建筑生態(tài)設(shè)計(jì)原則及其理論應(yīng)用研究

劉忠衛(wèi)

【摘要】隨著人口的增加，資源消耗逐漸加劇，給生態(tài)環(huán)境帶來了很大的傷害，建筑作為能耗的重要消耗源之一，為了解決這個(gè)問題，需要大力推廣節(jié)能生態(tài)建筑。本文首先對建筑生態(tài)系及其設(shè)計(jì)原則進(jìn)行介紹，隨后探討了生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的幾種主要方法，并分析了生態(tài)建筑設(shè)計(jì)理論在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì)；生態(tài)系統(tǒng)；原則；技術(shù)方法；應(yīng)用

一、建筑生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

所謂生態(tài)建筑，就是將建筑看成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，本質(zhì)就是能將數(shù)量巨大的人口整合居住在一個(gè)超級建筑中，通過組織（設(shè)計(jì)）建筑內(nèi)外空間中的各種物態(tài)因素，使物質(zhì)、能源在建筑生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有秩序地循環(huán)轉(zhuǎn)換，獲得一種高效、低耗、無廢、無污、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境。

二、綠色生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原則

2.1講求節(jié)約能源

綠色生態(tài)建筑，最重要的是要遵循節(jié)能原則，也就是節(jié)約能源、資源，無害化、無污染、可循環(huán)。建筑材料使用應(yīng)盡可能利用可降解、可再生的資源，同時(shí)還要嚴(yán)格做到建材的無害化（無污染，無輻射）。綠色生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)，要求利用各種手段來創(chuàng)造一個(gè)有利于人們舒適、健康的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)向自然索取與回報(bào)的平衡，構(gòu)建一個(gè)和諧高效利用能源的生存環(huán)境。

2.2講究生態(tài)和諧

建設(shè)綠色生態(tài)建筑，其次要做到生態(tài)和諧。也就是要注重研究建筑物旁邊的植被、微生物、動(dòng)物和人之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)各種物體之間的共生共榮，強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧統(tǒng)一。這些都可以通過植被的多樣性、自然水資源的保護(hù)和利用、化學(xué)污染的降低來體現(xiàn)，這樣就營造建筑旁邊的環(huán)境質(zhì)量。

2.3設(shè)計(jì)科學(xué)，以人為本

“以人為本”應(yīng)當(dāng)是設(shè)計(jì)的根本原則。這是因?yàn)?，人是社?huì)的主體，追求高效節(jié)約決不能以降低生活質(zhì)量、犧牲人的健康和舒適性為代價(jià)。在以往設(shè)計(jì)的一些太陽能建筑中，有相當(dāng)一部分是服務(wù)于經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)的，其室內(nèi)熱舒適度較低，沒有認(rèn)真做到合理設(shè)計(jì)和以人為本。隨著人們生活水準(zhǔn)的不斷提高，這種低標(biāo)準(zhǔn)的“綠色生態(tài)”建筑很難再有所發(fā)展，也必將被社會(huì)所淘汰。從另外一個(gè)層面來講，這與國家宏觀要求也是相符的。

三、幾種常見的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)方法

3.1生態(tài)建筑設(shè)計(jì)要提高建筑的物理環(huán)境條件

在具體的工程施工中，首先要調(diào)研設(shè)計(jì)地段的各種氣候條件，包括溫度、相對濕度、日照強(qiáng)度、風(fēng)向以及風(fēng)力等地域的因素，充分考慮到建筑場地，如朝向、定位以及各種地勢地貌、布局等因素，使其順應(yīng)自然環(huán)境及保護(hù)環(huán)境。建筑物作為聯(lián)系使用者與自然環(huán)境的中介體系，要應(yīng)盡可能多的將自然的元素引入到使用者的身編，例如可以增加自然的采光系數(shù)，建立高品質(zhì)的自然采光系統(tǒng)等。創(chuàng)造開敞的空間環(huán)境，讓使用者更加方便地接近自然的環(huán)境，例如可以利用頂層來設(shè)計(jì)屋頂花園。

3.2新技術(shù)和新材料的應(yīng)用

在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中可以采用新技術(shù)以及新材料。例如可以采用窗戶集熱板系統(tǒng)，該系統(tǒng)由玻璃盒子單元的集熱板、蓄熱單元、風(fēng)扇以及空氣導(dǎo)管等組合而成。在盒子里，太陽光能通過集熱板轉(zhuǎn)換成為熱能，并且利用空氣做熱媒，加熱的空氣利用風(fēng)扇來驅(qū)動(dòng)。從空氣導(dǎo)管中由集熱單元流向建筑內(nèi)部的各個(gè)蓄熱單元。新材料的利用包括透明熱阻材料（TlM）組合墻的利用。TIM是一種透明的絕熱塑料，將它與外墻復(fù)合成透明的隔熱墻，起到隔熱的目的。各種玻璃材料也被應(yīng)用在建筑中，例如吸熱玻璃、熱反射玻璃、電敏感玻璃、調(diào)光玻璃等等。

