生態建筑學在建筑設計中的應用

張辰辰 （安徽新時代建筑設計有限公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

在建筑設計中融入生態建筑學思想，已經成為當前建筑行業發展的必然趨勢，生態建筑學的應用是十分有必要的，并且在應用過程中已經得到了廣大用戶的高度認可。為了能夠進一步優化生態建筑學在建筑設計中的應用，我們必須對具體應用方法以及應用原則等內容進行深入的探究。

1 生態建筑的內涵和原則

1.1 生態建筑內涵

生態建筑是建筑學體系中一個非常重要的內容，主要關系到建筑構造以及周圍環境之間的協調共生關系。生態建筑指的是利用生態學的相關理論知識，以及實踐技巧將其應用在建筑結構的設計與規劃之中，從而能夠將建筑物設計為整體環境系統中的組成部分，減少人工建筑物與自然環境之間的不協調性和突兀性，在建筑物與周圍環境之間，找到一個科學的平衡點，使二者之間能夠始終保持巧妙的平衡。與此同時，我們還應該通過對生態學相關原理與知識理念的學習，來獲取更多的相關建筑元素設計以及結構單元設計，在提高建筑物與周圍環境協調性的同時，減少建筑建造過程中以及使用過程中所造成的能源消耗，提高生態建筑的生態性和綠色性[1]。

生態建筑的含義主要包括以下兩個方面，首先是在對建筑物以及周圍環境之間的關系進行考慮的過程中，應該既能發揮當前建筑物的使用性能以及使用效果。與此同時又不破壞周圍環境的整體性，盡可能與周圍環境形成協調融合的效果，并且最大限度地減少在建造過程以及生活過程中所產生的能源消耗，做到綠色環保。其次是在對建筑物進行設計的過程中，應該根據當前環境以及空間布置進行對建筑物形狀、規模、方向等關鍵因素和參數的合理設計，從而使建筑物能與周圍環境融為一體，并且彼此之間相互襯托，極大地提高當前建筑物建設的美感，提升業主的居住體驗，改善建筑物使用舒適度，對于當前承建單位經濟效益增長和社會效益增長有著至關重要的作用。

1.2 生態建筑原則

目前，隨著環境破壞情況的日益加劇，以及各種環境破壞因素的活躍，導致全球范圍內自然環境破壞越發嚴重，甚至已經對人民群眾的日常生產生活造成了嚴重的影響，如極地已經發現了臭氧層空洞的存在，全球變暖、沙塵暴等極端天氣頻繁出現，甚至海平面上升已經對沿海國家造成了一定的威脅。自然環境的破壞嚴重，影響到了人民群眾正常的生產生活，并且引起了社會各界乃至全世界范圍內的高度重視，因此我們必須對環境破壞狀況進行反思。隨著社會經濟和科學技術水平的迅速發展，無論是經濟社會還是人類社會都需要大量的能源作為發展的依托。那么是否有辦法，既能夠滿足人類日常生產生活的需求，又能夠盡可能地減少對環境造成的破壞，這就是生態建筑設計的初衷。我們根據對生態建筑的相關研究來看，生態建筑的目標是能夠以最低的成本投入來獲得最大的價值，并且在此過程中盡可能減少不可再生能源的使用。多使用新型能源，比如風能、地熱能等來替代傳統的污染能源，從而盡可能地減少建筑能耗，從建筑方面做到節能減排，減少對環境的破壞，進一步推動人類社會的健康發展。

首先生態建筑設計過程中，應該堅持節約資源、高效利用的原則。生態建筑設計的基礎和前提就是對于資源的有效利用和保護。在此過程中，應該盡可能地減少不可再生能源的使用，為了能夠保障我國人民群眾的正常生活以及社會經濟的常規發展，就必須尋求可再生能源的替代，并在此過程中不斷探尋節能減排的新方向和新道路。由于長期以來，我國將發展重點放置在經濟社會的發展上忽略了對環境以及自然資源的保護，造成了對資源的超前開發甚至破壞，從而導致我國自然環境遭受了巨大的負面影響，出現了水污染、噪聲污染、光污染，空氣污染等嚴重的污染情況，環境和氣候也出現了各種各樣的問題，因此我們在社會生產生活的過程中，必須注重節能減排，盡可能地保障自然環境的健康維護和改善。建筑能耗通常是社會總體能源消耗中的重要組成部分，為了能夠減少建筑能耗的產生，優化我國自然環境和生態系統就必須進行綠色建筑設計，也就是生態建筑的建筑設計重點是減少對于各種污染性較強且不可再生的傳統能源的過度依賴，并在此基礎上對新能源以及可再生能源如風能、地熱能、太陽能進行最大限度的開發，并且在施工過程中盡可能使用環保可回收的建筑材料。在施工后，將各種可回收的資源以及材料進行回收，從而減少對環境的破壞和污染。

