北方室內生態景觀設計的技術性保障＊

陳宇夫Chen Yufu 韓智中Han Zhizhong.吉林建筑大學，長春300（Jilin University of Architecture，300 Changchun）.吉林商業建筑設計有限公司，長春3004（Jilin Commercial Architecture Design Co. LTD.，3004 Changchun ）

北方室內生態景觀設計的技術性保障＊

陳宇夫1Chen Yufu 韓智中2Han Zhizhong
1.吉林建筑大學，長春130022（Jilin University of Architecture，130022 Changchun）
2.吉林商業建筑設計有限公司，長春130041（Jilin Commercial Architecture Design Co. LTD.，130041 Changchun ）

通過分析探討生態建筑設計觀和室內植物栽培技術的發展以及建筑材料和結構技術的進步，歸納總結出了整體設計觀的確立、現代高新技術材料的應用、大力推廣使用太陽能并改善控制遮陽設施以及強調自然通風、采光和推進地面熱輻射及墻體、屋面保溫等技術措施為營造北方室內生態景觀環境提供了技術性保障與支撐。

北方建筑；室內；生態景觀；技術保障

中國北方地區的氣候相當特殊，特別是東北嚴寒地區，冬季非常寒冷，如何通過技術手段創造出景色宜人，既能增進人體健康又能滿足人的審美需求，且能有效、合理地利用資源，減少溫室氣體排放，保護人類生態環境可持續發展的室內生態景觀已經成為必須探索的一個重要課題。建筑技術，作為實現設計的必要手段，在調節人和建筑及自然的關系中具有非常重要的作用。正是由于現代建筑技術的發展，才使得生態景觀設計廣泛應用于室內成為了可能和必要。

一、生態建筑設計觀的發展

建筑室內的生態設計是一個正在研究探索的大課題。將生態理念引入室內設計，擴展室內設計的內涵，可以把室內設計推向更高的層次和境界，這也必然會推動建筑業對地球資源的利用從消費型向可循環的可持續發展型的轉化。

在20世紀四五十年代，氣候和地域條件成為了影響設計的重要因素。1963年，V.奧戈雅完成了《設計結合氣候：建筑地方主義的生物氣候研究》（Design with Climate：Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism），概括了20世紀60年代以前建筑設計與氣候、地域關系研究的各種成果，提出了“生物氣候地方主義”的設計理論，認為建筑設計應該遵循氣候——生物——技術——建筑的進程。20世紀60年代以來，對未來能源的關注激發了人們利用可再生資源的興趣，如太陽能、風能、水能和生物能等。

從20世紀60年代開始，室內植物景觀又成了被大量運用的主題。以自然景觀為主題的室內生態庭園在現代結構的大型建筑物中開始廣泛應用。60年代后期波特曼（Joho Portman）中庭共享空間的興起，帶動了大尺度空間中以景觀為主題的室內設計的發展。

從20世紀80年代開始，國際上對綠色建筑開始關注，設計結合當地氣候，在高層建筑空間中引入綠化等一系列基于生態考慮的措施開始了更多的實踐。這其中早期比較著名的例子有法蘭克福銀行（見圖1）：在摩天大樓中引入了開放式的空中花園，通過這些花園，自然光和新鮮空氣就可以進入建筑的中空內核，以及面向花園的辦公室。種有植物的花園也為辦公人員提供了一個親近自然的休息場所[1]。

圖1 法蘭克福銀行[1]

東京天然氣公司的總部辦公樓（見圖2）也是一個成功的生態建筑實例。這一建筑的生態技術措施中大量采用了低輻射玻璃結合自動控制的遮陽板，辦公室的中庭從外部吸收新鮮空氣然后將室內已經變熱的空氣從上部通風塔排到室外。由于控制，室外新鮮空氣通過VAV自動空調系統凈化、加熱后送入以平衡室內二氧化碳的濃度。建筑的流線體型、通風塔、生態核、自然采光和通風手段等措施使得這座建筑的能源消耗只有日本普通建筑標準的77%[2]。

