生態(tài)建筑設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐研究

劉立群， 陶國平， 王 鉞* ， 闕 怡， 劉 瓊， 何雨洋， 平 凱

(1.山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 規(guī)劃二所，山西 太原030001;2.西南石油大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，四川 成都610500)

生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)思想起源于上世紀(jì)，當(dāng)時(shí)各地區(qū)的環(huán)境污染嚴(yán)重，全球性的生態(tài)環(huán)境惡化此起彼伏，這自然而然地引起了不少業(yè)內(nèi)人士的反思，生態(tài)建筑這一概念也因此孕育而生. 生態(tài)建筑是一種人和自然和諧相處的新理念設(shè)計(jì).

目的是為了滿足功能和空間的需求，實(shí)現(xiàn)資源集約化，減少對環(huán)境的污染. 生態(tài)建設(shè)強(qiáng)調(diào)對資源和環(huán)境的重視，強(qiáng)調(diào)在建筑的整個(gè)生命周期中，減少對資源和能源的消耗，減少對環(huán)境的污染［1，2］.建設(shè)健康、舒適的居住環(huán)境.

1 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的原則

1.1 能源節(jié)約性原則

生態(tài)建筑最重要的一個(gè)原則就是能源節(jié)約性原則，即對能源、資源的最大限度地節(jié)約，爭取對資源進(jìn)行循環(huán)利用［3］. 通過對建筑材料的使用，使建筑材料的可降解、可再生成為可能，確保建筑材料的安全可靠性，創(chuàng)造一個(gè)舒適、健康的居住環(huán)境(見圖1).

圖1 這種能源節(jié)約型設(shè)計(jì)方案總共可以節(jié)省22%的能量消耗Fig.1 This energy-saving design plans can save 22% of total energy consumption

1.2 整體性原則

生態(tài)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮整體性因素，綜合考慮自然、文化以及經(jīng)濟(jì)的因素，根據(jù)當(dāng)?shù)靥厣?，綜合各方面因素，設(shè)計(jì)出整體性強(qiáng)的生態(tài)建筑.

1.3 一切從實(shí)際出發(fā)原則

生態(tài)建筑應(yīng)注重因地制宜，從實(shí)際考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)，杜絕盲目的復(fù)制. 我國許多人盲目地追崇西方建筑風(fēng)格，照搬西方建筑模式. 其實(shí)我國建筑和西方建筑的差異很大，各有其特點(diǎn). 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該注意地域特色圍繞當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等條件，充分利用自然環(huán)境，設(shè)計(jì)符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的生態(tài)建筑.

1.4 以人為本原則

建筑設(shè)計(jì)中最需要考慮的因素便是人，以人為本，必須考慮到人在居住環(huán)境中的感受，提高居民的生活質(zhì)量，建成健康、舒適的生態(tài)建筑. 以往附帶太陽能功能的建筑設(shè)計(jì)，大部分是服務(wù)于較貧困落后地區(qū)，由于其設(shè)計(jì)的熱舒適性較差，沒有較好地做到以人為本.久而久之，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，這種簡單的生態(tài)建筑必將制約其發(fā)展.

1.5 生態(tài)和諧性原則

建設(shè)生態(tài)建筑，還有很重要的一點(diǎn)就是保證生態(tài)和諧［4］.也就是說，要注重建筑物與周圍自然的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)人與自然之間的和諧. 這些可以通過對大自然植物的多樣性進(jìn)行保護(hù)和利用得以體現(xiàn)，減少對天然水資源和植被的污染，從而提升建筑環(huán)境質(zhì)量.

2 生態(tài)建筑案例分析

2.1 臺灣水滴塔

臺灣水滴塔的最大特點(diǎn)在于其對資源的合理利用，其中水滴是最基本的設(shè)計(jì)元素. 臺灣水滴塔通過生產(chǎn)水藻，又以水藻作為魚的食料，同時(shí)又可以用來造紙，甚至用作生物燃料. 臺灣水滴塔總共擁有10 888 m2左右的水藻面，這些水藻面每年生產(chǎn)出的能量相當(dāng)于3 266 400 L 多石油的能量，從而形成了一個(gè)能量可再生的自然工廠.

臺灣水滴塔反應(yīng)出的是臺灣人民的生命活力，企業(yè)蓬勃向上的朝氣(見圖2). 各式各樣的人工林和植被以塔液滴形式進(jìn)行分布，藻類和水源是塔內(nèi)魚類生活的來源，同時(shí)藻類也是生物燃料動力的源泉，也為臺灣空氣中的二氧化碳濃度進(jìn)行天然的過濾和調(diào)節(jié).

