也一直是建筑師青睞的對(duì)象。采用這些適宜的生態(tài)技術(shù)，在達(dá)到節(jié)能效果的同時(shí)，不但其投入成本遠(yuǎn)低于照明、空調(diào)等現(xiàn)代高科技，也使傳統(tǒng)技術(shù)中的優(yōu)秀元素得以保留與傳承。生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家舒馬赫曾提出“適當(dāng)技術(shù)的原則”，即盡量采用符合當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)、設(shè)備、材料、勞動(dòng)水準(zhǔn)的技術(shù)。我國(guó)廣大農(nóng)村建筑面積巨大，建筑設(shè)計(jì)大部分還處于無政府狀態(tài)，更沒有普遍推廣建筑節(jié)能技術(shù)。經(jīng)濟(jì)條件的限制，使生態(tài)低技術(shù)仍然是我國(guó)農(nóng)村建筑設(shè)計(jì)的主流，因此積極發(fā)展各類適宜生態(tài)技術(shù)無論對(duì)于我國(guó)城市，還是廣大農(nóng)村都具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。以下對(duì)其分別予以論述。

1 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是一種古老的生態(tài)思想。在空調(diào)出現(xiàn)以前，它一直在建筑中發(fā)揮著巨大的作用。后來由于空調(diào)設(shè)備的出現(xiàn)，人們一度忽視了它的存在。在大氣污染越來越嚴(yán)重，能源越來越短缺的今天，人們開始重新審視它的價(jià)值。自然通風(fēng)就是不利用機(jī)械設(shè)備或者以機(jī)械設(shè)備作為輔助手段來達(dá)到通風(fēng)目的的一種建筑技術(shù)。在我國(guó)傳統(tǒng)民居中，經(jīng)常提到的“穿堂風(fēng)”，就是人們巧妙利用自然通風(fēng)的結(jié)果。自然通風(fēng)有三種方式:其一是風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng);其二是熱壓作用下的自然通風(fēng);第三是風(fēng)壓與熱壓共同作用下的自然通風(fēng)。在不同的氣候條件中，人們可以選擇不同的通風(fēng)方式。眾所周知，阿拉伯沙漠中的“煙囪效應(yīng)”就是人們利用熱壓作用達(dá)到自然通風(fēng)的結(jié)果。在炎熱的沙漠氣候中，煙囪頂部的空氣被加熱后不斷散發(fā)到大氣中，需要下部源源不斷的新鮮空氣來補(bǔ)充，于是氣流便形成了自下而上的循環(huán)流動(dòng)。室內(nèi)的熱量被不斷帶到室外，給人們提供了一個(gè)相對(duì)舒適的熱環(huán)境。在許多建筑大師的作品中，自然通風(fēng)的運(yùn)用也非常獨(dú)到。印度建筑師柯里亞設(shè)計(jì)的“管式住宅”，就以良好的自然通風(fēng)和靈活的空間布局一度成為低收入住宅設(shè)計(jì)中的典范。圖1為管式住宅通風(fēng)剖面圖。在夜晚，自然風(fēng)通過起居室的百葉窗口進(jìn)入室內(nèi)，而后順應(yīng)坡屋面緩緩上升，與外界進(jìn)入的空氣進(jìn)行熱交換之后，部分氣體排出室內(nèi)。這樣的氣體流動(dòng)持續(xù)進(jìn)行就形成了自然通風(fēng)，它滿足了住宅中的人們生活、學(xué)習(xí)等各種日?；顒?dòng)的需要。在印度炎熱的氣候條件下，人們無需花費(fèi)多余的費(fèi)用，就有效解決了室內(nèi)通風(fēng)問題。該作品體現(xiàn)了柯里亞對(duì)于自然氣候條件的深刻理解和靈活運(yùn)用，對(duì)于建筑創(chuàng)作具有一定的借鑒意義。在我國(guó)藏式民居中，自然通風(fēng)的運(yùn)用充滿智慧。拉薩屬于嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ员貫橹?，大多?shù)建筑墻體敦實(shí)厚重。但由于室內(nèi)熱舒適性的需要，適當(dāng)?shù)耐L(fēng)換氣也是必須的。除了通過門窗縫隙與室外進(jìn)行自然換氣外，在外墻的適當(dāng)部位藏族同胞設(shè)置了一道道墻縫。這種墻縫一般設(shè)置在底層為倉(cāng)庫(kù)的輔助用房的外立面(圖2a)，把手放在墻縫處可感覺到有緩緩的氣流通過。由于藏式建筑底層外墻厚達(dá)800～900mm，所以墻縫對(duì)應(yīng)的外墻內(nèi)側(cè)不是一道縫，而是一個(gè)多邊形的喇叭狀窗口(圖2b)。室內(nèi)熱空氣在喇叭口的引導(dǎo)下，經(jīng)過墻縫排出室外，而室外的墻縫很窄，外部的寒冷氣流又不致于迅速涌入室內(nèi)。通過這樣的方式，補(bǔ)充了房間的自然通風(fēng)量，有效地解決了通風(fēng)問題。自然通風(fēng)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用正逐步受到重視。隨著可持續(xù)發(fā)展思想的深入人心，這種傳統(tǒng)的建筑技術(shù)必將重新煥發(fā)光彩。