圖2 東京天然氣公司辦公樓[2]

1999年在北京召開的第20屆國際建協大會通過了《北京憲章》，提出了建立廣義建筑學的科學概念，并重點談及了正視生態困境、加強生態意識的看法。展望未來，21世紀必然是人類由“黑色文明”過渡到“綠色文明”的新世紀。

在我國，直至20世紀80年代初，才開始有在公共建筑內部營造大型自然景觀庭園的嘗試，但近些年來我國的生態建筑設計理念已經迅速而且廣泛地應用于設計領域，室內生態建筑設計已經從簡單的“自然主義仿生化”傾向，過渡到將植物美學、綠色建材、綠色能源、生態觀念、可持續發展有機結合的綜合設計觀。2010年5月至10月，在上海舉辦的世博會，充分體現了當代建筑的生態、綠色活力。

二、室內植物栽培技術的發展

在許多歷史悠久的古老文明中，早就有了植物異地盆栽的記錄。從考古發現來看，我國的植物盆栽和植物裝飾的起源可以追溯到距今7 000多年的浙江余姚河姆渡文化時期。中東地區早在4 000多年前就已經有了室內盆栽的實例。公元前3 000～1 100年,古希臘的克里特島人已開始用富于裝飾性的底部有孔的花盆來栽植椰棗和傘草以供觀賞。在古羅馬時期，溫室栽培也開始出現,為了使從埃及引進的月季在冬季開花，貴族們建設了特殊的暖房，屋頂用透明石膏，室內用熱水管道加溫，這是西方最早的暖房建筑。文藝復興時期，歐洲已將溫室技術運用于室內花園。為了保護橙樹越冬，從1626年開始建設臨時性的橙屋以予保護。18世紀初，隨著橙樹改為容器栽培，橙屋變成了永久性的建筑并成為歐洲溫室建筑的鼻祖。

古埃及皇后Harsheput(前1503～前1482)在她的宮中用盆栽植物以裝飾并讓其散發芳香，她派人去非洲的東部搜集來觀賞樹，獨立裝盆后規則式地排列而方便了觀賞。古巴比倫國王Nebuchadnezzar II世(前605～前562年)為其皇后Armytis建造的空中花園，可稱得上是室內植物景觀的前身。雖然空中花園仍然是露天花園，但是它具備了現代室內植物種植的很多重要特征，如容器種植、人工灌溉系統、防水設施等。

為了保護異地遷植來的植物順利越冬，溫室建筑也因此隨之出現。漢武帝元鼎六年(前111），建造了“扶蕩宮”用以保護從南越遷移來的植物。在大英帝國的維多利亞時期，從海外引種了大量的奇花異草,這也同樣推動了玻璃暖房建設的發展。室內植物栽培的普及從維多利亞時代開始，一直持續到l9世紀下半葉。

進入20世紀，室內景園(interior landscape)（見圖3、圖4）的發展在很大程度上依靠了更廣泛的可栽培的室內植物種類，以及公眾對室內植物景觀的需求。同時，室內人工環境系統的完善，以及外來植物的運輸和栽植技術的成熟，也為室內植物的多元化提供了條件。

圖3 室內景園之一[3]

圖4 室內景園之二[3]

隨著室內景園學(interior landscape)的發展，室內的灌溉系統技術、室內的園藝技術日臻成熟。近些年來，除了傳統的亞熱帶室內干植物外，更為耐陰、耐旱、耐蟲害，而且顏色更加豐富、花期更長的植物品種被不斷地培植出來。美國室內園林設計師納爾遜·哈默（Nelson Hammer）在1992年出版了一本專門論述這方面內容的著作《Interior Landscape Design》，重點闡述了室內植物種植方面的相關細則。在技術上，著重對植物的選擇、種植、光照以及灌溉進行了較為系統的介紹[3]。

