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生态技术在建筑中的实践
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0 前言
全球生态环境恶化,气候异常与能源危机是人类面临的重大问题,保护生态环境、重视环保和生态的意识,以及自然、人、技术的和谐,是当今社会发展的趋势,在现代的设计中,将生态学同建筑学的概念结合在一起,用符合生态的原则进行建筑设计,以提高能源、资源利用效率,减少能耗,顺应时代的变革,创造出新时代的设计。（参考《建筑中文网》）
1 生态建筑理论与研究
生态建筑以及建筑的可持续发展已成为业内人士关注的焦点,在气候异常与能源危机越来越突出的今天,探索建筑气候设计分析方法和设计策略显得日益迫切。由于我国特殊的地理特征,南北纬度差异大,海陆差别大,高度差别大,地形十分复杂[1],适应气候的建筑形式也有所不同。1982年李道增从川西农村和菲律宾农场的基本生态循环谈起,举例论证了“技术圈”对“生物圈”的冲击,强调“生态学本是研究生物特性、生物与生物之间、生物与环境之间关系的一门科学。而生物既是环境的产物,又是环境的改造者。城乡规划、建筑设计都是一种环境设计,我们对生态原则在规划中的运用这一问题也应引起重视”[2]。
生态(绿色)建筑的标志与标准是:在生理生态方面有广泛的开敞性,采用无害、无污、可降解的建材,按生态经济开放式闭合循环的原理设计建筑,合理的主体绿化,利用清洁能源,应富有生态文化及艺术的内涵[3]。建筑师应建立新的建筑观,即可持续发展的建筑观、生态建筑观,在建筑设计的思想上树立“遵循自然、回归自然”的意向,尤其要考虑建筑与气候、建筑与环境的相互关系,利用其有利因素,达到自然、社会、经济效益三者的统一。
2 生态建筑设计及技术
生态建筑设计主要表现为利用太阳能等可再生能源,注重自然通风,自然采光与遮阳,为改善小气候采用多种绿化手段等,其主要设计思路为气候控制:室外实际气候条件—热舒适环境=需要的气候控制通过气候分析,提出应对策略,在建筑总体布局、单体及构造设计上充分考虑利用太阳能、自然通风、遮阳设计等措施,达到利用自然气候、通过建筑的形式、窗户的朝向、运用恰当的材料,使建筑在夏季自然通风、冬季利用太阳能,以解决基本的热舒适需求。
3 生态技术在建筑中的实践
建筑的一个主要目的是改变微气候,建造的目标在于创造适合于人类生物舒适感受以及生存的环境,人类几千年来依赖自然的能量资源和可以获得的地方材料,结合个人的人类生物舒适感受需要,营造自己的住宅,并在此过程中学会适应周围的气候条件,随着科学技术的发展,新技术、新材料、新方法不断地应用到生态建筑设计的实践中,通过改善建筑的通风,在屋顶进行绿化或设置水体,确定合适的建筑物朝向与体型,根据不同自然环境确定窗墙比,采用特种玻璃与遮阳板,对绿色照明、太阳能等洁净能源的利用,创建节能建筑。
3.1 通风
空气流动增加了人体与周围空气的对流换热量以及人体的汗液蒸发量,从而使人体在热环境下的舒适感。我国南方地区夏季主导风向是东南季风和西南季风,应使建筑物朝向夏季主导风向,当建筑群成排布置时,宜与主导风向成30~45°,并采用前后错位、斜列、前低后高、前短后长、前疏后密等布局措施,使整个建筑群收益。采用敞开的楼梯间、底层架空等措施,以利于后排建筑物的通风。在小区规划时应因地制宜利用和引导水陆风、山谷风、林原风、街巷风、天井风、庭园风等改善小区微气候。
实验研究表明,对夏季静坐情况下,穿轻薄服装的人们,在风速1m/s、相对湿度50%时,即使室内气温达29℃,人仍然感觉舒适。在风速2m/s、相对湿度50%,舒适温度可提高到30℃,风速6m/s时,舒适温度上升到34℃。
3.2 建筑物朝向与体型
不同气候条件下,建筑的主要立面朝向不同,受太阳辐射的大小不同,应尽量争取南北朝向,避免东西朝向。
