基于生態氣候的建筑設計策略探討

陳成發

【摘 要】生態氣候設計采用適宜技術，呈現地域氣候特征。建筑空間與形態設計結合當地氣候，冬季防風，夏季通風，并與自然地形協調一致；建筑結合自然地理，依山就勢，南北縱深呈階梯狀節能布局，減少對自然生態的影響；通過降低建筑體型系數和應變氣候的空間設計以及節能構造等設計策略，調節建筑室內氣候，營造低碳節能的生態氣候建筑。

【關鍵詞】生態氣候建筑；設計原理；節能策略；設計方法；

1 生態氣候建筑設計原理

1. 1 基于鄉土建筑和生態節能的建筑設計理論

生態氣候的建筑設計屬于被動式低能耗設計方法，在建筑物建造、運營、使用到消亡的過程中，建立被動式系統優先配合主動利用系統的共同作用，結合氣候創造舒適性建筑。其設計目標是最大限度地利用自然環境條件，探索建筑形態生成與自然環境之間的關系，量化建筑形體系數與能源有效利用指標，使建筑設計實現利用氣候資源最大化，并與當地經濟、社會發展及技術條件相聯系，形成獨具個性化的現代地域性建筑形象。生態氣候的建筑設計理論基于適應地域自然環境的鄉土建筑設計原理和方法，并經過當代設計新思維以及生態節能技術的提煉演變而成，遵循生態學和可持續發展理念，通過相應的設計策略，使得建筑室內熱環境冬暖夏涼。生態氣候建筑設計綜合協調了地域生態氣候條件與建筑功能、形體與空間等要素，通過規劃、設計、環境配置的設計手法，如恰當的建筑形式、構造設計、適宜技術措施等，駕馭自然條件和有利的氣候資源，消除不利氣候影響，對室內氣候向人們期望的熱環境方面調整，盡量減少或者不利用空調設備等技術手段，以獲得建筑環境的熱舒適，創造低能耗且舒適宜人的人居建筑。生態氣候的建筑設計原理如圖1 所示。

1—外部氣候條件曲線；2—通過節能設計方法的室內氣候條件曲線；3—設計策略；4—空調技術手段；5—舒適的室內氣候曲線

圖1 生態氣候的建筑設計原理

生態氣候建筑的設計原理充分利用地方氣候與自然資源，以鄉土建筑和自然主義美學觀、價值觀、倫理觀為思想基礎，并節能降耗，低碳減排。在建筑設計理論和實踐上超越建筑與自然之間的對峙狀態，既不拘泥于自然本位論，更不執著于人類中心論，從而真正消解建筑與自然環境的二元對立模式，將建筑與自然的關系徹底還原為整體性和諧，并包含了建筑與社會、文化環境的關系和諧。

1. 2 生態節能與環保

生態氣候的建筑設計體現了自然、節能與環保的設計指導思想，其評價準則就是宜人性的生態節能效益。它不僅僅是一種修補性的折衷設計理念，而且是辨證和智慧的決擇，它涵蓋了合乎人性和自然環保要求，提高對太陽能等可再生能源的綜合利用，減少不可再生資源的耗費，保護生態環境；它采用生態環保的傳統技術，側重對傳統技術的改進來達到保護原有生態環境的目標；同時將當代先進生態節能設計思想與地域條件相結合，充分發掘傳統地方設計理論的潛力，實現城市與建筑的可持續發展。

1. 3 適宜技術

適宜技術擺脫技術決定論的限制而趨于現代科技鄉土化，鄉土技術現代化。適宜技術是以因地制宜為特征的技術體系，對生態氣候建筑所處地域特點系統分析，選擇出最適合的建筑技術類型，它是由特定的環境決定，是實現建筑設計綠色環保和地方化的有效途徑，包括節能、遮陽、自然采光與通風構造技術，以及體型設計和應對氣候的空間變化等具體的技術手段。

