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當前,各個國家的生態住宅都處于發展初期,站在可持續發展的角度來看,發展生態建筑將是未來建筑行業發展的主要趨勢。建筑行業作為國家的重要產業,住宅建筑得到了快速的發展,如果不能適時引入生態建筑這一概念,對住區環境保護和住宅節能問題進行解決,將會對環境、經濟、社會造成嚴重的影響。生態住宅的設計指的是對建筑技術科學、建筑學、人工環境學、生態學等學科進行綜合利用,將住宅建設成一個可以為居住者提供環保、健康、舒適、高效、美觀的生活生態系統。總得來說,生態住宅的設計理論主要從以下幾個方面體現出來:(1)智能化的居住區,主要包含了通訊自動化、信息管理自動化、設備控制自動化、物業管理自動化、安全防護自動化、家庭智能化。(2)可以更好的節約能源、節省土地,更好的將廢棄物的處理和回收工作做好。(3)在設計住宅區能源系統和物理環境時,需要對建筑能源系統、建筑單體設計、建筑規劃等進行設計,此外,還要和綠化設計有機的聯系起來,在設計生態建筑時,這些問題是很容易被忽略的。(4)采光和日照。在夏季熱輻射和太陽光直射是對局室熱環境造成影響的一個主要因素,同時也是對住戶心理感受造成影響的一個主要因素,遮陽指的是通過對建筑的懸挑外形、凹凸變化進行改變,使建筑接受到的陽光熱輻射和直射量減少的一種措施,在設計時,最好可以根據當地的氣候條件和地理環境進行計算,然后通過準確的計算,了解建筑內部單體住宅和住區建筑布局之間的關系,從而對建筑的遮陽、日照等進行采光分析,查看是否達到了遮陽和日照的要求。(5)污染和噪聲的防治。住宅設計要對噪音的預防系統進行規劃,將主要交通干線和住區格局,避免主要交通的噪音傳遞過來,此外要控制好污染問題,如果建筑內部的空氣質量不好,一般和室外空氣污染情況有直接的聯系,而通過合理有效的調整建筑周圍的氣流流動情況,可以對室內空氣的質量進行改善,在初期設計時。技術人員要進行現場的測試和調研,查看噪音和污染是否在標準范圍以內,在不能達到要求時,要采取必要的補措施。
3在住宅設計中對生態建筑理論的應用
3.1設計住宅區風環境
在對建筑物進行布局的時候,如果建筑物的布局缺乏合理性,會使住宅區部分環境中的氣候惡化,再生風環境問題和風環境問題在設計時是不能忽視的,但是,由于在預測室外風環境時,缺乏合理有效的手段,在規劃建筑區的時候,經常會將設計重心放在建筑的美觀設計、平面功能的布置以及空間的使用方面,很少會對密度比較集中的高層建筑氣流流動對人體造成的影響,即使考慮也只是根據個人的經驗來進行考慮的。而在實際的居住過程中,一個良好的風環境指的是在風速比較大的時候,在不會對人們正常行走造成影響的基礎上,可以使室內保持良好的通風環境,從這個方面來看,在進行規劃設計時,只是簡單的設計風屏障的方法是不可行的,在實際的設計規劃中,還需要可以得到良好的住區風環境,對小區中氣流的流動情況有一個詳細的了解,這是建筑師在設計時必須要做到的。
3.2設計綠化、水景和避免熱島效應出現
住宅區四周的熱環境除了和氣流流動有直接的聯系外,還和住宅區的輻射系統有比較大的聯系,在建筑材料、建筑密度、建筑布局等因素的影響下,住宅區的室外氣溫很容易出現熱島現象,因此對建筑進行合理的設計布局,使用美觀高效的綠化形式,可以對熱島效應進行合理的控制,使人們得到良好的室內外環境。需要注意的時。進行生態住區的建設不是單純的對綠化面積進行提升,如果只是大規模的使用草地,對自然通風、水景設施、林地等不進行考慮,是很難將綠化環境在改善室內和室外熱環境方面的作用發揮出來的,而且會造成資金的浪費,在設計建設綠化系統時,除了需要對以上幾個誤區進行避免外,還需要將下面幾個方面的工作做好:(1)在設計的過程中,要堅持以人為本的設計原則,不能只是為了設計綠色建筑而設計。(2)綠化植物和水景設置時,要進行合理的選擇和搭配,并將小區的熱環境設計有機的協調起來,除了可以讓人進行觀賞外,還需要將水和植物的熱島作用充分的發揮出來,對住區微氣候的作用進行改善。
3.3自然通風
在住宅建筑中,自然通風是效果最好、經濟效益最高的環境調節措施,建筑物的立面設計、平面布局、三維空間的布置等,都會對自然通風的效果造成比較大的影響,考慮到這些因素,在進行建筑設計時,要可以對空氣質量問題和熱舒適性問題進行解決,而且是在不增加居民投資的前提上,為居民營造一個舒適健康的居住生活環境。
3.4采光、遮陽和日照的設計
在炎熱的夏季,太陽光的熱輻射和直射會對居室熱環境造成比較大的影響,同時也會對住戶的心理感受造成比較大的影響,遮陽指的是使用懸挑、建筑外形設計、凹凸變化形成的一種建筑維護結構,使得建筑的輻射熱力和接受陽光直射的時間降低,可以很好的根據具體的氣候條件和地理條件,對單體住宅和建筑布局之間對應的關系、建筑群的遮陽和日照以及自然采光進行分析,檢測遮陽和日照是否達到了設計要求[3]。
3.5布置結構
結構指的是外窗、外墻等結構的布置,由于體型系數的概念無法準確的將結構對建筑結構對外建筑熱環境的復雜影響反映出來,由于外窗和外墻的傾角不同,不同地區的主導風向也不同,進而導致滲漏情況出現,由于外表面對流的換熱系數有比較大的差距,隨著時間的變化,日間太陽輻射的接收也會出現比較大的變化,而夜間背景輻射狀態的差異性也很大。
3.6污染和噪音的控制與防治
住宅區需要對防噪系統進行合理的規劃和設計,比如,為了避免交通干線的噪音傳過來,需要將主要交通干線和住區干線隔離開來。此外,還要提高對污染控制的重視度,如果建筑物中內部的空氣質量比較差,那么和室外空氣的污染就有比較大的聯系,通過對建筑周圍的空氣流動情況進行組織,進行合理地綠化,來對室內空氣的品質進行改善[4]。在初期設計時,技術人員要到施工現場進行測試和調研,對當地的污染情況和噪音情況進行檢查,對于不能達到要求的地區,要采取必要的補救措施,對于房屋噪音超標的情況,可以使用錯開設計雙層玻璃窗的方法進行預防,不僅可以有效的降低噪音,而且不會對自然通風造成比較大的影響。
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2.1節約資源
生態觀建筑設計能夠在提高建筑質量的同時,對自然條件和各類資源進行充分利用,保證資源的合理利用,降低了能源消耗。比如保溫隔熱系統能夠節省資源,在建造過程中使用可再生建筑材料等。
2.2健康無害
生態設計必須是健康無害的,給人們以清潔、舒適的居住環境,比如選擇較好的朝向,合理布局室內空間以及健康無害的裝飾材料等。
2.3充分利用自然資源和可再生資源
生態建筑觀能夠充分利用自然環境,盡可能保證當地生態和氣候的平衡。適當改善周圍綠地景觀。生態建筑設計減少了對不可再生資源的依賴,如石油、煤炭等,反而,大量開發和使用可再生資源,如太陽能、風能、生物能等。建筑設計可以結合不同的光照設計建筑朝向,還可以利用太陽光和通風來達到節省耗能的措施。比如利用太陽能進行冬季取暖、夏季降溫等。
2.4與環境相協調
生態建筑需尊重自然、尊重生態。在設計過程中要充分考慮好建筑、環境、經濟、人四者之間的關系。重視選址,處理好與新、舊建筑之間的矛盾。設計過程中從實際出發,因地制宜,突出生態環境和自然風光的優美性。
3生態建筑設計的原則
3.1效率最優原則
生態建筑就是要結合生態學原理和建筑學原理,在遵循生態平衡的原則上滿足人們對建筑功能的需要。在設計的過程中要對室內外空間要素進行組合,對物質和能源進行合理配置,對能量進行有序循環和轉換,然后實現低能高效,保證建筑的生態型。
3.2健康和諧原則
健康主要是指生態建筑對于居住者的身心健康。生態建筑除了在溫度、濕度、日照、通風條件上滿足人們的基本生理需求,還需要從健康性出發,減少有害物質對人身體健康的傷害。在心理方面,保證居住者心情愉悅、開朗,盡可能保證居民的安全性和隱私性,形成開放和隱秘相結合的和諧環境。健康還指對建筑和自然之間的正確處理。建筑建設需要保證整個生態環境的健康,減少對自然生態環境的破壞,減少廢棄物的污染,減少對氣候的改變,形成一個健康的大環境。
4生態建筑觀在建筑設計中的應用
4.1建筑環境的規劃