其次，生態建筑在設計過程中，其目標是使建筑物以及建筑物的使用者能夠與環境之間實現和諧相處，并且能夠滿足業主對于當前建筑環境的舒適性和實用性的要求，這也是進行生態建筑設計的前提和基礎。在當前傳統建筑模式下，建筑物舒適程度的提高，主要是通過能耗的提高來進行控制，尤其是對于冬季以及夏季的溫度控制來說，如果降低了能源消耗那么就很難對傳統建筑物進行相應的溫度控制，從而導致建筑物的使用舒適度降低。生態建筑很好地解決了這點問題，生態建筑與人類活動和建筑設計的可持續發展以及可持續使用之間是密切相關的，比如當生態建筑長時間接受陽光的照射，可以有效地減少室內病毒細菌的產生與存在，通過自然通風能夠有效地使空氣進行流通，改善屋內空氣環境和溫度水平。進行綠植的種植和擺放不但能夠作為裝飾物提高建筑設計的美觀程度，而且還能有效地減少建筑物內出現的各種有毒有害氣體，并且提高建筑物使用的舒適程度。所以進行生態建筑的設計需要在確保降低能耗的同時，提高建筑的綠色程度和居住的舒適度，這也是生態建筑與傳統建筑相比最大的優勢所在。

2 生態建筑設計的方法

2.1 建筑整體的設計

環境體系結構不但能夠對當前建筑的整體設計問題提供新的解決方案，而且能夠有效地改善當前建筑物與環境之間所產生的集成和交互關系，明確當前建筑物在周圍環境中的具體位置以及相應身份。我們在進行生態建筑的設計過程中，必須滿足兩方面要求。首先，生態建筑必須與周圍環境，尤其是外部所處的自然環境相融合，從而能夠有效地避免對當前環境產生破壞，另外還要盡可能提升建筑物本身與周圍環境的風格協調統一程度，從而保持充分的平衡和和諧[2]。其次，為了能夠保障生態建筑設計的完整性，還應該對當前建筑環境的人文環境進行深入的調查和分析，并根據環境的具體情況與信息進行相應的設計，做到尊重和保護當前建筑環境的人文環境，并且充分利用當地的人文文化特點來進行建筑設計，不但能夠有效提高建筑設計的文化內涵，而且能夠更加方便快捷地獲得當地人民群眾的接納與認可。生態建筑的整體設計是為了能夠營造一個良好的生存和生活環境，必須根據當前已知已有的自然條件和人文條件來進行相應的設計，在與自然環境充分融合的前提下，完整地保存并發揚建筑物所在地的人文特征以及文化歷史面貌，形成當前建筑物的豐富文化內涵[3]。

2.2 節能減排的設計

建筑行業是能源消耗最大的行業之一，我們進行生態建筑設計的最主要目的就是減少建筑在建設以及使用過程中所產生的能源消耗，從而達到對生態和環境的改善作用。門窗作為建筑物隔熱系統中最重要的組成部分，其能量的損失能夠達到當前整個建筑物供暖系統以及制冷系統產能的一半甚至以上，另外，建筑物外墻也在使用過程中，會產生大量的能量散失。所以我們在進行生態建筑的設計時，應該首先將門窗的隔熱性能和儲能作用放在設計的第一位。通過改善門窗的材料結構等方法加強門窗的性能，從而有效地減少門窗造成的熱量散失，進而降低能源的消耗。其次，我們還應該對建筑外墻的隔熱功能進行相應的設計，使用外墻保溫技術對其進行保溫操作，并且根據當前建筑物及其外墻的具體情況進行保溫技術的選擇。另外，還應該根據建筑所在地的氣候要素以及溫度要素進行建筑材料和保溫隔熱材料的選擇。最后，我們在進行建筑建造的過程中，還應該盡可能地做到節能環保，減少工業廢水、工業廢氣、工業廢物，這三廢的排放在完成建筑建設之后，應進行有機處理，盡可能減少這些垃圾廢料對土壤以及水源的破壞，另外還應該對建造過程中所使用的可回收材料以及工具進行回收。

2.3 合理選擇建筑材料

圖1 項目俯瞰圖

合理地進行建筑材料的選擇，是生態建筑設計和建設的重要環節，建筑材料是建筑質量，提高的前提和關鍵，為了能夠有效地提升建筑物的質量，我們不但要對建筑材料的質量進行嚴格的把關與挑選，還應該對材料的生產情況處理情況以及儲存情況進行相應的把控。生態建筑最大的特點就是其生態性，所以在建筑材料選擇的過程中，也應該選擇綠色環保的建筑材料，盡可能地使用可再生材料來代替傳統的不可再生建筑材料，從而減少對各種不可再生能源的消耗，達到保護環境的目的。