建筑物体型系数定义为建筑物外表面积F与其体积V之比,体积一定的建筑物若体型系数大则外表面积大,通过围护结构的传热就多,应当将体型系数控制在0.35以下,高层建筑采用较大体型系数时,应增加外墙热阻。寒冷地区出于防风考虑,建筑物边长比可取为1∶1,夏季干热地区为了遮阳需要,建筑物边长比可取为1∶2,夏季湿热地区为了夏季通风需要,建筑物边长比可取为1∶3。
3.3 采用特种玻璃和遮阳板设施
透明的窗户,太阳辐射可透过玻璃进入室内,使室内温度迅速升高,这是夏季室内温度过高的主要原因。采用吸热玻璃、反射玻璃、遮光玻璃,与普通玻璃相比,可分别减少23%、30%和70%的日照得热。增大屋檐、凹廊、窗户侧壁、阳台以及专用遮阳板等遮阳措施,可直接遮挡夏季阳光辐射,遮阳板的设置与建筑物朝向等因素有关,水平式适用于南向窗口,垂直式适用于北向窗口,综合式适合于东南和西南向窗口,挡板式适用于东西向窗口;同时遮阳板又可成为建筑立面的一个构成元素,丰富建筑物的立面造型。
3.4 重视围护结构的隔热性能
与发达国家相比,我国的外墙、屋顶单位面积能耗为他们的3~5倍,应采用导热系数和导温系数较小的材料;外墙表面采用浅色设计以反射太阳辐射,为减少屋顶温度,可在屋顶采用植被覆盖、蓄水、通风等措施,在古巴比伦就连普通的住宅中有屋顶铺设泥土种植花草的习惯,甚至还有完备的灌溉系统,显示出了古巴比伦人在工程技术和园艺水平的进步。利用种植棚架构成屋顶花园,其优越性在于:土壤是良好的绝热体,植被可以遮荫,减少屋顶吸收的太阳辐射热量,植被的蒸发作用可以降温,屋顶花园可以利用雨水,调节雨水的排放量。据德国《住宅绿化》研究,一般只有30%的雨水通过屋顶花园排水系统排出,截流的雨水将在雨后的时间内,储存在屋顶上,并且逐渐地通过蒸发作用扩散到大气中。但屋顶花园需要进行相关的荷载设计,以保证结构的安全,另外还要进行放水层设计,无疑增加了建筑造价。
设计师佐佐木叶二先生以“空中之林”为概念,以细腻的手法在市中心铁路车场遗址上创造的崎玉新都心榉树广场,以“人与自然共生”等语言,使身在都市的人们时刻都能感受到自然。“榉树广场是以‘空中之林’为主题的城市广场,面积约1公顷,是距地面7m的屋顶花园。作为崎玉新都心中央枢纽的空中广场栽植220棵6m×6m呈网格排列的榉树(见图1)。
墙体采用中空结构,如墙壁厚度可取为400mm,由两层150mm厚的墙中间夹着一层100mm厚的聚氨酯泡沫塑料隔热层构成。
马来西亚建筑师杨经文在吉隆坡IBM大厦设计中,采用“两层皮”构造的外墙,形成复合空间的空气夹层,在保温隔热的同时,利用夹墙的烟囱效应加强自然通风。
3.5 绿化与水体华南理工大学亚热带研究室曾对夏天阳光下不同地面的温度进行实测,结果表明,绿化相对于硬铺砌可取得表面降温6℃的效果,若配以各种水景,如喷泉、水渠、跌水、水池等,利用下风向致凉,大面积的水面在蒸发过程中可以带走大量的热量,在夏季位于水面下风向的建筑,可进一步改善微气候。在高差较大的地方置以跌水、瀑布,因地制宜,既增加了园林的灵动,又带动了空气流动(见图2)。
在建筑物的南侧广植绿化、减少硬地,在夏季可以有效调节热辐射,减少日照反射对建筑的影响。瑞士再保险公司新办公楼在慕尼黑近郊工业园落成,其内部花园建在地下停车场上方,包围着两层主体建筑,中心是开阔的水园,其上是架空的6个独立办公建筑,植物由支架支撑盘旋在空中,穿插于建筑之间,把建筑聚为一体。中心庭园不同深浅的水景用四色不同的玻璃马赛克拼贴,形式与环绕建筑的四色花园相呼应,结构清晰,空间组合精巧而舒适。在建筑的立面上,建筑设计师与景观设计师合作,大胆地在办公楼四周,架起了高17m的“绿色幕墙”,独特的设计是由植物与钢架、钢网所组成。钢架支撑钢网,绿色植物绿色攀缘其上,形成一层绿色屏障,帷幕把建筑包裹在其中,隔离嘈杂的外环境,建筑内院形成相对封闭的安静空间。景观设计师选择了那些便于养护并耐修剪的植物材料,如紫藤、野葡萄等,形成“绿色帷幕”后,设计师又结合建筑的具体情况,对“绿幕”进行修剪,“开出不同形式的‘绿窗’,使工作人员能领略窗外的美景。