生態建筑需要注重當地自然環境和人為環境,建筑環境受到自然環境、社會環境、政治環境等因素的影響。建筑環境的規劃需要和這些環境相適應,使建筑和周圍環境能夠融為一體。建筑環境進行規劃需要建立在生態學的基礎之上,調節生態系統之間的關系,保護自然資源和生態環境不受到破壞,使人和自然能夠平衡、和諧發展。還要保證當地自然環境和人文相融相合,形成一個統一有機整體。
4.2生態建筑方案設計
生態建筑方案設計時首先遵循可持續發展原則,尊重自然和保護自然的多樣性。生態建筑和普通建設方案設計方式有很大區別。很多生態建筑采用概念性設計,能夠憑借建筑設計師的理論知識和實踐經驗處理好建筑、環境、經濟效益之間的關系,保證建筑方案具有創新性。生態建筑方案設計首先要遵循從實際出發的原則,把握與新、舊建筑之間的關系,突出自然風光。建筑的發展使得建筑不可避免的受到時尚審美趣味的影響,而影響最為深刻的則是建筑形態。生態建筑方案設計中的形態設計就是建筑的藝術造型。很多生態建筑注重視覺效果,注重外部形態,能夠讓人們感受到建筑帶來的愉悅感和美感。但是注重形態設計并不是說外部形態設計感要超越使用性,建筑形態不管怎樣創新都不能影響其居住功能,不能影響其內部空間的實用性。建筑外部形態還要與自然環境相融合,否則會造成不良的第一印象。如果融合恰當,則會讓起到內涵深蘊、賞心悅目的效果。作為生態建筑設計師,一定要研究建筑形態和自然形態之間的關系,使兩者形成一個整體。
4.3建筑技術節能化
節能化是指生態建筑能夠降低空間布置和物質能源使用上的消耗,保持建筑物結構簡單、建設和使用能耗低、維護費用低等。節能化具體表現是減少對不可再生資源的使用,增加對可再生資源的利用。現代科技發展,各種新技術、新材料層出不窮,很大程度上保證了建筑設計的生態性充分使用太陽能可再生資源,使用太陽能熱水器為生態建筑提供熱能,使用太陽能電池為居住用戶提供無污染、無噪音、干凈、健康的電能,使用太陽能集熱器收集熱量,轉化成儲存能量;利用風能、誰能等天然清潔的能源實現供冷。除了利用可再生資源來節能,還可以采用節能型材料進行節能。比如使用吸熱玻璃、熱反射玻璃等,組成復合構造形式,滿足生態建筑的保溫和采光要求;采用擠塑板、聚苯板或涂刷保溫材料等給建筑外墻進行保溫;使用復合墻體或者加厚廢渣做成的輕質砌塊等建設內墻,增加保溫功能,加長建筑壽命;使用綠色植物作為阻擋視線的屏障,形成綠色環保空間分隔;使用綠色墻或者樹木代替墻壁、梁柱,使建筑和景觀融為一體。
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在進行校園建筑的設計和規劃時,我國普遍將校園用地從功能上劃分為教學文化區、學生生活區、體育運動區、生態休閑區、行政辦公區以及教職工住宅區等六部分,在不同的功能分區內,生態校園建筑設計所用的方法也不盡相同。本文重點對教學文化區、學生生活區和體育運動區的建筑設計做出了闡述。
2.1教學文化區
教學文化區是學校建筑設計的主體區域,這一部分的建筑設計包括教學樓、圖書館、實驗室訓樓等。教學區是校區的核心區域,應該以中軸線形態設計成莊嚴宏偉的風格,以突顯整個學校的風貌。在設計時還應該注意主軸線上的空間層次感和組織序列性。主軸線兩邊的建筑設計應該具有靈活性和變化性。從而使整個教學區的建筑設計莊重而靈活,嚴謹而又富于變化。河南工業大學的建筑就是這樣呈對稱分布的。學校正對門是中心廣場,極具標志性的圖書館位于廣場之后,左右分別為理科、文科教學團組以及各學院專業實驗室。建筑物之間空間較大,搭配草地、花卉、樹木,這樣的布局既給人以莊嚴之感,又顯得開闊、幽靜,符合以人為本的理念。
2.2學生生活區
在綠色建筑理念指導下建筑設計的生態校園中,學生生活區是由宿舍樓、后勤管理中心、學校醫院和服務性建筑組成的。在進行生活區內的設計時,可以開辟林間空地用來供學生休息,在空地中設計綠地、花壇、走廊、座椅等。選擇生活區的花草樹木時,應該選擇具有不同季相、色相變化的植物,豐富生活區內的景觀。為了體現設計的舒適化和人性化,要在生活區內設立活動場所。學生宿舍應該設立單獨衛生間,宿舍樓內設立自習室、閱覽室、接待室、洗衣房等。該區域的建筑設計應該采用智能樓宇管理系統,以方便學生的日常生活。另外,為了體現綠色建筑理念,所有的宿舍樓應該在每一間宿舍的屋面鋪設多晶硅光伏板,通過這樣的手段可以很好地實現對太陽能的利用,從而實現節約能源、保護環境的目的。
2.3體育運動區
體育運動區是學生活動的重要場所,是生態校園建筑設計中必不可少的重要組成部分。尤其是在現階段國家大力倡導全面推進素質教育、促進學生健康成長的背景下,體育運動區的重要性更是被凸顯出來。為此,在進行體育運動區的設計時,應該保證有較大的土地使用面積,根據學校的實際狀況設立籃球館、籃球場、足球場、網球場、乒乓球場、文體中心等職能區域,在該區周圍可以栽種高大喬木,同時將喜陰性的灌木和花卉栽種在喬木下層,以形成一定規模的綠化帶。這樣的綠化帶可以在一定程度上遮陽、擋風,同時還可以有效地減少噪音的擴散。體育運動區在設計中應該對照明燈管職能控制系統、觀眾導覽系統、應急廣播系統等進行有選擇的使用,同時還要強化硬件建設。使體育運動區既具有現代化的氣息,同時又能滿足師生的審美需求。
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生態建筑設計,顧名思義,就是一門具有多工種、多學科的綜合性工程,得到了整個社會的關注與參與。從根本上來說,這就是一門采用生態的理念來進行建筑設計的指導,促進建筑與自身周圍的自然生態環境系統保持相對平衡,從而實現建筑與自然環境的和諧發展,促進人類與自然環境之間和諧發展的系統工程。生態建筑設計是需要大家一起共同參與的,由于生態建筑是連接人與自然、建筑三方面的疏通紐帶,因此不是一朝一夕或是單憑幾位設計師就能夠完成的,這就要求人類要更好的尋求人類社會與自然生態環境之間的和諧發展。
2.生態建筑設計的幾種建筑類型
在目前的生態建筑設計中,常見的建筑類型有以下幾個方面:采用環保材料的生態建筑、采用綠色植物覆蓋的生態屋頂生態建筑、采用建筑節能的生物氣候生態建筑和回歸大自然式的生態建筑。這些生態建筑類型,顧名思義,就是能夠充分使用和利用自然環境的自身資源,在不破壞生態環境的條件下進行建筑的建設施工。采用天然的原材料,使建筑達到環保、美觀,從而大大降低了能源的浪費和消耗,為人類居住環境提供更好的舒適度。
3.生態建筑設計的主要設計要點
在進行生態建設的過程中,其實就是將生態的理念深入到生態建筑住宅的實際運用中去,將建筑住宅打造成為一個生態系統的濃縮體,使人工環境學、建筑技術科學、當代建筑美學等綜合運用起來,為居住者建造和提供一個環保、美觀、舒適健康的居住環境。建筑設計師們在進行生態建筑設計的時候,要由始至終的將生態觀念貫徹其中。從設計、選材、施工等每一個環節,都要體現環境綠化與能源消耗兩方面的和諧。要緊緊地圍繞生態這個理念,保障人類生活與自然環境保護的和諧發展。
二、生態建筑設計所需要遵循的主要原則
1.地方色彩
要在生態建筑設計中體現以自然環境為根本,以當地的實際情況為基礎。無論是在任何的一個地方,建設過程都要遵循這一原則。要將當地的民族風情、文化特色、地理、氣候等在生態建筑設計中充分的體現出來,彰顯其地方獨特的色彩。
2.強而有效的利用
可再生能源資源在現今的城市建設當中,城市建設的發展速度逐漸加快,這也讓城市里的土地資源在能用于建筑建設的方面逐漸減少。要盡可能的開發利用,讓城市里的土地資源能夠最大限度的被開發,就要對建筑施工過程中的設備與技術要求大大提高,這也使生態建筑設計的發展逐步擴大。為了要盡可能的減少能源資源的消耗與浪費,在進行城市建設過程中,要恰到好處的利用可再生能源,盡量避免不可再生能源的浪費,從而促使生態建筑的發展。
3.和諧統一發展自然與建筑建設
在建筑建設的過程中,建筑設計師們要明確清楚知道建筑是屬于自然環境中的其中一部分。在進行設計和建設的過程中,要時時刻刻關注和留意大自然的保護。每一個建筑工程師都要有生態的觀念,要充分意識到自然環境與建筑是整體為一的。所以,要和諧統一的發展自然與建筑建設,堅持自然與建筑的相結合。
三、生態建筑設計與建筑設計生態化的發展趨勢
1.節約能源,采用可再生能源,促進建筑設計的生態化
