建筑環(huán)境中水的低技術(shù)生態(tài)應(yīng)用與發(fā)展

徐蔚　吳昉

摘 要：水是人類生活不可缺少的自然資源，是影響建筑環(huán)境的主要因素之一。隨著我國綠色建筑的發(fā)展，如何運(yùn)用好水體的生態(tài)效應(yīng)來改善建筑環(huán)境已成為生態(tài)技術(shù)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。該文從我國傳統(tǒng)建筑發(fā)展過程中形成的關(guān)于水的生態(tài)低技術(shù)理論入手，探討水在建筑環(huán)境中的生態(tài)應(yīng)用手法和原則，以及傳統(tǒng)生態(tài)低技術(shù)在現(xiàn)代建筑中的傳承、創(chuàng)新與發(fā)展。在實(shí)踐應(yīng)用中結(jié)合具體情況，將傳統(tǒng)低技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相融合，營造舒適宜人的建筑環(huán)境，促進(jìn)我國建筑走上綠色節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：水 低技術(shù) 生態(tài)應(yīng)用 建筑環(huán)境

中圖分類號：TU-023 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0090-03

Abstract：Water is an important natural resources for people's live， and it is one of the main factors to building environment. With the development of green building in china， how to make good use of water resources to improve the building environment has become an important research content in the field of eco-technology. Beginning with the related theories of the ecological low technology of water in the development of Chinese traditional architecture，the thesis summarizes the principles of the low-tech ecological applications of water in building environments and new development of using water ecologically in modern architecture.According to the specific situation，combine traditional low technology and modern technology to create a comfortable building environment so as to promote the green energy saving building and sustainable development in our country.

Key Words：Water；Iow-tech；Ecological application；Building environment

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前既有建筑總面積已達(dá)600億m2左右，每年新建面積還在持續(xù)增加，建筑相關(guān)能耗約占全社會(huì)總能耗的三成以上，單位建筑面積能耗超過發(fā)達(dá)國家的2～3倍。中國走可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展綠色生態(tài)建筑已刻不容緩。綠色建筑通過低技術(shù)手段，使建筑在不破壞自然的前提下融于自然，實(shí)現(xiàn)建筑生態(tài)化，符合可持續(xù)發(fā)展原則[1]。

在我國傳統(tǒng)建筑中，對于地形、日照、風(fēng)、水、氣候等相關(guān)自然環(huán)境因素的處理上形成了很多值得我們借鑒的手法，體現(xiàn)了人與自然和諧共生的理念。水作為人類生活的載體，是建筑環(huán)境營造中主要考慮的因素之一。研究建筑環(huán)境中水的生態(tài)低技術(shù)手法和應(yīng)用原則，在現(xiàn)代建筑中合理地加以傳承、創(chuàng)新與應(yīng)用，對于綠色生態(tài)建筑的發(fā)展具有重要的意義。

1 傳統(tǒng)建筑環(huán)境中水的低技術(shù)生態(tài)應(yīng)用

1.1 建筑選址與布局

由于功能特性和地理環(huán)境的不同，我國的傳統(tǒng)建筑呈現(xiàn)出豐富多樣的形式。平原地區(qū)建筑主要運(yùn)用“近水向陽”的原則進(jìn)行布局，山區(qū)丘陵地帶的建筑則大都選用“背山面水”的模式，其選址的主要依據(jù)都離不開水源。這不僅是因?yàn)樗巧脑慈?，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，發(fā)揮著物質(zhì)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)裙δ?，水還對建筑環(huán)境起到重要的生態(tài)服務(wù)功能。

