略談適宜生態技術在建筑設計中的運用

周燕來

(湖南工程學院建筑工程學院，湖南湘潭411104)

自古以來，在長期的生產生活實踐中，廣大勞動人民對于樸素的生態思想已有了一個深刻的認知過程。于是，在建筑營造活動中，人們巧妙地將各種生態技術運用其中。自然通風與采光、建筑遮陽、屋頂綠化是比較常用的技術手段。此外，傳統建筑材料在現代建筑材料出現以前也一直是建筑師青睞的對象。采用這些適宜的生態技術，在達到節能效果的同時，不但其投入成本遠低于照明、空調等現代高科技，也使傳統技術中的優秀元素得以保留與傳承。生態經濟學家舒馬赫曾提出“適當技術的原則”，即盡量采用符合當地的產業、設備、材料、勞動水準的技術。我國廣大農村建筑面積巨大，建筑設計大部分還處于無政府狀態，更沒有普遍推廣建筑節能技術。經濟條件的限制，使生態低技術仍然是我國農村建筑設計的主流，因此積極發展各類適宜生態技術無論對于我國城市，還是廣大農村都具有非常深遠的現實意義。以下對其分別予以論述。

1 自然通風

自然通風是一種古老的生態思想。在空調出現以前，它一直在建筑中發揮著巨大的作用。后來由于空調設備的出現，人們一度忽視了它的存在。在大氣污染越來越嚴重，能源越來越短缺的今天，人們開始重新審視它的價值。自然通風就是不利用機械設備或者以機械設備作為輔助手段來達到通風目的的一種建筑技術。在我國傳統民居中，經常提到的“穿堂風”，就是人們巧妙利用自然通風的結果。自然通風有三種方式:其一是風壓作用下的自然通風;其二是熱壓作用下的自然通風;第三是風壓與熱壓共同作用下的自然通風。在不同的氣候條件中，人們可以選擇不同的通風方式。眾所周知，阿拉伯沙漠中的“煙囪效應”就是人們利用熱壓作用達到自然通風的結果。在炎熱的沙漠氣候中，煙囪頂部的空氣被加熱后不斷散發到大氣中，需要下部源源不斷的新鮮空氣來補充，于是氣流便形成了自下而上的循環流動。室內的熱量被不斷帶到室外，給人們提供了一個相對舒適的熱環境。在許多建筑大師的作品中，自然通風的運用也非常獨到。印度建筑師柯里亞設計的“管式住宅”，就以良好的自然通風和靈活的空間布局一度成為低收入住宅設計中的典范。圖1為管式住宅通風剖面圖。在夜晚，自然風通過起居室的百葉窗口進入室內，而后順應坡屋面緩緩上升，與外界進入的空氣進行熱交換之后，部分氣體排出室內。這樣的氣體流動持續進行就形成了自然通風，它滿足了住宅中的人們生活、學習等各種日常活動的需要。在印度炎熱的氣候條件下，人們無需花費多余的費用，就有效解決了室內通風問題。該作品體現了柯里亞對于自然氣候條件的深刻理解和靈活運用，對于建筑創作具有一定的借鑒意義。在我國藏式民居中，自然通風的運用充滿智慧。拉薩屬于嚴寒地區，當地的建筑以保溫為主，大多數建筑墻體敦實厚重。但由于室內熱舒適性的需要，適當的通風換氣也是必須的。除了通過門窗縫隙與室外進行自然換氣外，在外墻的適當部位藏族同胞設置了一道道墻縫。這種墻縫一般設置在底層為倉庫的輔助用房的外立面(圖2a)，把手放在墻縫處可感覺到有緩緩的氣流通過。由于藏式建筑底層外墻厚達800～900mm，所以墻縫對應的外墻內側不是一道縫，而是一個多邊形的喇叭狀窗口(圖2b)。室內熱空氣在喇叭口的引導下，經過墻縫排出室外，而室外的墻縫很窄，外部的寒冷氣流又不致于迅速涌入室內。通過這樣的方式，補充了房間的自然通風量，有效地解決了通風問題。自然通風在現代建筑設計中的運用正逐步受到重視。隨著可持續發展思想的深入人心，這種傳統的建筑技術必將重新煥發光彩。

圖1 管式住宅通風剖面圖(圖片來源:汪芳．查爾斯·柯里亞．中國建筑工業出版社，2003年)