隨著建筑行業的不斷發展,其逐漸從生物進化開始邁向知識技術進化的過程中。因此,在這個過59程中,就要求建筑設計師們在進行生態建筑設計的時候,要充分的采用生態技術,盡量減少能源的消耗和使用,增加建筑的使用空間與立體空間,充分利用和大大提高能源的使用率。盡可能采用例如風能、太陽能、核能等恒久性、不枯竭的可再生能源,盡量避免由于電風扇或空調所帶來的有害氣體對自然環境的影響,以便給人類的生活提供最大的便利。節約能源,采用可再生能源,不僅減少了能源的消耗與浪費,還降低了建筑的建設成本,充分提高了建筑原材料的利用率。
2.尋找合理生態原型,發展新型生態建筑
建筑從一開始的設計到施工,其實就包含了人類活動與自然環境之間的相互聯系,這也就是所謂的生態原型,即原生生態。在原生生態建筑的作用下,其自身周圍的天氣氣候、自然環境、采光模式等,使人們在設計施工過程中自然而然的就會采用其當地所具有的技術和原材料。從原生態建筑中,就能直接將天氣、溫差變化等體現出來,其都是直接與自然環境進行聯系的。但是對于目前的生活和生產來說,人與自然之間的聯系開始變得間接起來。人們通常都是在日益復雜的人為系統與自然環境之間取得能源和物質交換的,從而使人們對自然環境的了解和體驗逐漸減少。因此,建筑設計師們要尋找出合理的生態原型,從而發展出新型的生態建筑。
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一、我國生態建筑設計的研究現狀
在20世紀80年代顧孟潮就提出了“未來的世界是生態建筑學的時代”的觀點,1994年5月,中國政府頒布了《中國21世紀議程—中國21世紀人口、環境與發展白皮鋤,從我國的具體國情出發提出人口、經濟、社會、資源與環境協調、可持續發展的總體戰略。1972年斯德哥爾摩聯合國人類環境會議以后,我國環境保護運動日益擴大和深人,以追求人與自然和諧共處為目標的綠色革命蓬勃展開。1996年3月,中國國家環保局推出兩大舉措:一是實行污染物排放總量控制;二是實施“中國跨世紀綠色工程計劃”—在九五期間重點治理淮河、海河、遼河等的污染。1996年國家自然科學基金委員會正式將“綠色建筑體系研究列為九五重點資助課題”,1998年又將“可持續發展的中國人居環境研究”列為重點資助項目。2000年我國頒布了《建筑節能技術政策》;2001年,建設部通過雄錄色生態住宅小區建設要點與技術導貝邸首次明確提出了綠色生態小區的概念、內涵;2001年開始實行仁夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》;2001年我國第一部生態住宅評估標準《中國生態住宅技術評估手刪出臺,以可持續發展戰略為指導,以節約資源、防污染、保護生態為主題,創造健康、舒適的居住環境,推進住宅產業的可持續發展。
二、我國生態建筑發展存在的問題
1、缺乏對生態建筑的正確理解
生態建筑的概念國內外學術界有許多不同的解釋,但核心的內容是根據當地的自然環境,運用建筑學、生態學的基本原理,合理安排組織建筑與其他相關因素的關系,使建筑物與其周圍環境成為一個有機的結合體,同時具有良好的室內氣候條件和建筑物的自我調節能力,并具有節地、節水、節能、減少污染、延長建筑壽命、改善生態環境等優點。但是有人認為只要將建筑物周圍加一些綠化就是生態建筑,在建筑物內部點綴一些植物就是生態建筑,建筑物單純的節能就是生態建筑,還有人認為建筑的平面將來有重新劃分的可能就是生態建筑等等。但這些觀點只停留在生態建筑的表面,對生態建筑的理解是不全面的。
2、缺乏對農村生態建筑的系統研究
我國作為發展中國家生態建筑的系統研究不平衡,其中城鄉的差別較大。目前各個學科研究的重點大多局限在比較發達的城市,缺乏對農村居住環境的系統研究,特別是東北地區。大部分的研究都從本學科(生態學、環境學、城市規劃學、建筑學、農業建筑學、能源學)的專業角度出發,雖然研究的內容較為豐富,但是各個學科之間沒有很好的結合起來進行深人的研究,特別是如何在特定地區將人居環境與植物環境工程結合起來是函待解決的課題。
3、缺乏生態建筑的廣泛實踐
目前,我國建筑界發表了許多關于生態建筑的論文,這些論文對于宣傳可持續發展的思想、推動生態建筑的發展起到了一定的積極作用,但絕大多數的論文都停留在關于生態建筑設計的理論框架、設計原則及生態學理論對建筑學的指導、國外先進生態建筑的經驗介紹,缺乏實際工程實踐模式、計算機模擬、環境效果的測試分析。
三、我國生態建筑設計的發展思路與對策
從本質上講,生態建筑設計是一種由生態倫理觀、生態美學觀共同駕馭的城市建筑發展觀。在實踐中的生態建筑設計思路可著重從以下幾個方面:
1、貫徹以人為本的人文原則。
國際建筑師聯合會第十四次會議宣言指出:“經濟規劃、城市規劃、城市設計和建筑設計應當是探索并滿足人的各種需求”。滿足人類生存和發展的需求,不僅是建筑發展的最終目標,而且是人類社會進步的根本動力。在未來建筑設計中,要充分認識和確定人的主體地位和人與自然的雙向互動關系,強調把關心人、尊重人的宗旨具體體現在城市空間的創造中,以適應不同階層、不同年齡、不同職業的市民的多樣化需求。
2、善于因地制宜,尊重環境屬性。
根據生態學的進化論,生態建筑設計包含著資源的經濟利用問題,其中首要的是土地的利用問題。今后城市的發展,勢必在有限的土地資源內展開,為了節省有限的土地,必須建立高效的空間體系,如在地面上建立親和大自然、充滿人情味的低層高密度建筑;利用生態技術建立起巨構城市,向地上空間要效益;充分開展城市地下空間的綜合利用研究等,使城市地面、地下、空中連接為有機協調的立體網絡。生態建筑設計強調與環境具有最佳關系,對環境破壞最小,一并充分發揮環境效益。與環境互選共生、共同增長是生態建筑設計的重要原因之一。建筑的選擇做到充分利用原有的地形、地貌,與周圍的環境特點以及當地的地理與氣候特征相適應,做到“因地制宜”。
3、增強使用者與自然環境的結合和協調。
建筑物作為聯系使用者與自然環境的橋梁,應盡可能多地將自然的元素引人使用者身邊,這也是生態原則的一個重要體現。人是自然環境的一分子,人的活動必須建立在生態化的基礎上,必須與環境建立起一種新的結合和協調關系。從建筑設計到建筑建造、使用、報廢的全過程中,生態建筑對環境的破壞影響最小。與以往建筑設計相同,生態建筑應致力于為人類提供品質最佳的空間和環境,即使建筑本身對環境污染很小,極為節能,但如果人們的各項活動無法在建筑空間中順利展開,其空間的存在與人的功能需求格格不人,這樣的建筑無疑是失敗的。生態建筑的功能應更趨合理,空間更加宜人,更有助于使用者與自然環境間的交流。它應該具備更良好的物理環境,盡可能地采用自然采光、自然通風,并具有抵御自然災害的能力。
4、增加“綠色”面積,保護生態平衡
生態建筑外部與自然相呼應,內部空間的設計也應綠色化,即通過精心的室內設計,將室外的綠色引人室內環境。綠色植物可以制造氧氣,吸收各種有害氣體、慮塵、調節濕度、溫度、減少噪音等。生態建筑的興起為綠化環境開辟了廣闊天地。通過建筑設計,可以使室內空間室外化,運用綠化、水面等劃分空間,這些設計手法在建筑創作上最為常見。如建筑物內的共享大廳、內庭院,在其上部加一個可調節的開啟式屋頂,根據時間季節的變化,由計算機或人工控制,達到室內溫濕度的調節,又可使室內外空間連成一體。另一種設計手法也被建筑師經常應用:屋面綠化。不僅美化了環境,獲得了良好的景觀,而且對屋面剛性防水有維護作用。生態建筑在保護生態平衡、提高人居的自然度方面大有作為。
根據以上發展思路,生態建筑設計對策可以在以下幾個具體環節上進行操作。
首先,在宏觀環境方面,城市規劃設計要根據生態原則了解城市發展的自然過程,用它來指導土地的利用和開發建設,同時協調好城市內部結構與外部環境的關系,在空間利用方式、強度、結構和功能配置等方面與自然生態系統相適應;區域規劃,則要與城市整體環境所設立的系統相銜接,研究探討城市改造、更新過程中的復合生態問題等。其次,在微觀環境方面,如單體建筑設計、園林景觀設計等,要處理好整體與局部、建筑與自然因素的關系。由于微觀環境方面極具廣泛性和靈活性,所以,其具體途徑和式、法非常豐富,蘊含著廣闊的創造性生機。
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生態住宅設計,指的就是綜合運用當代建筑美學、建筑技術科學、人工環境學、生態學及其它科學技術的綜合成果,把住宅建造成一個小的生態系統,為居住者提供舒適、健康、環保、高效、美觀的居住環境的一種設計實踐活動。這里所說的“生態”絕非一般意義的綠化,而是一種對環境無害而又有利于人們工作生活的標志。