美國圣路易斯花園就是在新技術的支持下，將溫度、空氣、土壤、氣流循環和濕度諸種情況綜合考慮，模擬生態系統進行認真設計的成果。

現代計算機技術也可以對植物生長環境中的空氣環境、土壤環境、水環境進行跟蹤測量并給予自動調節。

吉林省南湖賓館生態園——筆者參與設計及建造的集植物種植、觀賞與餐飲娛樂于一體的大型生態園建筑（見圖5），通過綜合運用生態溫室的設計技術，探討了南北方植物在北方寒冷地區進行越冬種植及大力節能等關鍵性的技術問題。生態園在使用中應用先進的計算機控制系統大大提高了室內人工環境的調控能力。通過對各種探測器反饋回來的數據信號的分析處理，電腦中心的計算機就可以對氣候系統(遮蔭系統、補光系統、C02系統、空氣循環系統、溫度控制系統、濕度控制系統與通風系統)和灌溉系統(水肥自動灌溉系統、水肥處理系統)，以及其他常規系統(給排水系統、空凋系統和消防系統等)進行自動調節，較好地實現了業主對使用功能的多種要求。

圖5 南湖賓館生態園

三、建筑材料和結構技術的發展

古羅馬時期出現的封閉式的中庭建筑，受限于建筑石材和技術的原始,只能創造十分狹小的室內空間,即便如此，被植物裝飾的中庭是建筑的入口，所以主人就在此迎候賓客。

17世紀英國的工業革命帶來了建筑材料和建筑結構技術的進步，玻璃與鋼結構開始出現。l840年以后，玻璃與鋼結構不再限于園藝用途，居室開始大量使用這些新的材料。玻璃暖房成了許多維多利亞時期貴族家庭的必備設施。當溫室技術漸漸成熟，室內植物也日益被人們認知和賞析。

19世紀加熱系統的改進以及透光材料的運用使植物成為居室的重要裝飾，20世紀初室內環境的機械控制系統的完善則擴大了植物在室內的栽培范圍。

室內環境的機械控制是由美國人主導的。1888年用于植物的補充光照，但最初的白熾燈熱效高光譜多在紅光區，不利于植物的生長。直到1938年之后，隨著日光燈、金屬鹵化物燈以及高壓鈉蒸汽燈等高效節能燈的相繼發明，電燈才被廣泛用作植物的生長光源。19世紀制冷系統的發明、20世紀初空調系統的發明及其應用，為現代室內的照明、通風以及溫度和空氣的調節提供了人工控制的可能，也為植物在室內空間健康生長提供了技術性保障。

用于觀賞室內熱帶植物的溫室建筑在所有建筑類型中最早使用了鋼和玻璃結構，1833年巴黎植物園溫室（Greenhouse of Botanical Garden）的建成及對以后的建筑結構有著很大的啟示作用。185l年建于倫敦的水晶宮（The Crystal Palace），建造材料和施工方式是那個時代溫室建筑的典型，但卻被賦予了更多的用途，成為近現代建筑的一個里程碑。設計師帕克斯頓（Joseph Paxton）為滿足建筑規模和建筑速度的要求，運用了裝配式鋼結構結合玻璃材料進行施工，從而完成了整個建筑，創造了建筑工程的奇跡。

在當今建筑設計領域，有效利用太陽能已經成為共識。在建筑中利用太陽能電池發電為建筑提供能源，既無污染，又無噪音，這便是充分利用可再生能源提供燃料。太陽能電池可與建筑材料和構件融為一體，如太陽能光電屋頂、太陽能電力墻以及太陽能光電玻璃等。隨著現代科技的不斷發展，在這一領域陸續出現了吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃、調光玻璃等，設計師可以將它們組合成復合型的構建形式，來達到生態建筑的保溫和采光的要求。

20世紀早期的現代主義建筑運動大大推動了框架結構的應用，使室內空間的靈活性更大，并擺脫了外墻承重的做法，使建筑圍護結構可以變得十分通透。玻璃被大規模用作建筑材料使用在建筑上，使得更多的光線能夠進入室內。這樣，光線、視線、空氣、聲音通過建筑物的外壁使建筑物的內部和外部自然地連接起來，形成了建筑內部空間與外部空間新的關系，為室內外生態借景提供了可行性。此后網架結構、殼體結構、膜結構等各種形式的大跨度結構的發展，使室內開放空間的規模日益增大，為室內生態庭園的建造提供了足夠的空間技術支持。