圖2 藏式民居中的通風窗

2 自然采光

自然采光是建筑物最好的采光方式之一，它不僅替代部分人工照明而節約了大量常規能源，還為人們提供了一個健康、高效的工作環境。白天，除了一些比較特殊的房間，如大進深的火車站候車廳可能需要借助人工光源外，大多數房間可通過建筑外立面門窗洞口實現自然采光。在窯洞建筑中，人們則利用樸素的鏡面反射原理將自然光引入室內。靠山窯是窯洞建筑的一種，由于窯洞多面靠山，所以靠山部分的房間采光受到影響。由西安建筑科技大學改造的窯洞是將建筑的靠山部位開挖天井。通過天井采光，圍繞天井的房間都可以享受一定的自然光。但是由于窯洞為兩層，底層的采光必然受到影響。為了更充分地發揮天井的優勢，設計師在屋頂天井處設置了平面鏡，在對應的底層則設置了另一面平面鏡。屋頂處的鏡面將光和景引入其中，并反射到底層的鏡面中，底層的鏡面再將鏡面影像引入人的視線范圍。通過一系列鏡面反射，自然光和室外景色被引入室內，滿足了人們接近自然的心理，為人們的生活增添了愉快的情節(如圖3)。

圖3 窯洞建筑引光引景系統(圖片來源:建筑學報2006年10期)

3 建筑遮陽

在夏熱地區，遮陽對降低建筑能耗、提高室內居住舒適性有顯著的效果，因此建筑遮陽技術在新建建筑中運用廣泛。根據不同分類標準，建筑遮陽有多種形式。按照遮陽構件的位置分，建筑遮陽可分為內遮陽和外遮陽兩種;根據遮陽構件的材料可分為窗簾遮陽、鋁板遮陽、張拉膜遮陽等多頂部為玻璃采光頂(如圖5)。成都夏季炎熱，如果玻璃天窗沒有遮陽措施，太陽輻射強烈的時候，由于玻璃“透短阻長”的特性，大量輻射熱將通過天窗直接進入室內，酷熱難擋。因此在玻璃頂棚下，設計師設置了鋁合金內遮陽百葉，遮陽百葉控制了進光量，也有效阻擋了部分太陽輻射熱，即使在夏天，大廳室內也會感覺比較舒適。

圖4 川大某教學樓遮陽板

圖5 川大某教學樓玻璃采光頂

4 屋頂綠化

在日常生活中，培育綠化既能親近自然，也能美化環境，改善微氣候，保持水土。“生態學家研究發現:都市環境在綠覆率20%以上時，野生鳥類的數量才有明顯增加的趨勢，同時當都市保有1/3到1/4的綠地時，才能保有良好的雨水涵養與氣候調節之功能。綠色植物能吸收60%～80%的光能和90%的輻射能，綠化的作用可降低平均氣溫1～3℃，最高氣溫 3 ～5℃ 。［1］”

成都是屋頂綠化生機勃勃的一個城市，許多住宅和公共建筑的屋頂上都點綴了綠化。綠意盎然能讓人心情愉悅，同時居家環境和街道景觀得到有效的改善。追溯屋頂花園的發展歷史可以上溯到2 000多年前的古巴比倫“空中花園”，它被世人列為“古代世界七大奇跡”之一。我國自20世紀60年代開始研究屋頂綠化的建造技術。為了改善城市生態環境，增加城鎮的人均綠地面積，屋頂綠化工程正逐步進入種形式;而依據遮陽構件的活動方式則可分為固定式遮陽和活動式遮陽。根據不同的需要，人們可以選擇適宜的遮陽形式。建筑遮陽構件不但可以遮擋太陽輻射熱，還可以美化建筑立面。賦有一定形式美的遮陽構件有規律地構圖，往往可以創造出極有韻律感的生動的建筑形象。圖4為川大新校區某教學樓室內，傾斜的蜂窩狀鋁板形成了有機的遮陽系統，一部分光線通過小孔濾過，而大部分被擋在了室外，巧妙地解決了教室的夏季遮陽問題。此外，該教學樓的入口門廳城市的建設規劃、設計和建造范圍。

屋面覆蓋植被不僅綠化了環境，也能減少熱量對內部的輻射作用，同時吸收太陽熱能用于植物的生理活動，改善了建筑熱環境和空氣質量，也實現了太陽熱能資源性的轉化。屋頂綠化使原本脆弱的屋頂表層結構在氣候方面也得到了很好的保護，同時屋頂結構的壽命也隨之延長。通常種植屋面鋼筋混凝土屋面板溫度控制在當月平均溫度上下，具有良好的保溫隔熱特性和熱穩定性。四川省建科院對有無種植層的熱工實測表明，在相同條件下，無種植層的內外表面最高溫度分別為32.2℃和61.6℃，而蛭石種植層內外表面最高溫度分別為30.2℃和29.0℃。兩者橫向比較，內表面最高溫度的差值為2.0℃，外表面最高溫度的差值達到32.6℃。可見種植屋面與普通屋面相比，抗熱擾動的能力很強。如圖6所示，上海南站南廣場綠地恰好是主站房地下層的屋頂部分。大面積的種植土覆蓋了屋面，放眼望去，滿眼綠意，既美化了環境，又涵養了水土，為旅客提供了一個舒展心情的空間。屋頂綠化以其經濟性，已在許多城市大力推廣，同時屋頂綠化也賦予了建筑個性化的特征。

