基于生態(tài)氣候的建筑設(shè)計策略探討

陳成發(fā)

【摘 要】生態(tài)氣候設(shè)計采用適宜技術(shù)，呈現(xiàn)地域氣候特征。建筑空間與形態(tài)設(shè)計結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?，冬季防風(fēng)，夏季通風(fēng)，并與自然地形協(xié)調(diào)一致；建筑結(jié)合自然地理，依山就勢，南北縱深呈階梯狀節(jié)能布局，減少對自然生態(tài)的影響；通過降低建筑體型系數(shù)和應(yīng)變氣候的空間設(shè)計以及節(jié)能構(gòu)造等設(shè)計策略，調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)氣候，營造低碳節(jié)能的生態(tài)氣候建筑。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)氣候建筑；設(shè)計原理；節(jié)能策略；設(shè)計方法；

1 生態(tài)氣候建筑設(shè)計原理

1. 1 基于鄉(xiāng)土建筑和生態(tài)節(jié)能的建筑設(shè)計理論

生態(tài)氣候的建筑設(shè)計屬于被動式低能耗設(shè)計方法，在建筑物建造、運營、使用到消亡的過程中，建立被動式系統(tǒng)優(yōu)先配合主動利用系統(tǒng)的共同作用，結(jié)合氣候創(chuàng)造舒適性建筑。其設(shè)計目標(biāo)是最大限度地利用自然環(huán)境條件，探索建筑形態(tài)生成與自然環(huán)境之間的關(guān)系，量化建筑形體系數(shù)與能源有效利用指標(biāo)，使建筑設(shè)計實現(xiàn)利用氣候資源最大化，并與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會發(fā)展及技術(shù)條件相聯(lián)系，形成獨具個性化的現(xiàn)代地域性建筑形象。生態(tài)氣候的建筑設(shè)計理論基于適應(yīng)地域自然環(huán)境的鄉(xiāng)土建筑設(shè)計原理和方法，并經(jīng)過當(dāng)代設(shè)計新思維以及生態(tài)節(jié)能技術(shù)的提煉演變而成，遵循生態(tài)學(xué)和可持續(xù)發(fā)展理念，通過相應(yīng)的設(shè)計策略，使得建筑室內(nèi)熱環(huán)境冬暖夏涼。生態(tài)氣候建筑設(shè)計綜合協(xié)調(diào)了地域生態(tài)氣候條件與建筑功能、形體與空間等要素，通過規(guī)劃、設(shè)計、環(huán)境配置的設(shè)計手法，如恰當(dāng)?shù)慕ㄖ问?、?gòu)造設(shè)計、適宜技術(shù)措施等，駕馭自然條件和有利的氣候資源，消除不利氣候影響，對室內(nèi)氣候向人們期望的熱環(huán)境方面調(diào)整，盡量減少或者不利用空調(diào)設(shè)備等技術(shù)手段，以獲得建筑環(huán)境的熱舒適，創(chuàng)造低能耗且舒適宜人的人居建筑。生態(tài)氣候的建筑設(shè)計原理如圖1 所示。

1—外部氣候條件曲線；2—通過節(jié)能設(shè)計方法的室內(nèi)氣候條件曲線；3—設(shè)計策略；4—空調(diào)技術(shù)手段；5—舒適的室內(nèi)氣候曲線

圖1 生態(tài)氣候的建筑設(shè)計原理

生態(tài)氣候建筑的設(shè)計原理充分利用地方氣候與自然資源，以鄉(xiāng)土建筑和自然主義美學(xué)觀、價值觀、倫理觀為思想基礎(chǔ)，并節(jié)能降耗，低碳減排。在建筑設(shè)計理論和實踐上超越建筑與自然之間的對峙狀態(tài)，既不拘泥于自然本位論，更不執(zhí)著于人類中心論，從而真正消解建筑與自然環(huán)境的二元對立模式，將建筑與自然的關(guān)系徹底還原為整體性和諧，并包含了建筑與社會、文化環(huán)境的關(guān)系和諧。

1. 2 生態(tài)節(jié)能與環(huán)保

生態(tài)氣候的建筑設(shè)計體現(xiàn)了自然、節(jié)能與環(huán)保的設(shè)計指導(dǎo)思想，其評價準(zhǔn)則就是宜人性的生態(tài)節(jié)能效益。它不僅僅是一種修補性的折衷設(shè)計理念，而且是辨證和智慧的決擇，它涵蓋了合乎人性和自然環(huán)保要求，提高對太陽能等可再生能源的綜合利用，減少不可再生資源的耗費，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；它采用生態(tài)環(huán)保的傳統(tǒng)技術(shù)，側(cè)重對傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)來達(dá)到保護(hù)原有生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)；同時將當(dāng)代先進(jìn)生態(tài)節(jié)能設(shè)計思想與地域條件相結(jié)合，充分發(fā)掘傳統(tǒng)地方設(shè)計理論的潛力，實現(xiàn)城市與建筑的可持續(xù)發(fā)展。

1. 3 適宜技術(shù)

適宜技術(shù)擺脫技術(shù)決定論的限制而趨于現(xiàn)代科技鄉(xiāng)土化，鄉(xiāng)土技術(shù)現(xiàn)代化。適宜技術(shù)是以因地制宜為特征的技術(shù)體系，對生態(tài)氣候建筑所處地域特點系統(tǒng)分析，選擇出最適合的建筑技術(shù)類型，它是由特定的環(huán)境決定，是實現(xiàn)建筑設(shè)計綠色環(huán)保和地方化的有效途徑，包括節(jié)能、遮陽、自然采光與通風(fēng)構(gòu)造技術(shù)，以及體型設(shè)計和應(yīng)對氣候的空間變化等具體的技術(shù)手段。