圖1 管式住宅通風(fēng)剖面圖(圖片來源:汪芳．查爾斯·柯里亞．中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003年)

圖2 藏式民居中的通風(fēng)窗

2 自然采光

自然采光是建筑物最好的采光方式之一，它不僅替代部分人工照明而節(jié)約了大量常規(guī)能源，還為人們提供了一個(gè)健康、高效的工作環(huán)境。白天，除了一些比較特殊的房間，如大進(jìn)深的火車站候車廳可能需要借助人工光源外，大多數(shù)房間可通過建筑外立面門窗洞口實(shí)現(xiàn)自然采光。在窯洞建筑中，人們則利用樸素的鏡面反射原理將自然光引入室內(nèi)?？可礁G是窯洞建筑的一種，由于窯洞多面靠山，所以靠山部分的房間采光受到影響。由西安建筑科技大學(xué)改造的窯洞是將建筑的靠山部位開挖天井。通過天井采光，圍繞天井的房間都可以享受一定的自然光。但是由于窯洞為兩層，底層的采光必然受到影響。為了更充分地發(fā)揮天井的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)師在屋頂天井處設(shè)置了平面鏡，在對(duì)應(yīng)的底層則設(shè)置了另一面平面鏡。屋頂處的鏡面將光和景引入其中，并反射到底層的鏡面中，底層的鏡面再將鏡面影像引入人的視線范圍。通過一系列鏡面反射，自然光和室外景色被引入室內(nèi)，滿足了人們接近自然的心理，為人們的生活增添了愉快的情節(jié)(如圖3)。

圖3 窯洞建筑引光引景系統(tǒng)(圖片來源:建筑學(xué)報(bào)2006年10期)

3 建筑遮陽(yáng)

在夏熱地區(qū)，遮陽(yáng)對(duì)降低建筑能耗、提高室內(nèi)居住舒適性有顯著的效果，因此建筑遮陽(yáng)技術(shù)在新建建筑中運(yùn)用廣泛。根據(jù)不同分類標(biāo)準(zhǔn)，建筑遮陽(yáng)有多種形式。按照遮陽(yáng)構(gòu)件的位置分，建筑遮陽(yáng)可分為內(nèi)遮陽(yáng)和外遮陽(yáng)兩種;根據(jù)遮陽(yáng)構(gòu)件的材料可分為窗簾遮陽(yáng)、鋁板遮陽(yáng)、張拉膜遮陽(yáng)等多頂部為玻璃采光頂(如圖5)。成都夏季炎熱，如果玻璃天窗沒有遮陽(yáng)措施，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈的時(shí)候，由于玻璃“透短阻長(zhǎng)”的特性，大量輻射熱將通過天窗直接進(jìn)入室內(nèi)，酷熱難擋。因此在玻璃頂棚下，設(shè)計(jì)師設(shè)置了鋁合金內(nèi)遮陽(yáng)百葉，遮陽(yáng)百葉控制了進(jìn)光量，也有效阻擋了部分太陽(yáng)輻射熱，即使在夏天，大廳室內(nèi)也會(huì)感覺比較舒適。

圖4 川大某教學(xué)樓遮陽(yáng)板

圖5 川大某教學(xué)樓玻璃采光頂

4 屋頂綠化

在日常生活中，培育綠化既能親近自然，也能美化環(huán)境，改善微氣候，保持水土。“生態(tài)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn):都市環(huán)境在綠覆率20%以上時(shí)，野生鳥類的數(shù)量才有明顯增加的趨勢(shì)，同時(shí)當(dāng)都市保有1/3到1/4的綠地時(shí)，才能保有良好的雨水涵養(yǎng)與氣候調(diào)節(jié)之功能。綠色植物能吸收60%～80%的光能和90%的輻射能，綠化的作用可降低平均氣溫1～3℃，最高氣溫 3 ～5℃ 。［1］”

