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(duì)環(huán)境的污染. 生態(tài)建設(shè)強(qiáng)調(diào)對(duì)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(duì)資源和能源的消耗，減少對(duì)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(duì)能源、資源的最大限度地節(jié)約，爭取對(duì)資源進(jìn)行循環(huán)利用［3］. 通過對(duì)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(duì)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(duì)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(tái)灣水滴塔

臺(tái)灣水滴塔的最大特點(diǎn)在于其對(duì)資源的合理利用，其中水滴是最基本的設(shè)計(jì)元素. 臺(tái)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(tái)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(tái)灣水滴塔反應(yīng)出的是臺(tái)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(dòng)力的源泉，也為臺(tái)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(tái)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(tái)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(chǔ)存器設(shè)備對(duì)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(dòng)，保證了人與大自然的親密聯(lián)系，同時(shí)還減少對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)再生能源的利用.

可再生能源一般對(duì)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(huì)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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