在工程實施過程中,生態住宅涉及的技術體系極其龐大,包括能源系統(新能源與可再生能源的利用)、水環境系統、聲環境系統、光環境系統、熱環境系統、綠化系統、廢棄物管理與處置系統、游憩系統和綠色建材系統等。簡單說來,其技術策略主要體現在以下幾個方面:
住宅區物理環境(聲、光、熱環境)與能源系統設計,包括建筑規劃、建筑單體設計、建筑能源系統的設計等,同時又與綠化設計以及建材的選擇息息相關,是當前生態住宅設計中最重要而又最容易被忽視的問題,智能化住宅區,包括信息管理和通訊白動化、物業管理自動化、設備自動化控制、安全防護自動化以及家庭智能化等。
1.1水資源的節省以及廢棄物處理
從這個思路出發,要實現住宅設計生態化,需綜合考慮三個方面的因素:住宅住區規劃。建筑單體設計(包括建筑造型、朝向、定位以及細節處理如維護結構材料選擇、保溫方式、門窗形式等);建筑物內的環境控制系統設計。下面將從風環境設計、白然景觀、光環境等方面,分別闡述可應用到生態住宅設計中的相關技術。
1.1.1住宅區風環境設計
建筑物布局不合理,會導致住區局部氣候惡化。高層建筑由于單體設計和群體布局不當而導致強風卷刮物體撞碎玻璃的報道屢見不鮮。很多事例提醒規劃師和建筑師,風環境和再生風環境問題已不容忽視。然而,可能是對室外風環境的預測不夠重視或缺乏有效的技術手段,當建筑師們在對建筑住宅區進行規劃時,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、美觀設計及空間利用上,而很少(或儀僅憑經驗)考慮高層、高密度建筑群中氣流流動情況對人的影響。事實上,良好的室外風環境,不僅意味著在冬季風速太大時不會在住區內出現人們舉步維艱的情況,還應該在炎熱夏季有利于室內自然通風(即避免在過多的地方形成旋渦和死角)。從這一點上來說,在規劃設計中僅僅考慮對盛行風簡單設置屏障的做法顯然是不夠的。
1.2綠化‘水景設計和防止住區熱島現象
住宅區周圍建筑的熱環境不僅和氣流流動有關系,同時還和住宅區建筑周圍的輻射系統有關。受住宅設計中建筑密度、建筑材料、建筑布局、綠地率和水景設施等因素的影響,住宅區室外氣溫有可能出現“熱島”現象。“熱島”現象在夏季的出現,不僅會使人們高溫中暑的機率變大,同時還促使光化學煙霧的形成,加重污染,并增加建筑的空調能耗。合理地建筑設計和布局,選擇高效美觀的綠化形式(包括屋頂綠化和墻壁垂直綠化)及水景設置,可有效地降低熱島效應,獲得清新宜人的室內外環境。
特別值得指出的是,生態住宅不等于簡單地提高綠化率,如果住宅區綠化僅僅使用大規模綠地而不考慮與林地、水景設施以及自然通風等手段有效地結合起來,不僅不能充分發揮林地在改善室外熱環境方面的巨大作用,還會把大量的金錢浪費在綠地澆灌上,可謂得不償失。在綠化系統設計中如何改善住宅區室外環境,除了避免以上誤區外,還應做好兩個方面的工作:一是合理選擇和搭配綠化植物和水景設置,要與整個小區的熱環境設計協調起來,除了給人以視覺上的美感外,還應充分發揮植物、水在改善住宅區微氣候方面的作用。二是設計中要以人為本,如果綠化設計的最后結果是把人和綠色隔絕開來,僅僅“可以遠觀而謝絕入內”是不可取的。
1.3日照、遮陽與采光
太陽輻射是影響居室熱環境的一個重要因素,同時也是影響住戶心理感受的重要因素。遮陽問題是指由于建筑物的外形設計、特別是凸凹變化的外型而引起的建筑圍護結構(墻和窗等)實際按受的太陽輻射熱量減少的問題。相應的,互遮陽則是指由于建筑群布局而影響到建筑物實際接受的太陽輻射熱量減少的問題。
自然采光有利于人體健康和提高工作效率.我國北方冬季對自然采光就有嚴格要求。在住宅區規劃與單體設計中需仔細考慮遮擋和自遮擋對自然采光乃至建筑物的熱環境的影響。
1.4護結構布置
這里主要是指外墻和外窗等圍護結構的布置,體型系數這一概念并不能充分反映護結構對建筑物熱環境的復雜影響。實際上,對于不同朝向角和傾角的外墻和外窗,由于當地主導風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也相差很大,接受的太陽輻射隨著時間變化而千差萬別,夜間背景輻射狀況也不相同。比較好的解決方法是利用目前國內外比較流行的建筑物能耗模擬軟件(如美國的DOE一2,國內的DSeT,等等)進行模擬分析,才能得到一個比較合理的方案。
1.5噪聲和污染的防止和控制
住宅區規劃應有效地設計防噪系統,如將住宅區和主要交通干線相隔絕,防止主要交通干線的噪音傳過來。污染控制問題也需重視,建筑物內部空氣質量不好,一定是與室外空氣污染有關,而通過有效的綠化、有效的組織建筑周圍氣流流動,可以改善室內空氣品質。在設計初期,技術人員就應該深入現場進行調研和測試,檢驗當地的噪聲或污染是否符合標準。如果不能滿足要求,一定要采取相應的補救措施。如果居室噪盧超標,可考慮采用錯開設計的雙層玻璃窗,既能有效降低噪聲,又不影響自然通風的利用。
2生態住宅原則
生態住宅是運用生態學原理和遵循生態平衡及可持續發展的原則,即綜合系統效率最優原則,設計、組織建筑內外空間中的各種物質因素,使物質、能源在建筑系統內有秩序地循環轉換,獲得一種高效、低耗、無廢無污染,生態平衡的建筑環境。這里的環境不僅涉及住宅區的自然環境,如空氣、水體、土地、綠化、動植物、能源等,也涉及住宅區的人文環境、經濟系統和社會環境。培育生態住宅概念主要是在這種觀念的影響下,在住宅建設與發展中始終以生態問題為中心,在環保、綠化、安居、道路管網等方面進行系統規劃與管理,使住宅區生態環境處于良性循環狀態之中。
3生態住宅的技術策略
3.1追求舒適和健康是生態住宅的基礎
生態住宅首先要滿足的是人體的舒適性,例如適宜的溫度、濕度以滿足人體熱舒適。此外還應有益于人的身心健康,如有充足的日照以實現殺菌消毒,有良好的通風以獲得高品質的新鮮空氣,以及無輻射、無污染的室內裝飾材料等。在心理方面,生態住宅既要保證家庭生活所需要的安全性、私密性,又要滿足鄰里交往、人與自然交往等要求。健康還有另外一層很重要的含義,是指住宅與大自然的和諧關系。住宅應盡可能減少對自然環境的負面影響,如減少有害氣體、二氧化碳的排放。
3.2追求高效是生態住宅的核心內容
所謂高效,是指盡可能有效地利用資源和能源,特別是不可再生的資源和能源。我們知道,建筑業以及與建筑業相關的其它產業(如建材生產、運輸等)消耗了大量的能源和資源。而生態住宅正是要杜絕這種粗放、浪費的模式,以最低的能源、資源成本去獲取最高的效益。
3.3追求美觀是生態住宅與大自然相和諧的完美境界
生態住宅與大自然相和諧不僅體現在能量、物質方面,也同時體現在精神境界方面,包括生態住宅與自然景觀相融合,與社會文化相融合。生態住宅立足于將節約能源和保護環境這兩大課題結合起來,所關注的不僅包括節約不可再生能源和利用可再生潔凈能源,還涉及節約資源(建材、水)、減少廢棄物污染(空氣污染、水污染)以及材料的可降解和循環使用等,因而它所占據的視點最高,所關注的領域也最廣。
潔凈能源的開發與利用。要盡可能節約不可再生能源(煤、石油、天然氣),并積極開發可再生的新能源,包括太陽能、風能、水能、生物能、地熱等無污染型能源。
充分考慮氣候因素和場地因素。如朝向、方位、建筑布局、地形地勢等。盡可能利用天然熱源、冷源來實現采暖與降溫。充分利用自然通風來改善空氣質量、降溫、除濕。
材料的無害化、可降解、可再生、可循環。建筑材料應盡可能利用可降解、可再生的資源,同時還要嚴格做到建材的無害化(無污染,無輻射)。
水的循環利用與中水處理。在適當的范圍內進行雨水收集、中水處理、水的循環利用和梯級利用,特別是對于水資源匾乏的地區。
結合居住區的情況(規模密集、區位、周邊熱網狀況)采取最有效的供暖、制冷方式。加強能源的梯級利用。
結合居住區規劃和住宅設計來布置室外綠化(包括屋頂綠化和墻壁垂直綠化)和水體,以此進一步改善室內外的物理環境(聲、光、熱)。
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2.1全生命周期優勢難以實現
