生態技術在綠色建筑中的探索與應用研究

代全茂

（武漢工程大學藝術設計學院，湖北 武漢430205）

社會主義生產力和自然科學技術的高速發展，一方面極大地加速了世界和人類文明的現代化進程；另一方面，人們也同樣面臨著生態和發展所帶來的嚴峻的環境問題。高資源消耗、高排放的粗放生產經營模式給城市資源的利用和合理配置以及對城市生態環境的有效治理和保護帶來了巨大的挑戰和壓力。環境污染使生態環境遭到嚴重破壞并過度消耗資源，溫室效應和老齡化人口的劇增等環境問題日益威脅著整個人類的可持續發展和安全生存。

人們已經開始對與居住生態環境息息相關的綠色建筑材料、建筑物的外觀以及結構等都開始有了新的理解和認識，與此同時“綠色建筑”的這個概念由然而生。從目前國際和國內的未來綠色建筑發展趨勢的分析來看，綠色建筑將逐漸成為當今的建筑節能與可降耗的主要發展模式，則未來綠色建筑設計將會如何更好地呈現發展新趨勢呢？在綠色建筑的設計與建造過程中，如果采用可循環利用的綠色建筑材料，這樣能夠為人們節約大量的建筑資源，也將大大減輕和改善人們的居住生態環境壓力。

1 生態技術的研究與發展

1.1 生態技術的特征

生態技術是指既作為一種可有效滿足現代人們的日常生活需要，節約資源和合理利用能源，又能有效保護環境的一切生產手段和技術方法，與環保生產技術、清潔能源生產技術等其他概念比較，更明顯地具有應用的廣泛性和技術的普遍性。目前生態技術的形成和發展主要技術特點是以傳統生態學的原理和生態社會經濟發展規律為主要理論依據，以各種可再生能源技術為主要的能源基礎，以生物技術、信息電子技術等各種高新技術領域為基礎和中心，以各種屬于可再生型或低耗型的常規信息技術為基礎和補充，形成了結構合理的整體性復合型信息技術和網絡體系。

1.2 新型生態技術與材料的發展

近些年，嚴重的城市環境污染問題讓人們產生了警惕，并發起了控訴：還我青山綠水、碧海藍天。在可持續發展理念的影響下，節約資源和合理利用能源，保護環境和資源已成為了經濟和社會發展必須嚴格遵循的基本理論原則。

生態學第一定律：我們任何行動都不是孤立的，對自然界的任何侵犯都具有無數效應，其中許多效應是不可逆的。

生態學第二定律：每一種事物無不與其他事務相互聯系和相互交融。

生態學第三定律：我們生產的任何物質均不應該對地球上自然的生物地球化學循環有任何干擾。

目前，中國大力支持和提倡推動節能低碳減排，倡導低碳環保生活創建一個環境友好型的社會，為了更好地實現這一戰略目標，逐漸引進新能源技術以及對外開放的新能源，研究新能源材料，開展工業和建筑節能減排工作，減少對能源的浪費。

1.3 生態技術的涌現

1.3.1 外墻保溫技術

外墻內保溫，是在外墻結構內做保溫層，操作技術方便靈活，具有內保溫施工的速度快、施工進度有嚴格保證的優勢等特點，內保溫施工技術廣泛應用的時間長，施工技術及質量檢驗的標準較完善。

與內保溫技術相比，外保溫比內保溫的使用節能效果好，雖然屬于同樣一種規格、尺寸和使用性能的建筑保溫材料，但外保溫的技術合理先進，具有明顯的節能優勢。先進的外保溫技術能有效地減少了建筑主體結構的熱橋，使得建筑增加了有效保溫和利用空間，同時有效防止和消除了對建筑物的冷凝，提高了建筑物居住的使用安全性和生活的舒適度，保護了建筑主體的結構，如圖1 所示。