1. 4 地域氣候特征

建筑根植于地方氣候條件與自然環境，進而在長期的實踐中形成特定地域建筑特征與認同感。“通過感情上或形式上加以模仿的手法把古老或當代最流行樣加以拼湊，是不能得到真正的地區性建筑特征的。但是，如果建筑師把完全不同的室內外關系作為設計構思的核心因素加以應用，那么，只要抓住氣候條件影響建筑設計而造成的基本區別，就可以獲得表現手法上的多樣性”。因此，生態氣候建筑設計彰顯地域自然地理和氣候特征。

2 生態氣候建筑設計策略

2. 1 生態氣候建筑的群體布局

地域生態氣候與建筑所處的微觀地形有關，涉及山體形勢、海拔高度及地形地貌。生態氣候建筑群體布局優選日照時間相對最長的南坡，其次是東南、西南坡，東坡、西坡通常只有半天日照，相對較短，氣候條件相對較差，可以因地制宜布置建筑；北坡日照時間最短，夏熱冬冷，氣候條件最差，一般不宜布置居住建筑（ 圖2）。

圖2 生態氣候建筑的群體布局

3 節能構造方法

3. 1 低體型系數

影響生態氣候建筑熱工性能的一個重要因素是體型系數。對于同樣體積的建筑，體型系數越大，其外表面積越大，散熱面積也就越大。因此，寒冷地區建筑的體型系數越小越有利于保溫，同樣也越有利于夏季隔熱。夏熱冬冷地區建筑既要考慮冬季保溫，又要照顧夏季隔熱，因此，無論從空間布局與造型處理，還是構造與材料的運用上，都需要采取靈活多變的應對措施。冬季保溫與夏季隔熱的構造原理是相通的，對建筑體型的選擇盡量追求同樣容積下體表面積最小的建筑形態，并盡量簡潔緊湊，圓柱形與方形是最節能降耗的建筑體型。

3. 2 立體綠化

綠化與水體都具有凈化空氣，蒸發吸熱降溫，引發空氣對流，調節建筑空間局部小氣候之功效。加強地面綠化、屋頂綠化、墻面垂直綠化與陽臺綠化的整體性，減少硬質鋪地，增加綠化種植面，選擇高大落葉喬木遮擋夏日陽光，遮蔭通風，冬季納陽擋風，營造節能建筑設計的微氣候條件。此外，建筑屋頂采用蓄水或覆土種植綠化，使其具有良好的保溫隔熱效果，降低城市熱島效應。西墻的通風綠化表皮，可以設置雙層通風綠化構造，突破簡單的在墻面種植爬山虎一類的攀緣植物的構造，墻體自身散熱減弱，同時利用植物的春夏葉茂、秋冬落葉，有效地解決建筑外表皮夏季隔熱和冬季得熱，從生態角度給綠化注入了深層的含義。

3. 3 生態節能措施

節能設計受傳統地方技術的啟發，合理利用可再生自然資源，不依賴耗能設備，而在建筑形式、空間布局的細部構造上采取措施，以改善建筑熱環境，實現微氣候建構。建筑節能構造方法包括：1） 采用現代技術理念以及高效保溫材料進行構造設計，提高建筑圍護結構的保溫隔熱性能；2） 充分利用太陽能取暖、太陽能熱水泵及光伏發電等綠色可再生能源，生態環保；3 ） 利用地表下淺層土壤或者地下水地熱進行夏季通風和冬季采暖，無污染可循環；4） 建筑表面綠化或在中部引入綠化開敞空間，減輕建筑的熱島效應的設計等措施。

4 結語

生態氣候的建筑設計根植于地方氣候與自然環境，實現環保、低碳而節能。應用圖解分析和歸納綜合的方法，探討建筑設計融入當地氣候與生態環境的原理與策略。生態氣候的建筑設計應通過規劃與設計手段，駕馭有利的氣候資源與自然地形，避免不利氣候影響，采取適宜技術，使得建筑室內熱環境冬暖夏涼，生態節能；建筑布局與空間形態、熱緩沖空間、通風防風、體型選擇、節能構造等適應地方氣候。