1. 4 地域氣候特征

建筑根植于地方氣候條件與自然環(huán)境，進(jìn)而在長期的實踐中形成特定地域建筑特征與認(rèn)同感?！巴ㄟ^感情上或形式上加以模仿的手法把古老或當(dāng)代最流行樣加以拼湊，是不能得到真正的地區(qū)性建筑特征的。但是，如果建筑師把完全不同的室內(nèi)外關(guān)系作為設(shè)計構(gòu)思的核心因素加以應(yīng)用，那么，只要抓住氣候條件影響建筑設(shè)計而造成的基本區(qū)別，就可以獲得表現(xiàn)手法上的多樣性”。因此，生態(tài)氣候建筑設(shè)計彰顯地域自然地理和氣候特征。

2 生態(tài)氣候建筑設(shè)計策略

2. 1 生態(tài)氣候建筑的群體布局

地域生態(tài)氣候與建筑所處的微觀地形有關(guān)，涉及山體形勢、海拔高度及地形地貌。生態(tài)氣候建筑群體布局優(yōu)選日照時間相對最長的南坡，其次是東南、西南坡，東坡、西坡通常只有半天日照，相對較短，氣候條件相對較差，可以因地制宜布置建筑；北坡日照時間最短，夏熱冬冷，氣候條件最差，一般不宜布置居住建筑（ 圖2）。

圖2 生態(tài)氣候建筑的群體布局

3 節(jié)能構(gòu)造方法

3. 1 低體型系數(shù)

影響生態(tài)氣候建筑熱工性能的一個重要因素是體型系數(shù)。對于同樣體積的建筑，體型系數(shù)越大，其外表面積越大，散熱面積也就越大。因此，寒冷地區(qū)建筑的體型系數(shù)越小越有利于保溫，同樣也越有利于夏季隔熱。夏熱冬冷地區(qū)建筑既要考慮冬季保溫，又要照顧夏季隔熱，因此，無論從空間布局與造型處理，還是構(gòu)造與材料的運用上，都需要采取靈活多變的應(yīng)對措施。冬季保溫與夏季隔熱的構(gòu)造原理是相通的，對建筑體型的選擇盡量追求同樣容積下體表面積最小的建筑形態(tài)，并盡量簡潔緊湊，圓柱形與方形是最節(jié)能降耗的建筑體型。

3. 2 立體綠化

綠化與水體都具有凈化空氣，蒸發(fā)吸熱降溫，引發(fā)空氣對流，調(diào)節(jié)建筑空間局部小氣候之功效。加強地面綠化、屋頂綠化、墻面垂直綠化與陽臺綠化的整體性，減少硬質(zhì)鋪地，增加綠化種植面，選擇高大落葉喬木遮擋夏日陽光，遮蔭通風(fēng)，冬季納陽擋風(fēng)，營造節(jié)能建筑設(shè)計的微氣候條件。此外，建筑屋頂采用蓄水或覆土種植綠化，使其具有良好的保溫隔熱效果，降低城市熱島效應(yīng)。西墻的通風(fēng)綠化表皮，可以設(shè)置雙層通風(fēng)綠化構(gòu)造，突破簡單的在墻面種植爬山虎一類的攀緣植物的構(gòu)造，墻體自身散熱減弱，同時利用植物的春夏葉茂、秋冬落葉，有效地解決建筑外表皮夏季隔熱和冬季得熱，從生態(tài)角度給綠化注入了深層的含義。

3. 3 生態(tài)節(jié)能措施

節(jié)能設(shè)計受傳統(tǒng)地方技術(shù)的啟發(fā)，合理利用可再生自然資源，不依賴耗能設(shè)備，而在建筑形式、空間布局的細(xì)部構(gòu)造上采取措施，以改善建筑熱環(huán)境，實現(xiàn)微氣候建構(gòu)。建筑節(jié)能構(gòu)造方法包括：1） 采用現(xiàn)代技術(shù)理念以及高效保溫材料進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計，提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能；2） 充分利用太陽能取暖、太陽能熱水泵及光伏發(fā)電等綠色可再生能源，生態(tài)環(huán)保；3 ） 利用地表下淺層土壤或者地下水地?zé)徇M(jìn)行夏季通風(fēng)和冬季采暖，無污染可循環(huán)；4） 建筑表面綠化或在中部引入綠化開敞空間，減輕建筑的熱島效應(yīng)的設(shè)計等措施。

4 結(jié)語

生態(tài)氣候的建筑設(shè)計根植于地方氣候與自然環(huán)境，實現(xiàn)環(huán)保、低碳而節(jié)能。應(yīng)用圖解分析和歸納綜合的方法，探討建筑設(shè)計融入當(dāng)?shù)貧夂蚺c生態(tài)環(huán)境的原理與策略。生態(tài)氣候的建筑設(shè)計應(yīng)通過規(guī)劃與設(shè)計手段，駕馭有利的氣候資源與自然地形，避免不利氣候影響，采取適宜技術(shù)，使得建筑室內(nèi)熱環(huán)境冬暖夏涼，生態(tài)節(jié)能；建筑布局與空間形態(tài)、熱緩沖空間、通風(fēng)防風(fēng)、體型選擇、節(jié)能構(gòu)造等適應(yīng)地方氣候。