1.3.2 綠色屋面技術

綠色建筑屋面材料和技術在國外的應用和發展有一定的基礎和成熟技術，適宜不同種類綠色植物的生長和構造。在通常條件下，可以考慮種植一些觀賞效果好、易生長成活、成本低、無需太多人工管理的綠色植物，使其隨著環境和季節的變化可以形成不同的建筑景觀和效果。在其生產和使用的建筑構造過程中，一方面該防水層技術的需要，能夠最大限度地解決了其蓄水和通風的問題，滿足了植物在發育和生長的不同階段和環境的需求；另一方面，該建筑材料和防水層技術的使用，以及構造必須能夠有效地保證整個綠色家居建筑頂部的防水層和根系結構不受其他植物防水層和根系的直接侵蝕和破壞，從而大大提高居住的舒適性。

圖1 外墻保溫截面示意圖（圖片來自作者自繪）

1.3.3 屋面排水系統

屋面虹吸式排水系統主要是通過利用不同高度的空氣勢能差，使得虹吸式管道排水系統內部局部產生大量的真空，從而通過虹吸的作用達到快速排放虹吸式雨水的目的。虹吸式燃氣管道雨水排放系統至今已經發展了有20 多年，是當今和國際上較為先進的建筑屋面雨水排放系統，它被廣泛應用于各種復雜的建筑屋面排水工程中。

1.3.4 地源熱泵系統

利用巖層地下水的巖石和巖層土壤等巖層溫度相對穩定的一些物理化學特性，有效地減少對高品位地下礦物質其他能源的能量消耗（也可利用電能），通過直接利用巖層埋葬于地下的輸電線路進行供電，使該系統與地下水的巖石、土壤以及巖層地下水等其他能源系統進行快速電能熱交換，以此兩種方式來達到熱源和能量快速傳輸的主要目的。地源耦合熱泵的機組主要可用來為中央空調系統冬季供熱，夏季供冷的冷熱源傳輸系統，并同時輸送夏季提供的生活熱水。冬季把地下全部儲藏的低品位熱能通過熱泵機組搬運傳輸出來，為地下建筑物供熱及提供生活熱水。

1.4 仿生建筑設計

仿生設計為推動全球生態建筑設計的發展開辟了一個新的發展方向。大自然的生命力告訴人們，經過億萬年的演化和篩選生產出的作品具有生命力和智慧，在社會生態學的意義上遠優于人工的創作，人類建筑技術應該向自然界學習和創新，并廣泛地應用于未來的人類社會發展綠色建筑所需的各種建筑技術和問題。綠色的建筑所需要覆蓋的建筑技術也應該是多層次、多方位的。綠色建筑規模化、系統化和建筑產業化的發展應當被認為是未來綠色建筑技術發展的一個趨勢和方向，甚至應當是未來社會建筑發展的一個重要的趨勢。

2 綠色建筑的研究與未來發展趨勢

2.1 綠色建筑的概念

“綠色建筑”的基本內涵：為構筑建造者和建筑人們更好地生活提供健康、舒適、安全的和適用于日常居住、工作和日常社會活動的各種休息生活空間，同時在建筑全新的生命周期中可以實現高度有效地合理利用自然資源、最大限度地減少任何影響自然資源和生態環境的各類綠色利用建筑物。

所謂“綠色建筑”的“綠色”，并不是單單地指一般意義的立體建筑綠化、屋頂花園，在現代社會中綠色建筑是一種概念或者社會價值的象征，指一種立體綠色的建筑，對于周圍的環境以及生態完全無害，能夠很好地保護周圍的環境，充分利用周圍的自然資源，并且在不需要破壞周圍環境基本生態平衡的特殊條件下即可進行施工建造，又因此綠色建筑可以簡稱為可持續發展建筑、生態建筑、回歸于大自然綠色建筑、節能環保綠色建筑等。

2.2 綠色建筑未來發展趨勢

綠色建筑以可持續發展的理念為設計原則體現了綠色與平衡的設計理念。可持久的建筑設計、良好的內外建筑與環境受益的建筑用戶三者之間的互動關系看起來應該是平衡的，良性的互動關系才能真正達到最優化的內外建筑與環境綠化的效果。綠色建筑的理念正是以體現此觀點為主要出發點，來平衡及協調內外建筑與環境受益的建筑用戶之間不同的內外建筑環境綠化的需求與不同的建筑綠化能源之間相互依賴的程度，而且是使建筑與周圍環境自然融和。其綠化建設不但要和建筑與環境自然融和，更要經濟實惠，讓投資人可以有適當的資源回收，不但能有效提高建筑綠化的效果，更能有效增加企業投資綠化工程建設的市場吸引力。