從長遠的眼光來看,綠色建筑對環境效益的實現和降低資源消耗方面具有其他建筑無可比擬的優越性。但若從短期效應來看,這種優越性則表現得并不明顯,經濟及環境優勢會被極大程度地削弱。這一優勢無法實現的主要原因就在于全生命周期價值與使用主體的階段性之間的矛盾。由于一棟建筑的使用壽命與每位使用者的使用期間相比顯得極其漫長,在這漫長的生命周期內會涉及到政府、開發商、設計單位、物業管理及各個用戶等多方利益主體,而這些利益主體的利益所在和經濟需求是多樣化的,例如他們需要在各自的使用期內履行義務,追求各自的經濟目標。這就造成了綠色建筑的成本效益在實際分配中變得復雜,無法使自身的經濟優勢得到應有的發揮。
2.2國家標準與操作協同不一致
我國的《綠色建筑評價標準》,是以建筑專家設定的權重系數為參照而形成的框架體系。目前這一體系在解決綠色建筑生態經濟優化的問題上存在著較為明顯的不足。首先,體系中對生態目標的制定進行了統一的規劃,且生態目標的組成與相互關系也比較固定。然而,實際的建設和操作中,情況往往復雜多樣的。表現為各地區的資源和地理環境呈現出千差萬別的特點,因此難以按照統一的目標加以實施。同時,這一目標在不同環境下實行的結果,往往是對促進生態和諧發展初衷的背離。其次,該標準對不同地區的經濟發展水平和經濟實力等要素缺乏必要的考慮。綠色建筑的理念要求實現經濟效益與環境效益的雙贏,在這一標準的限制下顯然難以實現。
2.3協同工作的復雜性
在理論上,綠色建筑對環境效益的實現是有序進展并合理搭配的。但落實到實際的設計會商時,則會面臨種種復雜的情況。其中首要的問題就是指標權衡的復雜性。由于對環境質量的評定標準各不相同,又缺乏明確的規定,因此常常引起各方在節能、節水、空間優化等不同方面的爭議,這一問題在受到經濟條件制約的情況下尤為突出。通常的解決辦法是以建筑師或甲方的經驗為依據進行取舍,而這些經驗往往缺乏技術上的保證。
3如何實現綠色建筑的生態經濟優化
3.1時間層面
為了解決好綠色建筑的全生命周期效益與多利益主體之間的矛盾,首先應從時間層面的角度,對綠色建筑的生態經濟進行優化。首先,應重點對整體起始端組分進行優化,原因在于起始端的一切細微變化都有可能引發乘數效應。舉例來說,在對某節能系統進行優化的過程中,應該將優化列為先行解決的問題,其次才是空調或供暖設施的優化。這是以較低成本換取最佳優化效果的解決方案。其次,應注意技術措施實行的時間性。采取技術措施的時間、次序和步驟都都需要進行適當的優化。最后,針對綠色建筑的價值更多體現在全生命周期,因此可考慮實行相對應的實時優化方案。既要保證從全生命周期角度完成總體優化,也應注重周期內各個階段的優化措施;既要在設計階段進行優化,也應在之后的建設和使用中進行優化,形成系統化的優化方案。
3.2制度層面
實現綠色建筑的生態經濟優化,成功將其經濟優勢轉化為經濟利益,不僅要依靠技術和設計方面的措施,同時也對制度方面提出了自己的要求。完善的生態經濟優化方案應是技術與制度共同作用的結果。對于綠色建筑這樣的建筑產品,其市場推廣嚴重依賴于與社會其他部門的合作。在這樣的情況下,為了使綠色建筑能夠在我國有更加廣闊的發展空間,就應努力爭取制度上的支持,從而贏得良好的發展環境。因此,應該在指標評價標準、生態目標劃定等方面加強與相關部門的溝通合作,爭取能夠在制度的推動下實現綠色建筑的經濟優勢。
3.3內容層面
面對專業協同的復雜性問題,應在內容層面進行優化而使問題得到解決。根據多重收益原理,我們可以將不同的措施加以整合,使其應用到同一個設計當中,力求使各個措施能夠協調運作,發揮整體效能,最終使多個目標得以實現,同時還可以提高每種措施的效率達到最優的設計效果。這一原理可應綠色建筑在環保的不同側面的措施得以整合優化,從而有效解決協同工作復雜性的問題。
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1)和諧原則。綠色建筑的生態節能設計不單單要符合人們的生存需要,同時也應該與自然、社會相協調。綠色建筑拋棄了過去那種高污染高能耗的發展模式,它根據現代城市發展建設的實際,逐漸朝著環保節能的方向發展。綠色建筑節能設計基于舒適與健康出發,充分體現出人文關懷,帶給人們高品質的生活,所以綠色建筑的生態節能設計必須遵循人類、社會以及自然三者的和諧原則。
2)適地原則。綠色建筑生態節能設計必須堅持因地制宜的原則,其設計建設必須與當地的自然條件、社會經濟條件等相符合。其設計不單單要考慮到場地的特殊性,同時還必須和附近的環境相協調,所以一般綠色建筑設計都有其側重點。比如說北方偏向于采暖節能,南方則是墻體隔熱與遮陽設計。只有堅持適地原則才能夠將綠色建筑的生態節能功能最大限度的發揮出來。
3)經濟原則。綠色建筑生態節能設計指的是最大程度的降低資源、能源消耗,增強能源的利用率,降低環境污染。我國已經提出了“四節一環保”(節約土地、節約能源、節約用水、節約材料以及環境保護)的口號,對于傳統建筑能耗高的實際情況,綠色建筑的生態節能設計必須要解決好這些問題,盡可能的實現資源的循環利用,從而降低建筑費用支出,用最少的投入來獲得最大的效益。
4)高效原則。綠色建筑和傳統建筑不同,它不會以犧牲使用者的安全健康為代價,而是讓使用者的安全、健康與綠色建筑中的各項生態節能功能相協調,滿足節能環保的要求和使用者的需求。綠色建筑應適合消費者,抵制過度的浪費,所以建筑設計人員應該把更多的科學技術手段融入到現代綠色建筑系統之中,不斷提升資源的利用效率,實現高效的原則。
3綠色建筑生態節能設計策略
1)建筑體形與空間組織設計。科學合理的對建筑外觀體型設計可以最大限度的減少建筑與外部環境進行的熱量交換。如果外部環境相同,建筑物體型系數(建筑外表面積與外表面積所包體積比)會直接影響其能耗,且這一數值越大,單位面積散熱量就越大,其能耗越高。從節能降耗的角度來看,我們要把建筑的體型系數保持在一個相對較低的水平線上,而建筑物的體型系數和建筑造型、平面布局設計以及采光通風等因素直接相關。當我們保證建筑物各項功能都可以正常使用之后,才能夠對其空間組織進行設計,對建筑物平面作橫豎兩向分離,進而有效改善建筑物室內環境,最終達到綠色節能的目標。
2)建筑門窗節能設計。在建筑物所有的結構中,隔熱保溫性能最差的便是門窗結構,而門窗結構的縫隙常常是冷熱空氣進出的通道,因此我們必須要科學的設計建筑物的門窗,這也是綠色建筑生態節能設計過程中的關鍵內容。通常來說應該綜合以下幾方面條件來進行門窗設計:采暖耗熱值會隨著建筑物窗墻面積比的提升而不斷增加,因此可以在室內采光通風條件允許時,設計合理的窗墻面積比;另外還必須認真考慮門窗位置,設計科學的開啟方式,從而阻止穿堂風通過;設計能夠自動調節的活動遮陽棚、窗簾等,避免夏季陽光直射;進一步提升門窗制作質量,如果是金屬窗框則應做好斷熱處理,加裝密封條來保證門窗氣密性,使用高質量的門窗材料以及幕墻技術,合理選擇窗戶玻璃品種,吸收和降低熱輻射。
3)建筑墻體節能設計。如果墻體的保暖效果較好,則可以有效降低建筑的損耗來節能。墻體保溫主要分為內保溫和外保溫兩類,而一般來說外保溫是在建筑工程項目成本條件允許的前提下的最佳選擇。墻體外保溫的節能設計通常來說首選節能材料,把保溫隔熱能力較好的材料填充到墻體之中,提高墻體的熱阻,從而降低室外氣候環境變化對室內溫度的影響,還能夠有效延長墻體的使用壽命,有助于減少冷熱橋對建筑墻體結構造成的影響。另外,墻體節能設計還應該充分考慮到實際的氣候環境,做好保溫、防潮措施,改善微氣候環境條件的特殊構造也是綠色建筑墻體節能設計的重點。
4)建筑屋頂節能設計。屋頂是建筑直接和室外環境相接觸的部分,因為陽光的照射以及大氣長波輻射的影響,普通的建筑在冬季時,其屋頂的保溫能力都不是很強,在夏季時又會因為熱輻射吸收過多而造成室內溫度的升高。對于屋頂的生態節能設計來說,首先應該讓其具備冬保溫、夏隔熱的良好性能,其設計要點主要是:a.可以設計架空屋頂、淺色屋頂、種植屋頂以及蓄水屋頂等,有效隔離太陽輻射熱,避免陽光直射;b.可以選擇保溫隔熱材料覆蓋于屋頂上,同時通過其他輔隔熱保溫措施來降低能量傳遞;c.可以選擇在建筑物屋頂涂抹一層反射率較高的特殊涂料,從而減少夏季屋頂對陽光熱量的吸收,以滿足減少空調冷負荷的節能目的。
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(一)與生態環境相協調。