3 建筑生態設計的具體應用

3.1 項目概況

案例項目為筆者2021年參與設計的空港國際小鎮小學項目，位于安徽省合肥市經濟技術開發區空港國際小鎮施水路與新民北路交叉口東南角，緊鄰小鎮中軸的城市生態公園。總用地面積34951m2，總建筑面積41482m2，其中地上32478m2，地下9004m2。綠色建筑設計為二星級。

3.2 整體布局

本項目行政教學辦公樓與公共教學樓布置在北側靠近主出入口;六棟相對獨立的年級教學樓單體靠南側布置，相對僻靜；食堂和風雨操場布置在西南角，靠近次出入口和室外運動場地，使得食堂具有便捷的后勤貨運流線，以及風雨操場與室外運動場地緊密結合。

3.3 被動式節能

建筑能耗中50%以上是空調能耗,空調能耗—半是因為外窗(包括透明幕墻)的損耗，因此建筑外窗合理設置遮陽是非常有意義的。太陽輻射通過窗戶進入室內，是夏季房間過熱、構成空調負荷的主要原因，設置遮陽是減少太陽輻射進入室內的一個有效措施。本項目建筑外窗采用Low-E玻璃，年級教學樓南側及部分東側設置有陽臺，具備很好的遮陽效果;7#樓南向設置有豎向百葉造型，分割立面的同時起到豎向遮陽的作用,將強烈的直射光線化為柔和的漫反射光線，室內光環境品質得到提升（見圖2）。

3.4 能耗監測系統

本項目設計能耗量監控系統:能耗監控系統設備通過中控計算機對采暖與空調制冷系統、照明系統、電梯和給排水系統等系統消耗能源進行監控和管理。

根據系統應對各用能系統實施信息采集、顯示、分析、處理、維護及優化管理的原則，應用信息通信和計算機網絡技術，通過能源采集控制器分別對空調、給排水、變配電、照明、雨水收集、回用處理及其他建筑設施等各類所納入監控的機電設備使用及管理等運行信息，予以采集、接收、交換、傳輸，并通過能效管理系統專用服務器實現存儲、檢索和顯示等綜合的信息處理與通信功能。從而實現以下目標:①實現建筑能耗實時監測，確切掌握用能總量及動態變化；②對建筑用能進行系統診斷，指導合理用能；③協助管理方建立節能長效機制；④對采用的節能新技術進行后評估；⑤在系統基礎上實現分項用能定額管理制度；⑥與大型公共建筑節能監管平臺實現無縫連接；⑦能耗監測可與BA等管理系統實現整合、集成。

3.5 海綿城市

本項目海綿城市建設全面采用滲、滯、蓄、凈、用、排”的理念完成設計布局并進行徑流組織設計。主要的雨水徑流控制措施采用了透水鋪裝、下凹式綠地、雨水溝渠、生物滯留設施和雨水回收系統等海綿措施，以減少城市徑流外排、減輕面源污染，來滿足年徑流總量控制率和年SS去除率的控制要求。海綿設施布置如圖3所示。

圖2 被動式遮陽效果圖

圖3 海綿設施布置圖

根據《合肥空港國際小鎮水生態系統綜合規劃》，本項目地塊內雨水經雨水花園、下凹式綠地下滲進入小區內的清潔雨水管網;經透水鋪裝下滲進地庫頂板后收集集中排入市政傳統雨水管網，溢流的雨水通過溢流口排入小區內傳統雨水管網。多余的蓄水經濫流口進入場地內雨水管，后排入市政雨水管。

本項目擬采用兩套雨水管網系統，分別為清潔雨水管網和傳統雨水管網系統。屋面雨水通過雨落管斷接至植草溝再匯入最近的海綿設施,地面產生的徑流可順植草溝或者順坡進入下凹綠地或雨水花園，過濾入滲排入清潔雨水管網，超量雨水通過溢流口排入雨水管網，傳輸排入市政雨水管。

4 結束語

生態建筑學已經成為我國當前建筑設計中頗受重視的理念和手段。成功應用在建筑設計工作后，建筑工程的整體水平以及應用水平得到了明顯的提升，不僅能夠符合當前人民群眾對建筑日新月異的需求，而且能夠推動我國建筑行業進一步發展，這就需要建筑設計人員能夠從多個設計方面進行切入，針對如何解決以往建筑物應用中存在的能源消耗以及環境破壞等問題進行解決，并且采取科學合理的設計手段來提高建筑物的節能效果。