3 生態技術在綠色建筑中的應用體現

3.1 生態技術與材料的運用

3.1.1 可持續建筑材料已經受到廣泛使用

在建造中如果人們所設計和使用的綠色建筑材料可降解、可持續回收，將會大大減輕環境壓力，節約大量的自然資源。這些綠色的建筑材料將在未來幫助人們考慮如何替代自然資源，尤其是耗竭型建筑材料，可減少對自然資源的浪費和消耗。

3.1.2 零能耗綠色建筑技術的發展和運用

零能耗綠色建筑技術主要依靠可再生的能源，可以完全脫離城市電網系統實現獨立運行。零能耗綠色的建筑不僅可以節省能源，還可以有效減少建筑中的溫室污染氣體的排放。零能耗綠色建筑設計主要是利用了太陽能、風能、生物化學燃料或其他可再生的能源。

3.1.3 新型材料的大量推廣運用

現在已經被建筑商業廣泛應用的是智能反光玻璃，使用激光電后可以通過控制太陽離子的反射量來自動控制激光反光玻璃材料所反射光線的數量。這種太陽熱反射材料本身具有很高的導熱強度和抵抗太陽離子反射的能力，以及良好的散熱能力，在白天它會隨著太陽熱反射最高峰的時間逐漸地變色，晚上則逐漸地變回透明。這種材料可以有效地使居室和建筑更加涼爽，從而大大地減少了能耗，給建筑的居住者帶來舒適的居住環境和生活體驗。

3.2 生態技術在建筑中的分析

3.2.1 新能源技術

多年來廣州珠江城大廈一直被國內中外媒體所廣泛比喻為“世界最節能環保的摩天大廈”。目前廣州珠江城大廈將其對全球氣候新能源技術、太陽能、風能等多領域的深入研究與其創新性的節能環保解決方案有機緊密結合，利用其風能、太陽能自行發電，可自行開發和生產其他企業所需的各種新能源，多余的電還可以直接賣給中國電網。其他建筑設計開發單位曾特別在報告中指出，該珠江城大廈空調節能熱輻射效應的最大影響力和貢獻之一是來自于空調的供熱系統。

3.2.2 墨爾本市政廳和辦公中心大廈

在可持續發展中做出了大膽的創新嘗試，根據窗戶的采光效果會隨著建筑的高度升高而加強的原理，設計了從低到高依次減少開窗的形式，并在出挑的陽臺上種植了綠色植物，既滿足了建筑對自然光的要求，又可以避免過多太陽光照射引起的輻射。東立面使用了穿孔金屬板，就像西立面一樣組成了建筑物的可呼吸表皮。穿孔的金屬板能夠自然通風，提供流動的空氣。南立面有噴淋塔，塔之間是可以相互移動的，夜間窗戶可自動開啟，冷空氣進入室內，為建筑內部換氣通風。受塔內的較冷水蒸氣的影響而降溫，然后進入各樓層的送風管道，為室內提供涼爽的空氣。受熱后的水分返回冷凍水板，經過冷卻后能夠重復利用。

4 結語

在綠色建筑的理念和設計上，人類的建筑應該始終堅持人與自然發展平衡的基本理念和建筑可持續發展的基本概念和原則來進行設計，綠色建筑的設計和理念所需要綜合考慮的因素和內容多且范圍廣，因此，建筑師要充分結合傳統和現代的建筑生態科學和技術，創造和設計出一種有利于實現人類與自然可持續的綠色發展建筑模式。隨著建筑師對于生態氣候和建筑設計有了更深的認識和了解，綠色的建筑在未來的建筑發展中必將逐漸成為建筑設計領域中的一種國際主流發展趨勢。