全球生态环境恶化,气候异常与能源危机是人类面临的重大问题,保护生态环境、重视环保和生态的意识,以及自然、人、技术的和谐,是当今社会发展的趋势,在现代的设计中,将生态学同建筑学的概念结合在一起,用符合生态的原则进行建筑设计,以提高能源、资源利用效率,减少能耗,顺应时代的变革,创造出新时代的设计。（参考《建筑中文网》）
1 生态建筑理论与研究
生态建筑以及建筑的可持续发展已成为业内人士关注的焦点,在气候异常与能源危机越来越突出的今天,探索建筑气候设计分析方法和设计策略显得日益迫切。由于我国特殊的地理特征,南北纬度差异大,海陆差别大,高度差别大,地形十分复杂[1],适应气候的建筑形式也有所不同。1982年李道增从川西农村和菲律宾农场的基本生态循环谈起,举例论证了“技术圈”对“生物圈”的冲击,强调“生态学本是研究生物特性、生物与生物之间、生物与环境之间关系的一门科学。而生物既是环境的产物,又是环境的改造者。城乡规划、建筑设计都是一种环境设计,我们对生态原则在规划中的运用这一问题也应引起重视”[2]。
生态(绿色)建筑的标志与标准是:在生理生态方面有广泛的开敞性,采用无害、无污、可降解的建材,按生态经济开放式闭合循环的原理设计建筑,合理的主体绿化,利用清洁能源,应富有生态文化及艺术的内涵[3]。建筑师应建立新的建筑观,即可持续发展的建筑观、生态建筑观,在建筑设计的思想上树立“遵循自然、回归自然”的意向,尤其要考虑建筑与气候、建筑与环境的相互关系,利用其有利因素,达到自然、社会、经济效益三者的统一。
2 生态建筑设计及技术
生态建筑设计主要表现为利用太阳能等可再生能源,注重自然通风,自然采光与遮阳,为改善小气候采用多种绿化手段等,其主要设计思路为气候控制:室外实际气候条件—热舒适环境=需要的气候控制通过气候分析,提出应对策略,在建筑总体布局、单体及构造设计上充分考虑利用太阳能、自然通风、遮阳设计等措施,达到利用自然气候、通过建筑的形式、窗户的朝向、运用恰当的材料,使建筑在夏季自然通风、冬季利用太阳能,以解决基本的热舒适需求。
3 生态技术在建筑中的实践
建筑的一个主要目的是改变微气候,建造的目标在于创造适合于人类生物舒适感受以及生存的环境,人类几千年来依赖自然的能量资源和可以获得的地方材料,结合个人的人类生物舒适感受需要,营造自己的住宅,并在此过程中学会适应周围的气候条件,随着科学技术的发展,新技术、新材料、新方法不断地应用到生态建筑设计的实践中,通过改善建筑的通风,在屋顶进行绿化或设置水体,确定合适的建筑物朝向与体型,根据不同自然环境确定窗墙比,采用特种玻璃与遮阳板,对绿色照明、太阳能等洁净能源的利用,创建节能建筑。
3.1 通风
空气流动增加了人体与周围空气的对流换热量以及人体的汗液蒸发量,从而使人体在热环境下的舒适感。我国南方地区夏季主导风向是东南季风和西南季风,应使建筑物朝向夏季主导风向,当建筑群成排布置时,宜与主导风向成30~45°,并采用前后错位、斜列、前低后高、前短后长、前疏后密等布局措施,使整个建筑群收益。采用敞开的楼梯间、底层架空等措施,以利于后排建筑物的通风。在小区规划时应因地制宜利用和引导水陆风、山谷风、林原风、街巷风、天井风、庭园风等改善小区微气候。
实验研究表明,对夏季静坐情况下,穿轻薄服装的人们,在风速1m/s、相对湿度50%时,即使室内气温达29℃,人仍然感觉舒适。在风速2m/s、相对湿度50%,舒适温度可提高到30℃,风速6m/s时,舒适温度上升到34℃。
3.2 建筑物朝向与体型
不同气候条件下,建筑的主要立面朝向不同,受太阳辐射的大小不同,应尽量争取南北朝向,避免东西朝向。
建筑物体型系数定义为建筑物外表面积F与其体积V之比,体积一定的建筑物若体型系数大则外表面积大,通过围护结构的传热就多,应当将体型系数控制在0.35以下,高层建筑采用较大体型系数时,应增加外墙热阻。寒冷地区出于防风考虑,建筑物边长比可取为1∶1,夏季干热地区为了遮阳需要,建筑物边长比可取为1∶2,夏季湿热地区为了夏季通风需要,建筑物边长比可取为1∶3。