從遠(yuǎn)處觀看臺灣水滴塔，美不勝收，同時(shí)以塔為基點(diǎn)，遙望四周，景色更是無與倫比，在塔頂望去，可俯瞰遠(yuǎn)處山丘起伏之美;在塔中間層望去，置身于水生植物的世界中，可讓人們零距離地觀察植物的生長;處于塔低層觀察，那便是鳥舍和魚池的天堂.

圖2 蓬勃向上的臺灣水滴塔Fig.2 The vigorous droplets tower of Taiwan

2.2 新加坡展覽塔樓

新加坡展覽塔樓［5］空間搭配和諧，其所設(shè)置的居住面積正好是綠色面積的兩倍，對建筑周邊建筑物中植物習(xí)性的觀察是新加坡展覽塔樓設(shè)計(jì)中非常重要的一點(diǎn)，在這樣的設(shè)計(jì)條件下使周圍植物與建筑和諧共存，同時(shí)與大自然完美而統(tǒng)一地結(jié)合在一起.新加坡展覽塔樓的綠色空間在設(shè)計(jì)時(shí)從底層到屋頂一直延伸，與大自然有機(jī)結(jié)合. 在這種設(shè)計(jì)條件下，加強(qiáng)了平面空間和垂直空間的聯(lián)系，同時(shí)強(qiáng)化了人文設(shè)計(jì)和周圍大自然的結(jié)合(見圖3).

圖3 新加坡展覽塔樓Fig.3 Singapore Exhibition Tower

整座展覽塔的設(shè)計(jì)新穎，其中貫穿了許多新的構(gòu)思和環(huán)境的處理手法. 從大自然中挑選了適宜的植物與建筑相結(jié)合，建成了新的生態(tài)系統(tǒng)，大自然的綠色植物從街口一直攀沿到屋頂，使整個(gè)縱向空間都生氣勃勃，充滿大自然的氣息.

新加坡展覽塔樓周邊的氣候通過種植植物進(jìn)行調(diào)節(jié)，充分利用遮陽板和風(fēng)墻，通過使其活動來把外界的空氣引入室內(nèi)，降低空調(diào)的能源消耗. 同時(shí)通過太陽能光電系統(tǒng)減少對電能的利用.

在設(shè)計(jì)新加坡展覽塔樓的同時(shí)，充分考慮了其潛在的生命周期，保證在一定的時(shí)間內(nèi)健康安全地利用其各項(xiàng)用途，同時(shí)其所用的材料亦可以方便快捷地進(jìn)行更換.

考慮到新加坡自身的供水能力不足，需要依靠周邊國家的供水支持，而新加坡展覽塔樓的設(shè)計(jì)充分考慮了這一要點(diǎn)，通過其塔內(nèi)雨水收集裝飾與內(nèi)置水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可大大提高自我供水能力.在此同時(shí)，新加坡展覽塔樓還充分利用了太陽能資源，通過安裝太陽電池板，能夠應(yīng)對40%的自我能源供給需求. 另外，新加坡展覽塔樓設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到了污水的回收利用問題，通過其內(nèi)置的污水儲存器設(shè)備對污水進(jìn)行分流處理，流至地下后再進(jìn)行凈化處理.新加坡展覽塔樓通過通風(fēng)設(shè)施與天花風(fēng)扇裝置加大了塔內(nèi)外的空氣流動，保證了人與大自然的親密聯(lián)系，同時(shí)還減少對空調(diào)的使用，節(jié)約能源.

3 生態(tài)建筑的材料

生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)核心是建筑材料，利用取自大自然，在原料采取、制造、利用以及廢料處理等階段都對自然破壞小并且有利于人類的身體健康的生態(tài)材料來設(shè)計(jì)生態(tài)建筑.

3.1 生態(tài)建筑材料的種類

1)節(jié)能型生態(tài)建材指那種節(jié)約能源，減少能源消耗的建筑材料;2)針對部分生態(tài)建材可以提供特殊功能，通過調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度、氣流、輻射等因素，影響室內(nèi)環(huán)境;3)指在家居環(huán)境中可以給人以安全舒適感覺的建筑材料，具有除味，調(diào)節(jié)濕度，隔熱吸音等功能，給人以安全舒適的家居感覺;4)部分建材在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)還有助于提升人的身體健康，有助于人類生活的新陳代謝，有利于人的身心健康;5)指的是那種對環(huán)境無污染、可以循環(huán)再生的生態(tài)建材材料，并且還可以對材料使用后所剩的垃圾進(jìn)行有機(jī)處理，做成植物的有機(jī)肥料進(jìn)行循環(huán)再利用，減少對資源的消耗［6］.