建筑建造過程會對自然與環境產生極大的破壞,因此,在建筑的設計階段就應該將生態理念引入,充分重視自然環境的保護工作,并在對其不造成破壞的前提下加以利用,這不僅能夠降低建筑能耗,而且對生態環境保護也具有重要意義。例如建筑設計中自然采光的利用,能夠減少照明設備的使用量;建筑自然通風的合理設計,能夠改善室內外空氣循環,提高居住舒適度;水池、噴水系統的有效利用,能夠降低室內溫度,減少制冷設備的能耗。
(二)降低建筑能耗。
節能是生態建筑設計的重要理念,生態建筑的設計要求在滿足建筑基本使用功能的前提下,能夠使土地、能源、水、材料等得到充分利用,大大提高其利用率,且能夠最低限度地降低建筑對環境造成的影響。再者,生態建筑設計還要求簡化無用的建筑功能結構,并提高對建筑周邊自然資源的利用率,如合理利用風能、太陽能、生物能等,盡量減少礦物能源的使用量,減小對生態環境的污染程度。
(三)為建筑使用者提供舒適的環境。
對建筑進行生態設計,能夠為使用者提供舒適的環境,提高居住舒適度,使建筑使用者與自然環境能夠進行更好的交流和溝通。
(四)新材料、新技術的應用。
科技的發展推動著建筑行業新材料和新技術的不斷涌現,為建筑行業的帶來了新的發展機遇,為建筑創新建設提供了條件,也極大的推動了生態建筑的發展進程。建筑新材料和技術之間存在相輔相成的關系,只有創新了材料的和技術,建筑創新才有可能。隨著國家對可持續發展以及節能環保的倡導,新材料和新技術將會更為廣泛的運用到實際的建筑設計當中。
三、生態居民建筑的設計方法研究
(一)整體設計方法。
在進行生態建筑設計時,設計人員要將其視為整個城市建筑系統中的一部分,與整個城市建筑系統相聯系。從城市的整體規劃方向出發,對建筑地區的地質水文、地形地貌、氣候條件等基本條件進行全面系統的分析,分析其設計的經濟性和可行性。設計的原則:一是在城市原有景觀特色的基礎上,對其進行創新,創造出新的城市景觀。首先改變不合理的資源配置、布局模式、空間結構以及區域劃分,其次是對城市自然地理特征以及歷史文化的傳承。二是在建筑與自然環境協調的基礎上,綜合考慮建筑的社會效益和經濟效益,以求實現綜合效益最大化。
(二)節能環保設計方法
1可再生能源的有效利用。
設計人員在進行生態建筑設計時,應充分利用可再生能源,太陽能是目前應用最為廣泛的可再生能源,也是生態建筑中能源系統的一部分。太陽能應用在建筑中,不僅能夠節約大量的能源,而且對環境無污染,真正做到了綠色環保。現階段太陽能的利用主要有太陽能集熱板集熱、太陽能光伏發電兩種。目前,太陽能集熱板的應用已比較廣泛,將太陽能集熱板用于建筑節能設計中,能夠使建筑和環境做到協調統一,降低能耗,節約國家資源。如可利用太陽能進行建筑一體化設計,將白天太陽能轉化的電能通過太陽能特定蓄電池儲存起來,夜晚利用控制器將儲存的太陽能電能用于提供生活熱水或是供暖,這種方式具有安全、無污染規模大小可靈活調節且不受地域限制的特點。
2建筑系統中物質與能源的循環利用。
生態建筑設計中要注意對風能和自然采光等的合理利用,例如利用室內外的熱壓和風壓形成自然通風,通過裝設通風設備,控制空氣流向,實現室內自然通風,從而降低建筑本身的能耗,節約建筑材料;利用自然采光,減少建筑照明設備的使用,降低建筑電能的使用量,降低能耗。再者,建立水資源循環系統,實現水資源的循環利用。水資源系統既能滿足人們的基本用水需要和建筑的功能,又能將水資源綜合利用、水景觀、生態修復以及污染控制等集為一體,其能夠將建筑用水、污水處理再利用以及雨水收集與利用、生態子系統等進行有機結合。水景規劃設計以節約水資源和防止環境污染主要目標,遵循水資源循環、可持續利用的基本原則,對雨水進行收集和再利用,并經雨水處理系統處理后,用于補充水景的景觀水。通過水資源的合理利用,將建筑內外部水資源進行循環利用,以實現生態建筑設計目標。
3生態建筑綠化設計方法。
生態建筑中進行綠化設計能夠有效改善居住環境,豐富建筑周圍的綠化空間結構。建筑綠化是將綠色植物作為設計的主要元素,并將其引入建筑當中。隨著城市進程的不斷加快,城市建筑用地面積也在不斷地減小,環境問題加劇。屋面綠化逐漸成為有效改善城市環境的重要舉措。設計人員在進行綠化設計時,可設計空中花園,通過利用綠色植被本身吸收和反射熱能的作用,減少城市熱量,從而降低建筑能耗。再者,綠色植被的生長,對于環境凈化具有重要的作用,能夠提高空氣質量,對室內、室外環境的改善都有積極的作用,這一設計舉措,將人與建筑以及自然進行了有機的結合,很好的實現了生態建筑的相關要求。
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1.生態建筑與生態型建筑1960年代,建筑師保羅•索勒瑞(PoloSoleri)將生態學(Ecology)和建筑學(Architecture)兩詞合并為Arcology,創立了生態建筑學。[2]生態建筑學所要研究的基本內容是在人與自然協調發展的原則下,運用生態學原理和方法,協調人、建筑與自然環境間的關系,尋求創造生態建筑環境的途徑和設計方法。[3]正如本文前面所述,生態建筑理論及其實踐的浪潮正方興未艾,然而,本文所提出“生態型建筑”的概念則更為寬廣,是泛指一切在生態設計理念指導下的建筑形態,它們或是運用生態建筑理論、或是利用相關技術、借用其他學科的理論與實踐成果。從生態建筑到生態型建筑,是概念外延拓展的過程。生態型建筑就其本質來說是一種建筑。因此,為人類營造適宜的使用空間是其首要目的,其次才是以因利乘便或因勢利導的方式去實現生態的目標。為此,我們提出生態型建筑空間的構想。
2.生態型建筑空間的構想無論什么樣的設計思想和哲學理念,最終都要通過一定的空間表達手段使之實現。創造合用的空間是建筑師的根本任務,也是本文探討生態型建筑空間的原因所在。生態型建筑空間與普遍意義上的建筑空間相比,存在著諸多不同:一般情況下,建筑空間主要考慮空間的尺度、空間的幾何形態構成,以及空間的組織秩序關系;而生態型建筑空間不僅要考慮上述因素,還需要更多地關注建筑空間與外部環境的關聯、建筑空間使用者的生理及心理舒適程度,以及建筑對整個生態環境的影響等,甚至成為建筑設計的根本出發點。
二.生態型建筑空間形態分析
1.生態型建筑的外部空間處理生態型建筑外部空間是指建筑與外部環境的關聯性。它主要研究如何合理地組織建筑形態與建筑空間,使建筑與環境的關系更為有機,主要內容包括:以適宜的建筑形態更好地融入地段空間;通過建筑設計使城市空間得以延續;避免對基地環境的破壞性建設等。空間形態一:隱藏類似于1980年代時期流行的覆土建筑。建筑部分體量置于地下,或被大面積的綠化及廣場覆蓋,以此達到對自身存在的一種削弱,保證近地面層綠化系統和步行系統的延續性。同時,建筑表面的綠化植被可以起到隔熱、防塵、改善微循環的作用。由艾米利奧•安巴斯(EmilioAmbasz)設計的“Across福岡,是在城市中探索生態型建筑的典型實例。建筑朝向天神中央公園,其上覆蓋著名為“StepGarden“的階梯狀層層收進的屋頂花園,從遠處望去,整座建筑隱藏于一片綠色的環境氛圍之中。空間形態二:融入所謂的“融入”是指建筑的建構不構成對自然生態系統的威脅,而是作為自然的構成要素,恰當地嵌入城市縫隙或自然肌理,并與自然建立和諧的關系。1993年,美國的西特事務所(SITEArchitects)設計的夏特努加市水之殿(TennesseeAquatorium,Chattanooga),建筑的整體輪廓呈圓形,沿地面水平展開,不僅與地形取得關聯,而且貼合大地,與現有風景完全整合在一起。一系列波浪形的信息墻沖層”和“噪音隔離區”,使建筑室內擁有更為舒適的物理環境。空間形態五:雙層表皮建筑通過相互靠近的兩層表皮間形成拔風筒效應,達到建筑與自然進行能量交換的目的,進而降低建筑能耗,同時為建筑內部創造舒適的環境。英恩霍文•歐文迪克事務所(IngenhovenOverdiekandPartners)設計的德國埃森的RWE公司塔樓(RweAGCorporateHeadquarters,Essen),是一座120m高,擁有雙層玻璃表皮的圓柱體建筑。該建筑的內外兩層玻璃間距50cm,有利于空氣的流通,并在此安裝了一套遮陽系統。內層玻璃可以自由開啟,外層玻璃可以阻擋高空的風力,因此其內部工作間可以享受自然的空氣卻不必擔心高空猛烈的陣風。