建筑生態設計原則及其理論應用研究

劉忠衛

【摘要】隨著人口的增加，資源消耗逐漸加劇，給生態環境帶來了很大的傷害，建筑作為能耗的重要消耗源之一，為了解決這個問題，需要大力推廣節能生態建筑。本文首先對建筑生態系及其設計原則進行介紹，隨后探討了生態建筑設計的幾種主要方法，并分析了生態建筑設計理論在建筑設計中的運用。

【關鍵詞】建筑設計；生態系統；原則；技術方法；應用

一、建筑生態系統設計概述

所謂生態建筑，就是將建筑看成一個生態系統，本質就是能將數量巨大的人口整合居住在一個超級建筑中，通過組織（設計）建筑內外空間中的各種物態因素，使物質、能源在建筑生態系統內部有秩序地循環轉換，獲得一種高效、低耗、無廢、無污、生態平衡的建筑環境。

二、綠色生態建筑設計原則

2.1講求節約能源

綠色生態建筑，最重要的是要遵循節能原則，也就是節約能源、資源，無害化、無污染、可循環。建筑材料使用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）。綠色生態建筑的設計，要求利用各種手段來創造一個有利于人們舒適、健康的生活環境，實現向自然索取與回報的平衡，構建一個和諧高效利用能源的生存環境。

2.2講究生態和諧

建設綠色生態建筑，其次要做到生態和諧。也就是要注重研究建筑物旁邊的植被、微生物、動物和人之間的關系，強調各種物體之間的共生共榮，強調人與自然的和諧統一。這些都可以通過植被的多樣性、自然水資源的保護和利用、化學污染的降低來體現，這樣就營造建筑旁邊的環境質量。

2.3設計科學，以人為本

“以人為本”應當是設計的根本原則。這是因為，人是社會的主體，追求高效節約決不能以降低生活質量、犧牲人的健康和舒適性為代價。在以往設計的一些太陽能建筑中，有相當一部分是服務于經濟落后地區的，其室內熱舒適度較低，沒有認真做到合理設計和以人為本。隨著人們生活水準的不斷提高，這種低標準的“綠色生態”建筑很難再有所發展，也必將被社會所淘汰。從另外一個層面來講，這與國家宏觀要求也是相符的。

三、幾種常見的生態建筑設計方法

3.1生態建筑設計要提高建筑的物理環境條件

在具體的工程施工中，首先要調研設計地段的各種氣候條件，包括溫度、相對濕度、日照強度、風向以及風力等地域的因素，充分考慮到建筑場地，如朝向、定位以及各種地勢地貌、布局等因素，使其順應自然環境及保護環境。建筑物作為聯系使用者與自然環境的中介體系，要應盡可能多的將自然的元素引入到使用者的身編，例如可以增加自然的采光系數，建立高品質的自然采光系統等。創造開敞的空間環境，讓使用者更加方便地接近自然的環境，例如可以利用頂層來設計屋頂花園。

3.2新技術和新材料的應用

在生態建筑設計中可以采用新技術以及新材料。例如可以采用窗戶集熱板系統，該系統由玻璃盒子單元的集熱板、蓄熱單元、風扇以及空氣導管等組合而成。在盒子里，太陽光能通過集熱板轉換成為熱能，并且利用空氣做熱媒，加熱的空氣利用風扇來驅動。從空氣導管中由集熱單元流向建筑內部的各個蓄熱單元。新材料的利用包括透明熱阻材料（TlM）組合墻的利用。TIM是一種透明的絕熱塑料，將它與外墻復合成透明的隔熱墻，起到隔熱的目的。各種玻璃材料也被應用在建筑中，例如吸熱玻璃、熱反射玻璃、電敏感玻璃、調光玻璃等等。

3.3可再生資源的利用

在生態建筑中利用土壤、地下水所提供的地熱資源也是不錯的選擇。未來地下的冷和熱能源的利用會僅次于太陽能，成為第二重要的可再生能源，因為這種能源也是普遍存在的，而且幾乎沒有限制就易于獲得。可再生資源的利用從技術角度是非常成熟的。此外，可再生資源的利用可以保護土地和植被，在建筑的內外創造出田園般的舒適環境。

四、設計理論在建筑設計中的運用

要實現建筑設計生態化，需綜合考慮：建筑規劃，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、自然景觀、光環境、外圍護結構布置、噪聲和污染的防止和控制等方面，分別闡述可應用到生態建筑設計中的相關技術。

4.1建筑風環境設計

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建筑進行規劃時，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，僅僅考慮對盛行風簡單設置屏障的做法是不夠的。

4.2綠化水景設計

建筑周圍建筑的熱環境不僅和氣流流動有關系，同時還和建筑周圍的輻射系統有關。受建筑設計中建筑密度、建筑材料、建筑布局、綠地率和水景設施等因素的影響，建筑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。

4.3日照、遮陽與采光

夏天陽光的直射和熱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。遮陽是指運用建筑的外形設計、懸挑和凸凹變化而形成建筑圍護結構，使室內實際接受的陽光直射和輻射熱量減少。比較好的方法是根據當地地理與氣侯條件，通過精確計算，對住區的建筑布局以及單體住宅的相對關系，進行建筑群日照、遮陽以及自然采光分析，檢驗是否滿足日照和遮陽的要求。

4.4外圍護結構布置

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外圍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，日間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。