成都是屋頂綠化生機(jī)勃勃的一個(gè)城市，許多住宅和公共建筑的屋頂上都點(diǎn)綴了綠化。綠意盎然能讓人心情愉悅，同時(shí)居家環(huán)境和街道景觀得到有效的改善。追溯屋頂花園的發(fā)展歷史可以上溯到2 000多年前的古巴比倫“空中花園”，它被世人列為“古代世界七大奇跡”之一。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開始研究屋頂綠化的建造技術(shù)。為了改善城市生態(tài)環(huán)境，增加城鎮(zhèn)的人均綠地面積，屋頂綠化工程正逐步進(jìn)入種形式;而依據(jù)遮陽(yáng)構(gòu)件的活動(dòng)方式則可分為固定式遮陽(yáng)和活動(dòng)式遮陽(yáng)。根據(jù)不同的需要，人們可以選擇適宜的遮陽(yáng)形式。建筑遮陽(yáng)構(gòu)件不但可以遮擋太陽(yáng)輻射熱，還可以美化建筑立面。賦有一定形式美的遮陽(yáng)構(gòu)件有規(guī)律地構(gòu)圖，往往可以創(chuàng)造出極有韻律感的生動(dòng)的建筑形象。圖4為川大新校區(qū)某教學(xué)樓室內(nèi)，傾斜的蜂窩狀鋁板形成了有機(jī)的遮陽(yáng)系統(tǒng)，一部分光線通過小孔濾過，而大部分被擋在了室外，巧妙地解決了教室的夏季遮陽(yáng)問題。此外，該教學(xué)樓的入口門廳城市的建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造范圍。

屋面覆蓋植被不僅綠化了環(huán)境，也能減少熱量對(duì)內(nèi)部的輻射作用，同時(shí)吸收太陽(yáng)熱能用于植物的生理活動(dòng)，改善了建筑熱環(huán)境和空氣質(zhì)量，也實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)熱能資源性的轉(zhuǎn)化。屋頂綠化使原本脆弱的屋頂表層結(jié)構(gòu)在氣候方面也得到了很好的保護(hù)，同時(shí)屋頂結(jié)構(gòu)的壽命也隨之延長(zhǎng)。通常種植屋面鋼筋混凝土屋面板溫度控制在當(dāng)月平均溫度上下，具有良好的保溫隔熱特性和熱穩(wěn)定性。四川省建科院對(duì)有無種植層的熱工實(shí)測(cè)表明，在相同條件下，無種植層的內(nèi)外表面最高溫度分別為32.2℃和61.6℃，而蛭石種植層內(nèi)外表面最高溫度分別為30.2℃和29.0℃。兩者橫向比較，內(nèi)表面最高溫度的差值為2.0℃，外表面最高溫度的差值達(dá)到32.6℃?？梢姺N植屋面與普通屋面相比，抗熱擾動(dòng)的能力很強(qiáng)。如圖6所示，上海南站南廣場(chǎng)綠地恰好是主站房地下層的屋頂部分。大面積的種植土覆蓋了屋面，放眼望去，滿眼綠意，既美化了環(huán)境，又涵養(yǎng)了水土，為旅客提供了一個(gè)舒展心情的空間。屋頂綠化以其經(jīng)濟(jì)性，已在許多城市大力推廣，同時(shí)屋頂綠化也賦予了建筑個(gè)性化的特征。

圖6 上海南站地下室屋頂綠化

圖7 打阿嘎土

5 傳統(tǒng)建材的運(yùn)用

建筑地域特色消融，千城一面是現(xiàn)代建筑面臨的一大災(zāi)難。對(duì)于遠(yuǎn)離現(xiàn)代文明之快節(jié)奏的拉薩，這里的部分傳統(tǒng)建筑正得到有效的保護(hù)。在這里，傳統(tǒng)的建筑材料在民居中得以延續(xù)使用，建筑的地域特色也得以保留。對(duì)于傳統(tǒng)建筑材料，在不同的地區(qū)種類不盡相同，這些材料也構(gòu)筑出千姿百態(tài)的建筑形象。傳統(tǒng)建材大致有石材、木料、土壤以及竹子、稻草等等。就地取材，可回收利用率高;節(jié)約資源，減少污染，保護(hù)環(huán)境，是傳統(tǒng)建材的優(yōu)勢(shì)所在。