水體與陸地相比較具有比熱容大的特性，能通過蒸發(fā)降低周圍環(huán)境的溫度，由于水陸大氣之間的溫差和氣壓差而形成水陸風(fēng)。為了取得良好的通風(fēng)效果，建筑組群及單體在總體布置上往往綜合考慮這一因素的影響，采取相適應(yīng)的布局模式。例如在江南水鄉(xiāng)，縱橫交錯(cuò)的水道和街巷呈不規(guī)則的網(wǎng)狀穿梭于建筑之中共同作用形成風(fēng)道，形成的水陸風(fēng)通過這些蜿蜒的巷道弄堂進(jìn)入村落和建筑深處，在炎炎夏日達(dá)到通風(fēng)散熱的效果。

1.2 室內(nèi)微氣候調(diào)節(jié)

我國傳統(tǒng)建筑特別是江南傳統(tǒng)民居，其排水方式以天井內(nèi)排水為主，雨水、生活廢水等均流入天井進(jìn)行匯集，居民還常在天井中挖井儲(chǔ)水，天井成為建筑中重要的氣候緩沖區(qū)，有效地調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的生態(tài)微氣候。在夏季，由于外墻的遮擋和屋面挑檐等遮陽設(shè)施形成的陰影，窄而高的天井內(nèi)部地面、墻面和空氣基本沒有受到陽光的直射，地面溫度通常比外面要低。再加上通過天井內(nèi)四周地溝以及儲(chǔ)水井中的水體的流動(dòng)吸收和轉(zhuǎn)移熱量，進(jìn)一步降低地面溫度?？諝庵械臒崃客ㄟ^與降溫的地面接觸而被水體吸收和轉(zhuǎn)移。經(jīng)過反復(fù)循環(huán)，使得天井內(nèi)的空氣溫度通常要明顯低于外界，其原理分析見圖1。而在冬季，由于井內(nèi)及溝渠中的水體溫度相對較高，可以將水體作為能量交換的媒介，通過熱量交換來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度[2]。

1.3 水資源的循環(huán)利用

對雨水的收集再利用是我國傳統(tǒng)建筑中一直所注重的，傳統(tǒng)建筑中通常將流入天井的雨水部分導(dǎo)入太平缸或水池中用于防火，也作為日常生活、灌溉等的補(bǔ)充水源。有的還在太平缸或水池中種上水生植物或者養(yǎng)上金魚，美化了建筑空間。在缺水地區(qū)更是注重將水資源進(jìn)行合理分配，循環(huán)使用，達(dá)到資源利用的最大化，例如江蘇南京竇村的四方井、浙江浦江登高村的三連環(huán)“古自來水廠”等。

傳統(tǒng)建筑的院落常常使用碎磚、碎瓦及多種天然石材等多孔或微孔材料來鋪設(shè)庭院和天井的地面，這些鋪地材料具有十分良好的透氣和透水性，能夠讓雨水比較快地滲入地下，避免地面的積水，有利于排水并涵養(yǎng)水源，保護(hù)了水資源自然循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。

2 建筑環(huán)境中水的低技術(shù)生態(tài)應(yīng)用原則

水作為影響建筑環(huán)境的主要因素，其低技術(shù)處理手法還有很多，但歸結(jié)起來建筑環(huán)境中水的生態(tài)應(yīng)用都遵循了以下幾項(xiàng)原則[3]。

2.1 適宜性原則

適宜性是在順應(yīng)自然的前提下，通過分析建筑環(huán)境中的自然條件，進(jìn)行水資源的合理利用。我國傳統(tǒng)建筑的選址往往先確定水源條件，然后依據(jù)水源的情況和特點(diǎn)進(jìn)行建筑規(guī)劃與布局。例如：在江浙一帶水網(wǎng)密集的地區(qū)，河流是當(dāng)?shù)鼐用竦闹饕钏?，也是對外的主要交通航線，在建筑布局上往往結(jié)合水源的特點(diǎn)采取臨水而建、引水入鄉(xiāng)、環(huán)河布局等形式。而在較為缺水的西北地區(qū)，其主要水源為地下水，通過渠系把水引入后貯存在坎兒井中，村鎮(zhèn)建設(shè)時(shí)往往是先修渠后筑路，建筑組群的位置通常依據(jù)渠系所連結(jié)的坎兒井來確定，呈現(xiàn)出曲折多變的特點(diǎn)。