3.2 生態(tài)建筑材料的特征

生態(tài)建材相比傳統(tǒng)建材特征［7］如下:

1)生態(tài)建材的取料大多使用尾渣、垃圾等廢棄物，盡可能少用自然資源;2)生態(tài)建材的制造工藝更先進(jìn)，與傳統(tǒng)建材相比能耗更低、污染更少;3)生態(tài)建材在制造過程中基本杜絕了對甲醛等有害化學(xué)品的使用，盡量采用有利于人類身體健康的原料加工處理;4)生態(tài)建材設(shè)計(jì)的宗旨是改善人和自然的相處環(huán)境、提高生活質(zhì)量，有助于提升人類的身體健康，改善環(huán)境;5)生態(tài)建材可循環(huán)利用，沒有產(chǎn)生對自然有污染的廢棄物.

4 生態(tài)建筑中的節(jié)能技術(shù)

在建筑設(shè)計(jì)中加入節(jié)能是近年來建筑發(fā)展的趨勢，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們對可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識也逐步加深，提高能源的利用效率已成為當(dāng)今世界建筑節(jié)能研究的主流方向［8］.

4.1 選址不同對建筑的節(jié)能約束

一般情況下通風(fēng)、遮陽以及日照是建筑選址必須考慮的3個(gè)要素. 通風(fēng)對建筑室內(nèi)熱環(huán)境影響明顯，在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮通風(fēng)這一要素，充分利用自然通風(fēng)來維持室內(nèi)溫度;遮陽是生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中必須要考慮的一環(huán). 遮陽的方式有很多，例如綠化遮陽、建筑自遮陽、地貌遮陽等方式;采光是建筑必須要滿足的一項(xiàng)指標(biāo)，為滿足冬季采光的要求，最經(jīng)濟(jì)、最合理的有效的方法就是充分利用太陽能，充分考慮地區(qū)的氣候、日照、地形以及建筑前后的遮擋情況等因素，通過調(diào)整建筑的外形、窗口位置及大小以及有無遮陽等方式來滿足日照.

4. 2 體型不同節(jié)能不同

制約建筑的節(jié)能體型因素有很多，氣溫差異、太陽輻射以及建筑朝向都影響建筑體型的設(shè)計(jì).

4. 3 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

氣候條件的不同對建筑內(nèi)外的傳熱性能效果也是不同的，隨著經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，人們對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能效果的需求越來越高. 往往改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能的最主要的方法是使用保溫隔熱性更好的節(jié)能型材料，其次才是通過改變建筑節(jié)能構(gòu)造來提高效率.

4. 4 生態(tài)建筑的天然采光

建筑采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往需要綜合考慮建筑的高度、朝向、窗戶位置以及氣溫，才有不同的天然采光技術(shù)方法來應(yīng)對不同環(huán)境下的建筑物，設(shè)計(jì)出順應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件的生態(tài)建筑.

4. 5 生態(tài)建筑的自然通風(fēng)技術(shù)

建筑物的自然通風(fēng)已在建筑中得到廣泛的應(yīng)用，它是一種傳統(tǒng)的建筑防熱技術(shù). 自然通風(fēng)技術(shù)一般利用風(fēng)壓、熱壓、風(fēng)壓和熱壓相結(jié)合以及機(jī)械輔助幾種方式實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，節(jié)約能源.

4. 6 生態(tài)建筑對再生能源的利用.

可再生能源一般對大自然的污染小，并且其分存廣泛.通過可再生資源替代常規(guī)資源，能起到減少能源消耗的特點(diǎn).

在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中太陽能應(yīng)用是建筑設(shè)計(jì)的主要手段:1)地?zé)崮茏鳛橐环N蘊(yùn)藏豐富的自然資源，在建筑中的應(yīng)用廣泛，通過一定技術(shù)，變成既可供暖又可供熱并且又可再生的新型能源;2)風(fēng)能是一種無污染、可再生的能源，其未來的發(fā)展?jié)摿薮?，但風(fēng)能和其他能源相比不穩(wěn)定，利用效果不明顯.

5 總 結(jié)

通過以上分析，作者發(fā)現(xiàn)發(fā)展生態(tài)建筑已經(jīng)成為當(dāng)今社會發(fā)展的主題，同時(shí)也是順應(yīng)建筑全球化潮流，提升人居環(huán)境健康性和舒適性的迫切需要，為發(fā)展生態(tài)建筑，必須不斷轉(zhuǎn)變建筑在設(shè)計(jì)和建設(shè)方面的思維方式，逐步緩解資源緊缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀.在建筑材料和節(jié)能設(shè)計(jì)方面不斷突破，努力創(chuàng)新，建設(shè)人和自然和諧相處、互利共存的新型生態(tài)建筑.

［1］王忠孝. 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)探討［J］. 科技與企業(yè)，2013，(10):143.

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