四、北方室內生態景觀實施的技術保障

在我國北方寒冷地區，冬季平均溫度低于-10℃,如何解決室內生態景觀植物冬季的越冬、節能減排，并發揮植物景觀冬季的生態作用是擺在人們面前的一件大事，近年來隨著國家對節能減排的高度重視，以及北方建設工作者的研究，在高新材料的開發和制作技術上取得了不少的成果，并且總結了大量的經驗，為室內生態景觀的實施提供了較好的技術基礎和思想保障。

1.從整體設計觀入手

現在越來越多的室內設計師從建筑方案設計階段開始就接受了業主的委托，會同建筑師共同參與建筑設計方案的制定，使得室內設計師較早地參與了整體的設計，將室內的建筑空間、結構、美學方面的問題在建筑方案設計之初就充分給予了考慮及解決。從整體環境規劃選址和單體建筑優化設計兩方面著手：在整體環境規劃中，強調的是建筑與環境的關系，解決建筑與地形、地貌、植被、水土、風向、日照和氣候的關系，在單體建筑設計中則通過材料、構造、技術手段等創造舒適的室內環境，實現節能環保，減少能耗，減少排放。如大面積的開窗將導致空調采暖的高能耗，但窗戶面積過小又不能保證日照和采光的要求，因此應用計算機熱工模擬軟件對室內光、熱環境進行模擬，綜合考慮各方面的因素，在保證室內通風采光及空間視覺舒適的前提下確定準確的開窗面積等問題。

2.現代高新材料的應用

室內熱工環境的改善，主要是通過控制空氣溫度、室內物體表面溫度、相對濕度以及空氣流動速度來實現的。這不僅需要采用現代構造技術與新型材料，達到高標準的建筑外圍護結構保溫隔熱性能，消除冷橋；同時還需要采用高保溫性能的門窗，特別是高性能玻璃產品以降低能耗。一直以來，外窗及玻璃幕墻都是圍護結構中的能耗大戶，但隨著技術的不斷發展，新產品的不斷出現，窗及玻璃幕墻的性能已獲得了極大的提升。首先，新型高性能玻璃的發展(如PET—LOW—E鍍膜玻璃，三層中空玻璃等)對外窗及玻璃幕墻的保溫及防輻射性能給予了極大的加強。其次，新的材料結構形式起到了相當大的作用。對窗而言，新型型材及斷橋技術的應用對窗的整體熱工性能及氣密性都有極大的提升；對幕墻而言，新型結構形式及斷橋技術帶來了更好的性能，如雙層呼吸式玻璃幕墻，除其本身固有的高熱工性能及防輻射性能外，利用空腔，在夏季形成有效的自然通風環境以排除熱量，冬季則關閉排風口，又能夠起到較好的保溫保暖作用。

3.太陽輻射及遮陽設施的控制與改善

太陽輻射對北方建筑具有相當大的影響，日照使室內獲得充足的光線，對其進行高效地利用可以減少照明系統的能耗。在冬季，太陽的輻射可使建筑得到一定的熱量，從而降低建筑的熱負荷，但夏季太陽輻射的熱卻加重了空調的負荷。因此對太陽輻射應當有計劃、有目的地控制與改善，以達到最大限度利用太陽輻射的目的。

建筑外遮陽板是有效的遮陽設施，它直接將80%的太陽輻射熱量遮擋于室外，有效地降低了空調負荷，節約了能量。結合建筑立面造型形式，在南向及北向安裝一定形式的可調外遮陽板，隨使用的時間等情況進行自動的調節，這樣既能滿足夏季遮陽的要求，又不影響日常采光及冬季日照等方面的需求。并且可以進一步地安裝光、溫感元器件及與計算機相連的電動執行機構以實現智能化的全自動控制，在室內無人的情況下也可以根據室內外溫度及日照強度自動調節遮陽設施，以降低太陽輻射的影響，節約能源。

