從環境角度看生態建筑設計——記災后陽光小學設計

陳曉寧

(重慶大學建筑城規學院，重慶 400045)

1 背景

2008年5月12日，四川汶川縣發生了8.0級大地震。此次地震烈度高、破壞力大、波及范圍廣。地震破壞的不僅僅是物質家園的喪失，更重要的是精神家園的喪失。它體現在人們精神世界的破壞，表現為安全感、歸屬感和認同感的喪失。恢復重建工作任務艱巨，重建工作的關鍵又在于如何建造一個精神家園，而非狹義的房子。

本次設計是關于農村陽光小學的設計。小學是小孩子成長的搖籃，是他們人生觀、價值觀形成的最初階段。地震對孩子心靈上帶來的創傷是很難恢復的。作為地震災區的小學校重建設計，無論作為一般建筑，還是生態建筑，筆者認為首先是一個精神的場所的設計。

2 生長的“地域基因”

“像植物一樣，是地面上的一個基本的、和諧的要素，從屬于環境，從地里生長出來，迎著太陽。” ——賴特

地域的特性，從大的來說，包括氣候、資源、地理、生物等自然因素和社會、經濟、歷史等人文因素;在小的環境里，包括基地的地形地貌、周邊道路、周圍建筑、環境景觀等。不同的地區，地域基因也是大相徑庭的。

位于綿陽市的這塊基地現狀是茫茫田野。一塊塊綠油油的麥田一直蔓延到與天相接處。郁郁蔥蔥的樹木述說著這里的平靜與安定。其間星星點點的房屋仿佛在講述人們安居樂業的愉快生活。看到這樣的環境，人們仿佛忘記了這里曾經發生的巨大災難。那么，在這樣的環境下創建一個陽光小學，它應該是以低姿態、順應環境、融入環境的角度出現。它就像從這片田地里生長出來一樣，親近、自然。怎樣的形態是適合的?怎樣的空間給人的體會是放松的?大地景觀的出現，是對這樣一種優美、舒展的環境的回應，能對人們受到傷害的心靈予以撫慰。

在這里，建筑與場地是沒有明顯分界線的。建筑在場地之間，場地在建筑之中。這擴大了小孩子玩耍的場所，學習和玩耍并沒有強烈的分割開，學習也在娛樂，娛樂的同時也在學習。這樣的空間組合，也提供了人們不一樣的空間享受，使人融于自然之中，“把人帶上大地，使人歸屬于大地”。

3 順應自然的低技術策略

3.1 建筑群體的通風節能

在總體布局中，合理布置建筑的相互關系是高效利用自然通風的一個重要手段。在綿陽所處的夏熱冬冷地區尤為如此。綿陽夏季主導風向為西北偏西風，為了減少夏季空調運行所需要的能耗，保證室內的熱舒適性，在群體空間布局上，采用了前短后長，前疏后密等方式疏導氣流。同時，還采取了制造小環境小氣候的方法，利用建筑形體的流動感，引導和加速群體內的風流動。

3.2 建筑朝向選擇

為了更好契合建筑與城市的關系，建筑并沒有采用正南北向，而是選擇順周邊道路與周圍建筑的走向來布置。但總體上還是以偏南北向為主。建筑東西兩側，尤其是西面采用草坡的手法，阻隔了西曬帶來的熱負荷。

3.3 被動式通風技術

在低技術背景下，只有充分發揮被動式節能方法。對于綿陽地區，乃至整個南方地區，通風的必要性占了十分重要的位置。建筑平面組合中，著重考慮了穿堂風的組織;借助換氣扇等設備加強通風;借鑒傳統老虎窗和工業建筑天窗的原理，設立了高側窗通風。由于綿陽與重慶都是夏季暴雨多的氣象特點，所以借鑒重慶北碚天奇花園的設計手法，在凸窗下開洞，解決梅雨季節通風和夜間通風的問題。

3.4 立體綠化系統隔熱保溫

將環境引入建筑，在面臨操場一面使建筑形成緩坡，人可以直接走到建筑屋頂。屋頂采用蓄水覆土種植綠化，除了能達到綠化的作用，給人感官享受外，技術上也具有十分顯著的保溫隔熱作用。種植屋面的存在，很好地阻隔了夏季屋面受到地熱輻射，對室內溫度起到調控作用;對于冬季，土壤的比熱低的特性，表現在能積蓄一定的熱量，保持室內一定程度的溫暖。整個學校的綠地系統的存在，創造了一個宜人的小氣候，還城市以綠地，使人重歸自然。

4 主動式太陽能技術

4.1 墻體綠化

因為植物綠化生長周期的可變化性，附著在墻體上的綠化也為墻體的設計帶來了可變化的特性。實測表明，墻面綠化對降低室溫有明顯效果。

西墻和南面墻通過栽種落葉攀緣植物，如爬山虎、葡萄、五味子、紫藤等。夏季，枝葉茂盛，可以遮擋太陽輻射、冷卻空氣。冬季，葉子落下后，只剩下枝條，白天可以使墻體直接接受太陽輻射。利用攀緣植物進行建筑物的垂直綠化，雖然可以防止陽光直射墻面，而且葉面蒸發與光合作用還會帶走或轉化一部分熱量，但同時植物也使貼近墻面的空氣滯留，阻礙微風把靠近墻面的熱空氣吹走，從而減弱了墻體自身的散熱性能。所以應采用構架方式，使葉子和墻體面之間留有一定距離的空氣層，進一步起到隔熱、通風的作用。夏季，當植物垂吊在構架上時，構架與墻面之間的間層就形成了良好的通風井，從而加強墻面的散熱性能，避免了直接在壁面上進行綠化的弊端。