空間形態六:整體性屋蓋這種空間是以整體性屋面在室內外之間形成了一個過渡性空間,其實質也是氣候的緩沖區。在此類建筑中,建筑的屋蓋擺脫了與建筑平面的必然聯系,而是作為一個獨立的構成要素“,漂浮”在由建筑功能自然生成的體量之上。因此,可以解決因建筑體量過于凌亂而給城市肌理造成的負面影響。法國建筑師B.屈米設計的弗雷斯諾國立當代藝術學校,是一個舊有建筑的擴建項目。屈米保留了原有的弗雷斯諾最輝煌的部分,并用一個巨大的屋頂將新舊兩部分整體覆蓋,因此形成一個半室外、半室內的空間區域。該區域因具有良好的氣候條件和適宜交往的特質而受到人們喜愛。⑵異形建筑界面空間形態七:異形建筑界面這是一種真正立足于理性分析基礎上的生態型建筑。其設計主要從生態的需要出發,根據建筑采光、遮陽、通風的需求來設計建筑空間的界面形態,在看將建筑平行分割,使建筑形成了與環境穿插融合的關系。空間形態三:架空架空是出于對原有的生態環境保護的目的。在當代,由于生態思想的影響,已經有越來越多的建筑師能夠在設計中將建筑與環境同等考慮。當遇到對外界觸動較為敏感的地形地貌,如陡坡、湖岸等,架空便成為處理建筑與環境矛盾的首選。在當今日本,對城市“還地”“、開放”的理念甚至成為指導建筑設計的一種風尚。受此理念影響的建筑師認為,在日益變得狹小而擁擠的地面上進行建造,不如將建筑置于“空中”,為城市留出成片的空間。如位于東京中心繁華地帶的JT大廈,設計者為留出建筑下部的空間而不惜重金將大廈下面架空20m,形成半開放的景觀效果。
2.生態型建筑空間的界面處理⑴雙層建筑界面具有雙層界面的建筑近年來很是流行。通常,它的內層是普通意義上的建筑界面;而外層界面主要起附加作用,使內、外層界面之間形成一定厚度的空氣層,作為氣候的緩沖帶,使建筑內部擁有更舒適的氣候環境。雙層界面是降低建筑能耗、實現建筑生態化的一種有效手段,同時也創造了一種嶄新的建筑空間形態。空間形態四:房中房建筑在建筑與室外之間形成通高的垂直開放空間,該空間單側接臨室外,其余面接臨建筑的樓層空間,既具有氣候調節的優勢,又具有中庭空間的效果,并將街道空間融進建筑空間的內部。波特•里希特•特赫阿里(BotheRichterTeherani)設計的德國漢堡雙X形建筑(Double-XX),其內部是堅固的雙X形體量,外部包裹著矩形的玻璃幕墻,從而形成6個三角形的通高暖房空間,每一個辦公單元都與一個暖房連接,在室內與室外之間形成了“氣候緩似令人費解的異形界面下,隱藏著邏輯性極強的設計理念。建筑師諾曼•福斯特設計的英國倫敦市政廳,呈逐層向南探出的不規則球體,上層樓板可自然為下層空間遮陽。據稱,它的能源消耗量比同等規模使用空調的建筑減少了75%。
3.生態型建筑的內部空間處理⑴對比性空間的組合將具有自然特性的空間,如:庭、園、院,與建筑的功能空間組合設置。這種空間排布方式的重點在于強調空間與空間的關系。在空間的整體布局上,自然性空間與功能性空間這兩種有著明顯對比關系的空間交替出現,形成節奏和韻律。對比性空間的組合,使建筑與自然交錯在一起。同時也避免因單幢建筑體量過大而給建設基址造成過大的影響。空間形態八:空間的水平并置自然空間與建筑功能空間在同一水平面上呈線形間隔布置,既可能是直線,也可能是曲線。此種空間布局富有節奏,其內部空間既有獨立空間的私密感,又有流動空間的通暢、自然之感。英恩霍文設計的漢堡空中客車A3XX制作廳,是一座擁有5個沿曲線排列的翼形玻璃建筑。透明表皮、均好性單元空間是其主要特色。建筑的各翼之間種植了果樹,是良好的交流區,同時保證每個辦公單元都能夠欣賞到周圍的景致。空間形態九:空間的豎向疊合通過將自然性空間與功能性空間沿建筑豎向疊合,解決了建筑的有限用地與人類渴望貼近自然之間的矛盾,是當代土地資源的緊張與人類傳統的“散居”建筑模式的一種調和,是當代高層建筑經常采用的手法之一。法蘭克福的馬克斯大廈,其構思是將公園與建筑結合起來。建筑的各樓層種有灌木、攀緣植2001.8.西安建筑科技大學綠色建筑研究中心編.綠色建筑.北京:中國計劃出版社,1999.9.齊康.建筑.空間.形態——建筑形態研究.東南大學學報,2000Vol.30.10.生態建筑與生態技術.世界建筑2000.04.11.[美]保湯德.伯格納著,郝曙光譯.劉先覺校.現實和幻想之間——20世紀90年代或本世紀末的日本建筑.建筑師.12.荊其敏.生態建筑學.建筑學報,2000.07物和草本植物,它們與建筑的功能空間沿三維的軌道螺旋交錯分布,越接近外立面,種植就越密;越接近核心越稀疏。這些精心設置的綠化形成一個從地面盤旋而上的生態綠化環,與建筑空間共同構筑一個平衡的大生態系統。⑵室外空間的室內化處理室外空間的室內化傾向是當代建筑空間的特征之一。超級秘書網
設計師以分而不隔的手段將室外空間加以限定,使其成為室內空間。因此,該類空間兼具室外和室內空間的特征。空間形態十:內部庭院設計師為建筑的內部庭院覆以玻璃屋頂,導入陽光,類似于“日光室”的作用,使圍繞在其周圍的使用空間,即使在陰天也可以保證溫暖,同時能夠消除小空間可能帶來的封閉感,使視線流通。德國漢諾威的Dvg2000,該建筑有3個內庭,內庭上方均罩以大玻璃屋頂,形成室內庭院,庭院種有橄欖樹、無花果樹和石榴樹,使自然延伸到室內。建筑不再人為地規定固定的辦公地點,而是在開闊的空地上散布著T形的組合式辦公單元,形成“開放性”的綠色辦公景觀。空間形態十一:巨形中庭巨型尺度的中庭空間,高大的頂棚可以使其中的使用者最大限度地忽略它的存在。再配以豐富的植物綠化,能提供宛如身處大自然的空間感受。艾米利奧•安巴斯設計的日本尼契的體育文化綜合建筑(MycalSanda-Pororoca),內部有一個傾斜玻璃幕墻的巨形中庭,中庭內做了大規模的景觀設計:平緩傾斜的草坪、池塘、流水等,可以在一年四季使人感受到綠色的環境。通過以上分析,我們可以簡單歸納一下當代生態型建筑空間的大致特征:
1.作為建筑空間限定要素的空間界面的作用愈加顯著;
2.建筑空間有進一步走向開放的趨勢,從使用者視線的流通到自然光線的引入、通風措施的完備,空間的包容性將有所增強;
3.綠色空間由原來集中于建筑的底層及屋頂層,逐漸發展為與建筑的功能空間相結合,遍布于建筑平面與空間的各個角落。文章探討了生態型建筑的空間形態特征,總結了其常見的空間創作手法。希望能夠達到這樣一種結果:立足于空間這一建筑學本體的內容,著眼于生態的觀念,從人類的宏觀發展和自然界生態平衡的雙重層面認識當代建筑的發展態勢,設計當代高品質的建筑空間。這是我們研究的最根本目標。
參考文獻
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二.建筑設計在生態文明的體現
(一)節地建筑
節地建筑,就是節約土地資源,提高土地利用率。在建筑行業采用高層建筑增加更多的住戶,減緩土地壓力,減緩對地表的破壞。因此,在城市化進程中,絕大部分的建筑采用高層設計。
(二)開源節能建筑
在建筑中最大限度地利用可再生能源,做到“開源”,例如:開發利用風能,太陽能,水,潮汐能等。風能和水能可以發電,減少住戶電能的消耗,太陽能可以轉化成熱能,減少煤炭和天然氣等不可再生能源的使用,開發利用可再生能源,同時減少大氣污染,在海灣和河口建立大壩,可以利用潮汐能,將潮汐能轉化成電能,又能夠建立海產養魚業。“節能”,例如:在建筑過程中,注意建筑余料的回收,做好基坑抽水,回收利用雨水,使用無污染的涂料等一系列節能措施。
(三)少費多用于建筑
少費多用于建筑就是使用較少的物資和能源,建設更多體現生態文明的建筑物。該建筑特點:靈活搬遷,大規模建造,經濟使用,循環利用物資,且環境適宜,形成獨立生態環境。這就要求我們使用原生自然能源,例如:利用地熱資源,在北方冬季較為寒冷,傳統的供暖系統被地暖設備取代,這樣減少煤炭和天然氣的使用,減少人力和物力,降低成本實現少費多用于建筑。
(四)先進的節能技術
使用已有的節能技術。例如:再生磚、骨料代替混凝土,在水泥拌合料中添加細狀高爐礦砂等,這樣有助于減少不可再生能源的使用。此外,統一采用電池管理系統,可以控制通風系統、鍋爐供暖系統、照明系統等,這樣可以提高管理效率也可以提高能量利用效率。再如:墻體在結構占有較大比例,所以它會消耗大量能源,則墻體應采用保溫效果良好的材料,這樣既能夠減小室內溫度差,又能夠降低能源消耗。