圖6 上海南站地下室屋頂綠化

圖7 打阿嘎土

5 傳統建材的運用

建筑地域特色消融，千城一面是現代建筑面臨的一大災難。對于遠離現代文明之快節奏的拉薩，這里的部分傳統建筑正得到有效的保護。在這里，傳統的建筑材料在民居中得以延續使用，建筑的地域特色也得以保留。對于傳統建筑材料，在不同的地區種類不盡相同，這些材料也構筑出千姿百態的建筑形象。傳統建材大致有石材、木料、土壤以及竹子、稻草等等。就地取材，可回收利用率高;節約資源，減少污染，保護環境，是傳統建材的優勢所在。

在拉薩傳統建筑中，傳統材料運用非常之多，小到一個建筑裝飾構件，大到梁柱、屋面。冬春氣候干燥而多風、高地震、晝夜溫差大的氣候特征使當地的建筑形體厚重、敦實。這里的傳統建材有毛石、泥土、阿嘎土、木材等等。毛石與土多用來砌筑墻體。大小石塊上下錯位而饒有韻律的砌筑，密密實實，砌工精美，讓人嘖嘖稱贊的同時也想到此種工藝的另一個作用是可以提高建筑的抗震性能。木材多用于作梁、柱、頂棚以及門窗及墻上的木構件與木裝飾、扶手欄桿等。一般的石材則用于頂棚，或者置放于門窗上的木構件之上用于抵擋雨水，保護木構件。阿嘎土則多用于屋面，借助榆樹皮膠和桐油，經過反復拍打密實后，可達到防水的效果。圖7為一群婦女在打阿嘎土。邊瑪墻是西藏特有的裝飾，也是尊貴建筑物的標志，只用在寺廟、達賴、班禪等大活佛實用的建筑及收藏了丹珠爾和甘珠爾兩部佛教經典的貴族莊園中才能享有。它的材料是當地的一種怪柳樹皮。用細牛皮繩將樹皮捆扎，用錘子將其擊入墻內，占到墻體厚度的一半，最后在其表面涂上自制的紅膠泥，就形成了我們所看到的紅色的堅硬的邊瑪墻(圖8)。由此可見，在傳統藏式建筑中，傳統材料不但運用廣泛，而且各盡其能，每一種材料在能工巧匠們的手中都能發揮得恰到好處，利用這些材料砌筑成的建筑也與它們生長的這塊土地水乳交融，密不可分。

圖8 邊瑪墻

圖9 東西伯利亞地區的梅索瓦亞木制火車站(圖片來源:www．abbs．com)

在大型公共建筑中，雖然傳統建筑材料中的土壤類材料不能用作圍護結構主體材料，但是這些材料所產生的肌理、色澤形成了豐富的建筑語匯，可以作為設計的一種借鑒巧妙地運用于建筑創作中。利用現代材料制作出類似于傳統建材感觀的效果，可以突出建筑的地域性特色。同時，建筑材料中的木材以及竹類材料具有良好的物理性能，可直接用于建筑主體結構材料或者裝飾材料。通過對它們進行深加工，也可制作各種裝飾板材，目前運用已非常廣泛。在蘇州火車站和拉薩火車站中，木材在建筑界面中的運用非常之多。木材與竹子等傳統建筑材料能傳達出溫暖舒適的建筑語言，是人性化設計的再度回歸。同時材料本身節能環保的特性對現代建筑材料是一種有益的補充。在國外有專門的木制火車站，如俄羅斯的東西伯利亞地區梅索瓦亞火車站(圖9)。鑒于此，在現代建筑中，傳統建筑材料仍然有廣闊的發展前景。

綜上所述，在建筑設計中運用適宜的生態技術，可以使建筑在使用階段最大限度地降低能耗、節約資源，從而創造綠色與生態的人居環境空間。在建筑創作活動中，應當鼓勵采用適宜生態技術，以實現經濟效益與環境效益的雙贏。

［1］ 林憲德．綠色建筑［M］．北京:中國建筑工業出版社，2007

［2］ 汪芳．查爾斯·柯里亞［M］．北京:中國建筑工業出版社，2003

［3］ 周燕來．夏熱冬冷地區大中型鐵路客站站房建筑節能設計方法研究［D］．成都:西南交通大學，2008

［4］ 付祥釗．夏熱冬冷地區建筑節能技術［M］．北京:中國建筑工業出版社，2002

［5］ 褚智勇．建筑設計的材料語言［M］．北京:中國電力出版社，2006