2.2 持續(xù)性原則

可持續(xù)性即保持或延長資源的使用性和完整性，使自然資源能夠長期為人類所利用，既滿足當(dāng)代人需求又不影響后代人滿足其需求能力的發(fā)展。在我國傳統(tǒng)村鎮(zhèn)中，從建成之初一直運(yùn)用至今的水利系統(tǒng)并不在少數(shù)。這些村鎮(zhèn)通過建筑與水體的整體設(shè)計(jì)，對水資源進(jìn)行生態(tài)保護(hù)和優(yōu)化配置，達(dá)到水資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。安徽的宏村便是一個(gè)典型的例子。南宋紹興年間，古宏村人為防火灌田，獨(dú)運(yùn)匠心開仿生學(xué)之先河，建造出堪稱“中國一絕”的牛形人工水系。這種別出心裁的村落水系設(shè)計(jì)，不僅為村民生產(chǎn)、生活、消防用水提供了方便，而且調(diào)節(jié)了氣溫，創(chuàng)造了 “浣汲未防溪路遠(yuǎn)，家家門前有清泉”的良好環(huán)境。通過水資源的循環(huán)往復(fù)，宏村的水系一直保持干凈清潔，600多年沿用至今。

2.3 低耗性原則

低耗性是盡量降低建筑對資源及環(huán)境的消耗，減少整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量輸出，使生態(tài)系統(tǒng)保持在自我調(diào)節(jié)的范圍，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。由于水本身所具有的一些物理特性，使其能夠在不消耗其他能源，不增加環(huán)境負(fù)擔(dān)的情況下，保持環(huán)境的溫度與濕度恒定。在實(shí)際應(yīng)用中通過一些巧妙合理的設(shè)計(jì)，利用水的比熱容大、可循環(huán)流動(dòng)等特點(diǎn)直接對建筑環(huán)境進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，在減少對其他資源消耗的同時(shí)創(chuàng)造舒適的建筑環(huán)境。

3 現(xiàn)代建筑中水的生態(tài)低技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

3.1 水與墻體結(jié)合，降低建筑能耗

通過水的流動(dòng)可以較快地將建筑環(huán)境內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移帶走，特別是當(dāng)水體與建筑表面直接接觸時(shí)，降溫的效果尤其突出。在現(xiàn)代建筑中，運(yùn)用流水幕墻能夠達(dá)到這種效果。例如上海世博會(huì)阿爾薩斯案例館等一些典型建筑中，流水幕墻一方面成為建筑外表亮麗的“皮膚”，另一方面對抵擋太陽輻射熱和降低環(huán)境溫度起到了重要的作用，緩解了建筑對空調(diào)系統(tǒng)的依賴，彰顯了低碳建筑的理念。

另外還可將水作為一種保溫隔熱的建筑材料，通過對墻內(nèi)設(shè)置的間層或者管道內(nèi)的水量調(diào)節(jié)來控制墻體的熱工性能，通過水流循環(huán)往復(fù)帶走墻體吸收的熱量。結(jié)合我國的地理?xiàng)l件，水墻比較適宜應(yīng)用于大陸性氣候地區(qū)建筑的西面墻體，冬季墻體內(nèi)的導(dǎo)管不注水，空氣間層加大，墻體隔熱性能提高，有利于建筑的保溫；在夏季，向墻內(nèi)導(dǎo)管中注水，水流吸收太陽輻射熱并通過循環(huán)將熱量帶走，起到墻體隔熱的作用。與此同時(shí)，還能根據(jù)需要獲取熱水，達(dá)到雙重功效。