(五)設計更加人性化
以往設計注重實用型,利用較小的空間設計出更大的利用空間,而如今隨著生態文明的發展,住戶對建筑設計提出更高的要求,不僅重視實用價值更加強調審美效果。設計者在設計時要綜合環境氛圍,經濟效益,人際交往等多方面因素,結合住戶的對設計的要求和地域的文化特征,以人為本,設計出展示住戶個性特點,展現文化風貌的建筑。
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2.1太陽能利用
太陽能在建筑行業的利用是大勢所趨,國際上光伏和建筑一體化已經有很長的歷史了,特別是太陽能發電,包括反饋到電網。國內的利用主要還是太陽能熱水器,技術已經非常成熟,正在大面積普及當中。未來的發展是需要大力普及光伏和建筑一體化,重點在于利用光伏發電解決照明和家用電器用電,以及包括做飯和炒菜在內的高等級能源需求,也為熱泵普及提供高級無碳電力支撐。
2.2生物質能利用
垃圾液化氣和秸稈生物質能主要是為住宅提供生火做飯和炊事用能,包括沼氣在內,是生物質能的較好利用形式,也為熱泵和太陽能聯合供暖、供熱水或發電實現了低碳或零碳建筑的互補手段。只有聯合利用這些低碳可再生能源,才能夠完全實現綠色建筑的零排放和零能耗,甚至正能量輸出,反饋到電網,為電網輸送綠色能源。
2.3地熱能利用
熱泵技術主要用于采暖、制冷和洗澡的熱水。如果被動房普及,地熱主要是用于熱水,用來洗澡和洗衣服等,包括溫室大棚的保溫,適合什么就做什么,因地制宜。這里說的是100℃以下的中低溫熱泵,如果發展400℃以上的高溫熱泵,那么在工業上的應用將會更加廣泛。
3被動式建筑蓄熱技術
通過透明蓄水層提升整個圍護結構的熱惰性和蓄熱性,在和外界自然環境中能量變化的對抗中,TWSE先做到內氣充盈,可以吸收和蓄存比常規圍護結構更多的能量[1]。一般以靜態蓄水就可以對抗室外溫度波動。夏季過熱時,通過建筑供水系統向蓄水模塊供水,回水直接用于盥洗室和衛生間,多余熱能通過排水系統被耗散掉。用單位體積的水傳輸的能量比單位體積空氣傳輸的能量大的多,很容易用小功率泵實現四兩撥千斤,即以小能量調動大能量。供水系統來自埋地的供水管道,很容易實現與大地溫度一致,而TWSE系統正是借大地和太陽輻射的能量對抗冬季和夏季外界空氣環境中極端能量變化,正所謂借力打力。
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當前經濟快速發展,現代人對生活區域和生產區域的環境要求也隨之提高。因此,在生態建筑設計時,首先要樹立以人為本的設計理念,在生態建筑設計中要充分尊重人的主體地位,體現出對人的關心,就需要充分考慮建筑物的室內設計、交通條件以及生態環境,以滿足人們對建筑的多層次需求,從而為人們創造出更加清潔、舒適、環保、健康的空間。比如:根據建筑地的自然環境,建立宜人的綠化系統。
(2)節能環保原則。
節能環保是生態建筑的內在要求,在建筑設計過程中,要盡可能的選用可以循環利用或者可降解的材料,盡可能少的產生建筑垃圾,即便產生也不致于對環境產生危害;選用建材時還要考慮優先使用本地建材,減少運輸過程中對能源的消耗和對環境的污染。
(3)經濟性原則。
生態建筑要符合經濟性,指的是建筑施工中,盡可能選用一些新材料新技術,以降低施工成本,但更重要的強調建筑在建成后使用過程中要經濟運行,對資源、能源的消耗要降至最低。在進行生態建筑施工過程中,牽涉到多個科學理論以及先進技術,并與建筑材料進行配合,確保生態建筑的高效運行、低耗運行以及節能運轉,最大程度減小生態建筑在環境使用過程中的破壞程度,降低對自然的能源消耗,實現經濟的優勢運行。例如:根據生態學的設計理念,最大程度地采用自然的采光、通風方式。
(4)因地制宜原則。
科學的生態建筑設計方案,應該是經濟效益與環境效益的統一。因此,在生態建筑設計過程中,要綜合考慮建筑周圍的自然條件,重視環境、植被以及當地土地的特點,處理好與環境的關系。在建筑風格上,應該與當地環境協調一致;在建筑能耗上,盡可能地結合當地的日照和風向特點,降低建筑在使用中對化石能源、資源的消耗。在綠化環節上,應該盡可能地引用當地物種,避免綠化過程中因植物無法適應新環境而產生資源浪費。
2生態建筑設計的有效對策
2.1以人為本,注重建筑的宜居性和美觀性
生態建筑設計的最終目的是滿足人們的需要,所以在設計過程中,要充分考慮建筑物的室內設計、外部交通狀態及區域生態環境,努力創造更加舒適、美觀的空間環境。現以住宅建筑為例,闡述一下以人為本的建筑設計理念。首先,建筑的室內設計要按照人們日常生活習慣來布局室內空間,比如,客廳的功能主要的會客和居家休閑,設計時應該寬敞、明亮、簡潔;再者,小區要建立完備的交通設施,滿足人們的停車需求,比如:機動車停車場最好人車分流,建立地下車庫,一來不影響小區地面美觀,二來確保行人安全,而自行車棚則應該離樓道門口近為宜,方便人們簡易出行;最后,要根據區域的生態環境營造出舒心怡人的小區環境,比如合理布局小區綠植,提高有效綠化面積,提高舒適度。設計者在做設計時,頭腦中要清醒地認識到以人為本設計宗旨,以確保人類的身心健康,為滿足人類各種活動需要作為設計的核心要求。宜居性和美觀性要求建筑設計時,要綜合考慮滿足人類的生理、心理等各方面的要求;要綜合處理人與人、人與自然等多項關系;綜合滿足使用功能、安全環保、舒適美觀、節能經濟等各種要求;還需要了解建筑所在地的地域文化特征,將地域文化有機的吸納和融合起來,使得建筑物與周圍的人文環境相協調,并盡力成為地域文化的一種標識。
2.2采用新材料新技術,降低建筑施工和使用過程中的資源、能源消耗
經濟社會的快速發展,也帶動建材工業和建筑技術的發展,在生態建筑設計過程中,要充分使用新材料新技術,以實現建筑的節能環保和經濟運行。首先,建筑材料技術的不斷進步,傳統的以磚石為主要材料的建筑結構逐漸被更高和更輕便的墻體和結構所取代,在減輕建筑自身重量的同時,進一步擴大了建筑的內部空間,節約了建筑材料的使用。如高強度混凝土材料、高強鋼筋、高強預應力鋼筋、泡沫鋁材料、高強度玻璃等。建材的循環利用,既能充分利用資源,也能降低人力、物力成本,在設計時,將循環利用理念引入進來,可以促進生態建筑的可持續發展。節能技術在建筑行業發展同樣比較迅速,生態建筑中能夠使用到的清潔能源包括生物能、地熱能、風能以及太陽能。其中應用最廣泛、種類最豐富的是太陽能技術,太陽能在建筑上的應用,可以對建筑采暖、降溫、干燥等。比如,通過窗戶集熱板建設太陽能資源系統,運用玻璃盒子單元集熱板、蓄熱裝置、風扇和空氣導管等組合而成,從而將太陽的光能轉化成需要的熱能。還有當前地熱能在建中的應用也快速發展,地熱儲備量豐富的地區,可以采用地熱采暖,污染小、運行成本低。生態建筑設計者,應充分應用這些新的技術,以降低生態建筑的運行能耗。
2.3處理好與周邊環境的關系,實現建筑與環境一體化融合
建筑設計與周邊環境的一體化融合,這個有兩層含義。首先,建筑設計要實現人與自然的一體化。也就是對人與人、人與建筑、人與自然之間的關系進行適當地處理,從而為人類創造一個舒適的小空間,同時又要融入到周邊環境中,且不對環境產生破壞,實現中國古代“天人合一”的思想,促使人類與環境的和諧發展;再者,建筑設計要實現當前與歷史、當前與未來的一體化。建筑設計要和該地區已經存在的建筑協調一致,做到不損壞當地的自然環境和人文環境,這樣才能使建筑能夠在未來長時間的滿足人類社會生產和經濟生活需要。建筑與環境的一體化融合要求建筑設計在選用建材時,首先應選用對無毒無害的建材,以防止建材對人或環境產生輻射、電磁波、有毒氣體危害;還要充分利用當地的自然條件,比如:對環境溫度、濕度進行適當地控制,使室內環境能夠達到人體需要的最佳狀態;強調建筑周圍環境與建筑室內空間要實現自然過渡,,使人們盡可能多地觀賞到周圍的自然美景;注意地域文化延續性,在設計前充分考察當地的文化特征,尊重地方文化的差異,在建筑能吸納地方優秀的傳統文化、工藝及生產技術。例如,西安建筑科技大學的原址是個采砂場,設計時充分考慮原址的特征,將采砂場遺留下來的小山以及一些“砂包石”因地制宜地設計成為眾多小山頭,山山之間形成連綿態勢,并建造蜿蜒的臺階,為學生創造了風景宜人的學習和休閑環境,不僅有效降低了建造成本,還在建筑中最大程度地利用了原址的特點,實現了建筑與環境的和諧交融。