相對于外遮陽，內遮陽設施對太陽輻射的遮擋效果較弱，但對于室內設計而言，無論是從私密性角度還是防眩光角度來考慮都是必要的。同時對于改善室內舒適度，降低空調負荷也有一定的作用。

數值計算所采用的離心泵的基本參數：流量Q=50m3/h,揚程H=20m,轉速n=2 900r/min，葉片數Z=6，比轉數ns=132。計算區域主要由葉輪和螺旋形壓水室兩部分組成，為了避免進出口速度梯度較大而影響計算結果，對葉輪進口和壓水室的出口進行了適當延長。應用Pro/E創建葉輪和壓水室流道的物理模型，再導入GAMBIT2.2中進行網格劃分，主要采用四面體網格，得到葉輪和壓水室的網格數分別為457 080，263 709。計算區域網格如圖1所示。

4.自然通風和采光

自然通風和采光往往是結合在一起的。通過保證房間內及中庭頂部(若有條件，可依建筑形式而設天窗)一定的開窗面積，既達到了自然采光的目的，又可以依靠室內外的風壓及熱壓差產生的熱島效應和煙囪效應，形成有組織的自然通風，在室外氣候適宜時通過自然通風達到調節室內熱環境的目的。因此，北方寒冷地區建筑的主要房間的采光和朝向在設計中顯得尤為重要。

5.地面低溫熱水輻射采暖系統

北方采暖系統大都是以集中供熱系統的散熱器片對流采暖為主，因此影響了室內的空間及美觀，近年來較多使用的地面低溫熱水輻射采暖系統以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，在地面采暖管內循環流動，加熱地板，通過地面熱輻射和對流的傳熱方式向室內供熱。它比單純依靠散熱器片對流的采暖方式，能夠節約能源10%～30%。并且因為沒有散熱器片對空間的占用，有利于屋內裝修；地面采暖盤管之下鋪設聚苯板保溫，填充泡沫混凝土則有利于隔音、蓄熱和均勻散熱。

傳導、對流和輻射是熱傳遞的三種方式，傳導和對流傳熱都必須由冷熱物體直接接觸或通過中間介質（如水、空氣等）相接觸才能進行；輻射傳熱不依靠物體的接觸進行熱量傳遞，而是像陽光穿過大氣層向地面輻射一樣，發射體將其內能轉化為輻射能發射出去。當輻射能被另一物體吸收時，又轉化成了該物體的內能。

利用低溫熱水地面輻射供暖向室內供暖時，熱量主要以輻射方式傳送，這種傳送方式直接迅速，熱量無需通過任何介質便可以傳送給供暖對象，減少了中間環節，降低了傳熱成本，提高了熱效率。因此地暖可以利用較低的室內設計溫度便能夠得到與較高的室內設計溫度的對流散熱采暖相當的供暖效果。室內設計溫度的降低，意味著室內供暖熱負荷的降低，亦即節省了采暖能耗，節約了能源。

低溫地面輻射供暖形式，能使室內溫度分布均勻、平和、舒適。輻射供暖的波長為8.97微米，屬于遠紅外中對人體健康具有特殊作用的一種，居于被科學家稱之為“生命線”的波長范圍之內。它可以迅速被人體吸收，使微血管擴張，促進血液循環和新陳代謝，活化組織細胞，增強免疫力，對健康十分有益。低溫輻射供暖一般采用大面積低溫供暖，室內溫度均勻，沒有傳統對流供暖造成的干燥、悶熱等不良效果。