在拉薩傳統(tǒng)建筑中，傳統(tǒng)材料運(yùn)用非常之多，小到一個(gè)建筑裝飾構(gòu)件，大到梁柱、屋面。冬春氣候干燥而多風(fēng)、高地震、晝夜溫差大的氣候特征使當(dāng)?shù)氐慕ㄖ误w厚重、敦實(shí)。這里的傳統(tǒng)建材有毛石、泥土、阿嘎土、木材等等。毛石與土多用來砌筑墻體。大小石塊上下錯(cuò)位而饒有韻律的砌筑，密密實(shí)實(shí)，砌工精美，讓人嘖嘖稱贊的同時(shí)也想到此種工藝的另一個(gè)作用是可以提高建筑的抗震性能。木材多用于作梁、柱、頂棚以及門窗及墻上的木構(gòu)件與木裝飾、扶手欄桿等。一般的石材則用于頂棚，或者置放于門窗上的木構(gòu)件之上用于抵擋雨水，保護(hù)木構(gòu)件。阿嘎土則多用于屋面，借助榆樹皮膠和桐油，經(jīng)過反復(fù)拍打密實(shí)后，可達(dá)到防水的效果。圖7為一群婦女在打阿嘎土。邊瑪墻是西藏特有的裝飾，也是尊貴建筑物的標(biāo)志，只用在寺廟、達(dá)賴、班禪等大活佛實(shí)用的建筑及收藏了丹珠爾和甘珠爾兩部佛教經(jīng)典的貴族莊園中才能享有。它的材料是當(dāng)?shù)氐囊环N怪柳樹皮。用細(xì)牛皮繩將樹皮捆扎，用錘子將其擊入墻內(nèi)，占到墻體厚度的一半，最后在其表面涂上自制的紅膠泥，就形成了我們所看到的紅色的堅(jiān)硬的邊瑪墻(圖8)。由此可見，在傳統(tǒng)藏式建筑中，傳統(tǒng)材料不但運(yùn)用廣泛，而且各盡其能，每一種材料在能工巧匠們的手中都能發(fā)揮得恰到好處，利用這些材料砌筑成的建筑也與它們生長(zhǎng)的這塊土地水乳交融，密不可分。

圖8 邊瑪墻

圖9 東西伯利亞地區(qū)的梅索瓦亞木制火車站(圖片來源:www．a(chǎn)bbs．com)

在大型公共建筑中，雖然傳統(tǒng)建筑材料中的土壤類材料不能用作圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體材料，但是這些材料所產(chǎn)生的肌理、色澤形成了豐富的建筑語匯，可以作為設(shè)計(jì)的一種借鑒巧妙地運(yùn)用于建筑創(chuàng)作中。利用現(xiàn)代材料制作出類似于傳統(tǒng)建材感觀的效果，可以突出建筑的地域性特色。同時(shí)，建筑材料中的木材以及竹類材料具有良好的物理性能，可直接用于建筑主體結(jié)構(gòu)材料或者裝飾材料。通過對(duì)它們進(jìn)行深加工，也可制作各種裝飾板材，目前運(yùn)用已非常廣泛。在蘇州火車站和拉薩火車站中，木材在建筑界面中的運(yùn)用非常之多。木材與竹子等傳統(tǒng)建筑材料能傳達(dá)出溫暖舒適的建筑語言，是人性化設(shè)計(jì)的再度回歸。同時(shí)材料本身節(jié)能環(huán)保的特性對(duì)現(xiàn)代建筑材料是一種有益的補(bǔ)充。在國(guó)外有專門的木制火車站，如俄羅斯的東西伯利亞地區(qū)梅索瓦亞火車站(圖9)。鑒于此，在現(xiàn)代建筑中，傳統(tǒng)建筑材料仍然有廣闊的發(fā)展前景。

綜上所述，在建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用適宜的生態(tài)技術(shù)，可以使建筑在使用階段最大限度地降低能耗、節(jié)約資源，從而創(chuàng)造綠色與生態(tài)的人居環(huán)境空間。在建筑創(chuàng)作活動(dòng)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)采用適宜生態(tài)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏。

［1］ 林憲德．綠色建筑［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

［2］ 汪芳．查爾斯·柯里亞［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

［3］ 周燕來．夏熱冬冷地區(qū)大中型鐵路客站站房建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2008

［4］ 付祥釗．夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

［5］ 褚智勇．建筑設(shè)計(jì)的材料語言［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2006