4.2 可調節角度的外遮陽設計策略

可調節外百葉系統作為一種外遮陽保溫系統，完全能起到夏季阻擋太陽輻射熱、冬季提高保溫性能的作用，且不會遮擋視線，具有其它活動遮陽方式不可替代的優點，是適應夏熱冬冷地區氣候的窗設計手法。在夏天，一方面，外遮陽阻止了大部分輻射熱進入室內，使室內溫度在正午可以比無遮陽方式降低，大大減少了室內制冷能耗;另一方面，它使室內形成較均勻分布的溫度場，更有利于滿足人們對舒適度的要求。冬季，窗在建筑節能中的作用比較特殊:白天，它將大量的太陽輻射能引入室內，減少采暖負荷;夜晚，傳熱系數遠大于墻體的窗又成為冷橋，加大了建筑的熱損失。而百葉外遮陽形式可利用可調節百葉，在它和窗之間形成一個相對封閉的空氣間層，作為溫度緩沖層，在冬季成為窗的保溫設施。

窗外設置可整體折疊收起的活動式遮陽板，水平折疊、向上折疊或者頂部收納式折疊也有較好的氣候適應性，有利于減少建筑冬、夏季節的能耗。并豐富立面造型。窗外設置可滑動的整體遮陽，在夏季整體遮陽板滑動到玻璃上方以阻擋太陽的直接輻射，在冬季則滑開，使太陽輻射能透過玻璃射入室內，改善室內的光熱環境。

4.3 雙層皮構造

雙層皮在使用玻璃幕墻的公共建筑運用很多。其基本模型是在空腔中設置可調節百頁遮陽，同時內外層玻璃都要設置可開啟通風口。且內層使用雙層玻璃，經濟條件允許的話可以在外low－e鍍膜，外層用鋼化玻璃，保護內部遮陽百葉;內部的百葉也可以用卷簾、窗簾等代替，但是百葉的效果最好。在夏季白天，遮陽百頁閉合阻擋太陽直接輻射，同時通風口打開，利用自然通風降低空腔中百葉的熱量;在夏季夜晚，百頁轉動打開，以利于室內的冷輻射帶走熱量;在冬季白天，空腔內百頁轉動打開使得太陽輻射能透過建筑采光頂射入室內，改善室內的光熱環境，同時通風口閉合使空腔內形成密閉空氣隔離層，增加窗戶保溫性能;在冬季夜晚，百頁閉合，以減小室內冷輻射帶來的熱量散失。

4.4 頂窗采光

對于教學類建筑，教室內的采光是設計的重點。傳統的側窗采光，雖然能獲得良好的建筑立面效果，但是室內照度不均勻，靠近窗口的區域照度過大，而靠近教室門的部分卻又沒有足夠的照度，因此只能利用人工照明來進行補充。

頂窗采光的方式，利用陽光本身的入射角和漫反射的原理，能夠減少直射，避免眩光的產生，并使整個教室獲得更加均勻的照度，從而降低人工照明的使用，無形中又起到了節約能源的效果。

從冬季太陽能利用的角度看，若屋頂能結合天窗設計，則接受太陽輻射熱的效果更好，可以直接到達房間深處。但是一定要考慮到變化的遮陽措施。突出屋面的天窗，可以在不增加建筑面積的情況下在空間的最高處增加空間容積，形成“蓄熱倉”，有利于減緩室內部分空氣的升溫。

4.5 廚房余熱回收利用

宿舍樓位于廚房上。這有利于宿舍利用廚房余熱，可提供宿舍的熱水供應，冬季還可以提供宿舍房間的地暖，節約能耗。進一步開發熱水/冷風兩用型熱泵裝置，不僅可以提供廚房降溫所需冷風，而且可以增加制取的熱水量。

工作過程如下:廚房排氣經抽油煙機強制送入煙道，先經濾油器過濾后再經熱泵系統的蒸發器與其內制冷劑進行換熱，制冷劑蒸發而煙氣溫度降低后被排出室外;蒸發的制冷劑蒸氣由壓縮機吸入，壓縮后排入水冷冷凝器與自來水進行換熱，制冷劑被冷凝經節流降壓后又被送入蒸發器去吸收廚房排氣的廢熱而蒸發;自來水經過水冷冷凝器升溫后送入保溫水箱，并且通過改變閥門的開度調節熱水流量進而控制水溫(熱泵工況也可隨之調整)，使之滿足日常生活需要。

5 設計啟示

在地震災區的重建工作進程中，任務量是巨大的，責任是沉重的。設計者應該為還存活的人提供自己力所能及的幫助。重建，并不意味著修建一個可以居住的場所而已，關懷在于每個人心，從環境的角度，從撫慰人心的角度，認真思考每一棟建筑，每一個空間，是建筑設計者應盡的責任與義務。從環境的角度思考生態建筑，也是基于建筑本身應該的屬性的考慮。

［1］孫喆.夏熱冬冷地區多層住宅被動式太陽能設計策略研究［D］.華中科技大學，2005

［2］陳曉揚.回應氣候的地方建筑技術［J］.新建筑，2006(6):106－109

［3］錢鋒，魏崴，曲翠松.同濟大學文遠樓改造工程－歷史保護建筑的生態節能更新［J］.時代建筑，2008(2):56－62

［4］陳觀生，史保新，吳桂炎.廚房余熱回收熱泵的試驗研究［J］.廣東工業大學學報，2006(3):52－55