3.2 水綠結(jié)合，調(diào)節(jié)建筑環(huán)境

水能夠吸附空氣中的塵埃和污染顆粒，達(dá)到凈化環(huán)境的作用。尤其是當(dāng)水流急速產(chǎn)生水霧時(shí)，細(xì)微的水珠和空氣分子之間發(fā)生碰撞，可以形成對人體健康有益的負(fù)氧離子。在現(xiàn)代建筑特別是高層建筑中，往往由于過分依賴空調(diào)系統(tǒng)而導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量下降甚至惡化。在建筑設(shè)計(jì)中通過設(shè)置帶有綠化和水體的中庭，將外部空氣通過雙層玻璃幕墻、天窗等方式引入室內(nèi)，經(jīng)過中庭水綠結(jié)合的凈化加濕，可達(dá)到提高建筑內(nèi)部空氣質(zhì)量的目的。如果能夠在適當(dāng)條件下，在建筑內(nèi)引入噴泉，就好比在室內(nèi)加了一臺天然的負(fù)離子發(fā)生器，對人們的健康是非常有益的。

另外還可將綠化與蓄水屋面相結(jié)合，植物屋頂不僅可以過濾雨水中的雜質(zhì)，簡化對雨水再利用的步驟，屋面所滯留的雨水可以通過蒸發(fā)和植物蒸騰作用擴(kuò)散到大氣中去，從而調(diào)節(jié)氣候和環(huán)境。

3.3 以水源為載體，提高空調(diào)效率

大地蘊(yùn)含的熱量與溫度提供了一個(gè)恒定、安全的可替代能源選擇，對水體利用過程中逐步發(fā)展形成的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，是將傳統(tǒng)的空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器延伸至地下，利用地下水或地表水作為能量輸送和儲(chǔ)存的載體，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的波動(dòng)，可以使得系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，而且能有效地減少建筑能耗以及對環(huán)境有害的制冷劑的用量，是一種環(huán)保節(jié)能、“零”污染、“零”排放的空調(diào)系統(tǒng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，不同的水資源利用的成本存在較大差異，在不同地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的關(guān)鍵。

3.4 雨水循環(huán)利用，建設(shè)海綿城市

隨著城市化進(jìn)程的加快，我國水資源形勢日趨嚴(yán)峻，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、洪澇災(zāi)害等已經(jīng)成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在2013年城鎮(zhèn)化工作會(huì)議上習(xí)總書記提出了大力建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”理念。城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，降雨時(shí)通過吸收、存蓄、滲透、凈化雨水來調(diào)節(jié)水循環(huán)，需要時(shí)將蓄存的水進(jìn)行釋放并利用，讓水在城市中的遷移顯得更加自然。[4]

海綿城市建設(shè)遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，在建筑與小區(qū)、城市道路、綠地與廣場等規(guī)劃建設(shè)中，通過保護(hù)自然水系，統(tǒng)籌考慮景觀水體，增加透水地面，構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)雨水的可持續(xù)循環(huán)利用。

4 結(jié)語

水是人類不可缺少的自然資源，對營造舒適宜人的建筑環(huán)境起著重要的作用。在實(shí)踐應(yīng)用中，我們應(yīng)結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，遵循適宜性、持續(xù)性、低耗性等原則，在分析總結(jié)傳統(tǒng)建筑中關(guān)于水的生態(tài)技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從中汲取傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的精華，將傳統(tǒng)生態(tài)低技術(shù)與現(xiàn)代建筑技術(shù)相融合，結(jié)合我國綠色建筑發(fā)展的要求，利用水資源的生態(tài)效應(yīng)改善建筑環(huán)境，更好地為綠色生態(tài)建筑與可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王力，顏舒婷.淺析低技術(shù)綠色生態(tài)建筑理論[J].城市建筑，2014（2）：208.

[2] 李敏.江南傳統(tǒng)聚落中水體的生態(tài)應(yīng)用研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2010：44-45.

[3] 周浩明，華亦雄.中國傳統(tǒng)建筑環(huán)境中水的低技術(shù)生態(tài)應(yīng)用[J].華中建筑，2006（5）：117-120.

[4] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南[E].建城函[2014]275號，2014：2-6.