6.墻體、屋面保溫構造

在北方嚴寒地區的冬季，為了保持室內溫度，創造良好的生活環境，建筑物必須獲得熱量，而熱量的來源一般由三部分組成：主要部分是由采暖設備供應，所占比例為70%～75%；其次是太陽輻射熱，所占比例為15%～20%；第三部分是建筑內部得熱，所占比例為5%～10%。這些熱量通過圍護結構的傳熱和空氣滲透向外散失，當建筑物總得熱和總失熱達到平衡時，室溫得以保證。降低采暖設備供熱的比例，提高太陽能輻射熱比例，減少熱量損失，提高建筑的保溫性能，這是建筑節能的基本原理。因此，北方建筑節能的一個重要內容就是減小建筑物外表面積和加強圍護結構的保溫性能，以減少熱量損失。其中，加強對外圍護結構保溫還有另外一個作用，即有利于室內氣溫均勻的分布。

處于北方寒冷地區的建筑，對建筑物外圍護結構包括外墻、屋面和門窗進行保溫隔熱處理仍是目前建筑節能的主要技術手段，其中，耐火等級B1級的EPS聚苯板粘結在外墻表面，結合玻璃纖維網薄抹灰系統（即用粘結劑將聚苯乙烯板粘貼在墻體外側，在其上做玻璃纖維增強層作為保護層，再做抹灰面層，這種保溫技術稱之為“EPS墻體外保溫系統”）正得到越來越廣泛的使用。EPS板完全包裹在墻體和屋面外表面，以其易于施工的特點、宜人的低成本價格、優異的保溫性能而有效地降低了墻體和屋面的導熱系數，消除了冷橋，減少了空氣、風及濕氣的侵入和熱量的散失，穩定了多層、高層等各類建筑物的內部生態環境，大大降低了能耗。當前的設計發展中，也出現了很多利用種植植物的覆土屋面以加強節能保溫的實例。

目前隨著國家對建筑物防火要求的日益重視，耐火等級更高的巖棉保溫材料、聚氨酯保溫材料等在北方建筑的外墻、屋面保溫中也在日益擴大著應用的范圍。

五、尾語

本文闡述了室內植物栽培技術的發展、室內生態建筑的發展和建筑材料與結構技術的發展與現狀，探討了在我國北方寒冷地區，通過對高新材料的開發和應用及建筑技術取得的成果給予了歸納和研究，認為這些都為室內生態景觀設計的理念在北方寒冷地區的實施提供了較好的技術保證。將生態景觀引入建筑室內設計，給建筑師和室內設計師提供了一個新的發展性的思考空間，開辟了一個新的設計創造領域。生態環境保護技術和建筑技術的發展，為實現室內生態景觀設計的基本理論提供了越來越多的技術支撐。把室內生態設計作為一個專門性的課題提出來，已經越來越受到國內外建筑界和室內設計界的重視。北方寒冷地區的室內生態設計包含了建筑、結構、設備、自控、材料、工藝美術、園林景觀等諸多專業性的內容，它需要建筑師、室內設計師不斷更新知識，熟悉、駕馭和有效應用新的技術設計成果。

[1]C.Jencks.The New Moderns.U.S.A, Rizzoli Publications［M］ .2001:29-33.

[2]WackemagelM.Onisto L.Bello Petal.National natural capital accounting with the ecological footprint concept.Ecological Economics［M］.2002:89-91.

[3]帕高?阿森西奧.生態建筑［M］.侯正華，宋曄皓，譯.南京： 江蘇科技出版社，2001:56-57.

Technical Protection for Northern Interior Ecological Landscape Design

Through the analysis of the concept of ecological architecture design, the development of indoor plants cultivation techniques and the development of building materials and structure techniques, the paper proposes the establishment of the overall design concept and the application of modern high-tech materials. It also suggests the use of solar energy and improving the control of sun shading board. Some emphases have been stated in the paper, such as natural ventilation, lighting and advancing the terrestrial heat radiation. In addition, the heat preservation technical measures applied to wall and roof provide technical protection and support to the northern interior ecological landscape design.

north building； interior； ecological landscape；technical support

J04

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2013.06.002（0005-07）

2013-11-10

吉林省教育廳“十一五”科研項目（2007357）。

陳宇夫，吉林建筑大學建筑與規劃學院講師；韓智中，吉林商業建筑設計有限公司高級工程師。