3.3 采用特种玻璃和遮阳板设施
透明的窗户,太阳辐射可透过玻璃进入室内,使室内温度迅速升高,这是夏季室内温度过高的主要原因。采用吸热玻璃、反射玻璃、遮光玻璃,与普通玻璃相比,可分别减少23%、30%和70%的日照得热。增大屋檐、凹廊、窗户侧壁、阳台以及专用遮阳板等遮阳措施,可直接遮挡夏季阳光辐射,遮阳板的设置与建筑物朝向等因素有关,水平式适用于南向窗口,垂直式适用于北向窗口,综合式适合于东南和西南向窗口,挡板式适用于东西向窗口;同时遮阳板又可成为建筑立面的一个构成元素,丰富建筑物的立面造型。
3.4 重视围护结构的隔热性能
与发达国家相比,我国的外墙、屋顶单位面积能耗为他们的3~5倍,应采用导热系数和导温系数较小的材料;外墙表面采用浅色设计以反射太阳辐射,为减少屋顶温度,可在屋顶采用植被覆盖、蓄水、通风等措施,在古巴比伦就连普通的住宅中有屋顶铺设泥土种植花草的习惯,甚至还有完备的灌溉系统,显示出了古巴比伦人在工程技术和园艺水平的进步。利用种植棚架构成屋顶花园,其优越性在于:土壤是良好的绝热体,植被可以遮荫,减少屋顶吸收的太阳辐射热量,植被的蒸发作用可以降温,屋顶花园可以利用雨水,调节雨水的排放量。据德国《住宅绿化》研究,一般只有30%的雨水通过屋顶花园排水系统排出,截流的雨水将在雨后的时间内,储存在屋顶上,并且逐渐地通过蒸发作用扩散到大气中。但屋顶花园需要进行相关的荷载设计,以保证结构的安全,另外还要进行放水层设计,无疑增加了建筑造价。
设计师佐佐木叶二先生以“空中之林”为概念,以细腻的手法在市中心铁路车场遗址上创造的崎玉新都心榉树广场,以“人与自然共生”等语言,使身在都市的人们时刻都能感受到自然。“榉树广场是以‘空中之林’为主题的城市广场,面积约1公顷,是距地面7m的屋顶花园。作为崎玉新都心中央枢纽的空中广场栽植220棵6m×6m呈网格排列的榉树(见图1)。
墙体采用中空结构,如墙壁厚度可取为400mm,由两层150mm厚的墙中间夹着一层100mm厚的聚氨酯泡沫塑料隔热层构成。
马来西亚建筑师杨经文在吉隆坡IBM大厦设计中,采用“两层皮”构造的外墙,形成复合空间的空气夹层,在保温隔热的同时,利用夹墙的烟囱效应加强自然通风。
3.5 绿化与水体华南理工大学亚热带研究室曾对夏天阳光下不同地面的温度进行实测,结果表明,绿化相对于硬铺砌可取得表面降温6℃的效果,若配以各种水景,如喷泉、水渠、跌水、水池等,利用下风向致凉,大面积的水面在蒸发过程中可以带走大量的热量,在夏季位于水面下风向的建筑,可进一步改善微气候。在高差较大的地方置以跌水、瀑布,因地制宜,既增加了园林的灵动,又带动了空气流动(见图2)。
在建筑物的南侧广植绿化、减少硬地,在夏季可以有效调节热辐射,减少日照反射对建筑的影响。瑞士再保险公司新办公楼在慕尼黑近郊工业园落成,其内部花园建在地下停车场上方,包围着两层主体建筑,中心是开阔的水园,其上是架空的6个独立办公建筑,植物由支架支撑盘旋在空中,穿插于建筑之间,把建筑聚为一体。中心庭园不同深浅的水景用四色不同的玻璃马赛克拼贴,形式与环绕建筑的四色花园相呼应,结构清晰,空间组合精巧而舒适。在建筑的立面上,建筑设计师与景观设计师合作,大胆地在办公楼四周,架起了高17m的“绿色幕墙”,独特的设计是由植物与钢架、钢网所组成。钢架支撑钢网,绿色植物绿色攀缘其上,形成一层绿色屏障,帷幕把建筑包裹在其中,隔离嘈杂的外环境,建筑内院形成相对封闭的安静空间。景观设计师选择了那些便于养护并耐修剪的植物材料,如紫藤、野葡萄等,形成“绿色帷幕”后,设计师又结合建筑的具体情况,对“绿幕”进行修剪,“开出不同形式的‘绿窗’,使工作人员能领略窗外的美景。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14701.htm
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