3.3可再生資源的利用

在生態(tài)建筑中利用土壤、地下水所提供的地?zé)豳Y源也是不錯(cuò)的選擇。未來地下的冷和熱能源的利用會(huì)僅次于太陽能，成為第二重要的可再生能源，因?yàn)檫@種能源也是普遍存在的，而且?guī)缀鯖]有限制就易于獲得?？稍偕Y源的利用從技術(shù)角度是非常成熟的。此外，可再生資源的利用可以保護(hù)土地和植被，在建筑的內(nèi)外創(chuàng)造出田園般的舒適環(huán)境。

四、設(shè)計(jì)理論在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

要實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)生態(tài)化，需綜合考慮：建筑規(guī)劃，建筑單體設(shè)計(jì)（包括建筑造型、朝向、定位以及細(xì)節(jié)處理如維護(hù)結(jié)構(gòu)材料選擇、保溫方式、門窗形式等）；建筑物內(nèi)的環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面將從風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)、自然景觀、光環(huán)境、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置、噪聲和污染的防止和控制等方面，分別闡述可應(yīng)用到生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中的相關(guān)技術(shù)。

4.1建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)

高層建筑由于單體設(shè)計(jì)和群體布局不當(dāng)而導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)卷刮物體撞碎玻璃的報(bào)道屢見不鮮。很多事例提醒規(guī)劃師和建筑師，風(fēng)環(huán)境問題已不容忽視。然而，可能是對室外風(fēng)環(huán)境的預(yù)測不夠重視或缺乏有效的技術(shù)手段，當(dāng)建筑師們在對建筑建筑進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，更為常見的做法是過多地把注意力集中在了建筑平面的功能布置、美觀設(shè)計(jì)及空間利用上，而很少（或儀僅憑經(jīng)驗(yàn)）考慮高層、高密度建筑群中氣流流動(dòng)情況對人的影響。事實(shí)上，良好的室外風(fēng)環(huán)境，僅僅考慮對盛行風(fēng)簡單設(shè)置屏障的做法是不夠的。

4.2綠化水景設(shè)計(jì)

建筑周圍建筑的熱環(huán)境不僅和氣流流動(dòng)有關(guān)系，同時(shí)還和建筑周圍的輻射系統(tǒng)有關(guān)。受建筑設(shè)計(jì)中建筑密度、建筑材料、建筑布局、綠地率和水景設(shè)施等因素的影響，建筑區(qū)室外氣溫有可能出現(xiàn)“熱島”現(xiàn)象?！盁釐u”現(xiàn)象在夏季的出現(xiàn)，不僅會(huì)使人們高溫中暑的機(jī)率變大，同時(shí)還促使光化學(xué)煙霧的形成，加重污染，并增加建筑的空調(diào)能耗。合理地建筑設(shè)計(jì)和布局，選擇高效美觀的綠化形式（包括屋頂綠化和墻壁垂直綠化）及水景設(shè)置，可有效地降低熱島效應(yīng)，獲得清新宜人的室內(nèi)外環(huán)境。

4.3日照、遮陽與采光

夏天陽光的直射和熱輻射是影響居室熱環(huán)境的一個(gè)重要因素，同時(shí)也是影響住戶心理感受的重要因素。遮陽是指運(yùn)用建筑的外形設(shè)計(jì)、懸挑和凸凹變化而形成建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使室內(nèi)實(shí)際接受的陽光直射和輻射熱量減少。比較好的方法是根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砼c氣侯條件，通過精確計(jì)算，對住區(qū)的建筑布局以及單體住宅的相對關(guān)系，進(jìn)行建筑群日照、遮陽以及自然采光分析，檢驗(yàn)是否滿足日照和遮陽的要求。

4.4外圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置

這里主要是指外墻和外窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置，體型系數(shù)這一概念并不能充分反映外圍護(hù)結(jié)構(gòu)對建筑物熱環(huán)境的復(fù)雜影響。實(shí)際上，對于不同朝向角和傾角的外墻和外窗，由于當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向的不同而造成的滲透情況的不同，外表面的對流換熱系數(shù)也相差很大，日間接受的太陽輻射隨著時(shí)間變化而千差萬別，夜間背景輻射狀況也不相同。