生態建筑被動式設計策略與設計技術探討

楊陽 左森文 閆磊 柴悅

中聯西北工程設計研究院有限公司 陜西 西安 710077

當下隨著社會的進步，人類活動的日益頻繁，資源和環境遭受了嚴重的破壞，天氣、氣候的變化無常，溫室效應也開始不斷加劇，自然災害更是頻頻發生，這些都對地球的循環系統造成了一定的損傷，甚至有些對人們的日常生活開始造成了一定程度上的危害。人們的生活和工作離不開建筑，現如今設計理念和設計技術正在不斷完善，現代技術在建造、設計以及后期的維修保養上都會用到大量的能源，因此生態建筑就成了現如今城市未來發展的一項必然趨勢。生態建筑對于場地設計、建筑的整體形態、結構、細節上的設計都屬于被動式設計。通過采用生態被動設計策略以及設計技術，能夠盡可能地對建筑過程當中的各個細節實現優化，降低在建筑過程當中環境的污染，不僅能夠彰顯建筑的美學，與此同時還能夠提高整個建筑的安全經濟性，對未來建筑行業的發展具有重要的戰略意義[1]。

1 生態建筑被動式設計策略

1.1 建筑的設計層面

建筑的整體形態。建筑的整體形態能夠更加直接地給人們帶來視覺上的沖擊，一處建筑也能夠在某種程度上反映當地的自然風光、人文社會、歷史地貌等，換句話說，當下的建筑正是建筑設計師從理性和感性的角度下綜合分析而創作出來的藝術作品，現如今的建筑不但能夠體現建筑設計師獨特的設計觀念之外，還能夠給人們營造一種舒適、健康、綠色的生活氛圍以及居住空間。例如國際著名的建筑設計師諾曼福斯特設計出來的法蘭克福商業銀行，該處建筑一經建成就已經成為了迄今為止在高層生態建筑層面的代表之作，他所設計出來的高層建筑在外觀上呈現三角形，這也是當今世上首座具備高層生態辦公的建筑。這座舉世聞名的銀行大樓共有50多層，在縱向上分成了4個部分，每一個部分都具有12層，除此之外整體的建筑還具有一個4層樓高左右的空中花園，這個空中花園不僅僅起到了美觀的作用，還在某種程度上實現了建筑中庭的煙囪效應，有助于提升整體建筑的通風性和采光性。法蘭克福商業銀行大樓不但給人們帶來了更加舒適、生態的辦公體驗，與此同時憑借著自身特立獨行的設計形態，還讓該建筑成為了整個城市的地標性建筑；佇立在美國紐約的“太陽能雕刻塔”也是生態建筑的一個重要的代表作，“太陽能雕刻塔”現如今地處紐約市的中心地段，周邊布滿了高樓大廈，為了能夠符合當地在建筑層面的日照相關要求，在進行設計的過程當中設計師曾經對太陽的光線進行了詳細的分析與探究，并且根據紐約當地不同時期太陽的射入角對整個建筑的形體進行了分解和設計，最終經過無數次的探究之后才敲定形態，保證了該建筑能夠獲得最大程度上的光照，該建筑的窗戶采用了特有的鉆石形形狀，這樣做的目的是為了能夠拓展窗面，便于采光。與此同時，正是經過這種大膽的設計才使得整體的建筑形態得到了徹底的解放，給人們營造一個開放的公共空間，“太陽能雕刻塔”不但彰顯設計師獨特的設計理念，在保留了該建筑所具有的功能性的同時也積極貫徹了自然和社會的相互統一的建筑設計理念。

1.2 中庭空間設計

隨著建筑設計理念的不斷完善以及建筑工藝的不斷成熟，為了提高建筑整體的空間感和功能性，促進建筑內部上下層空間的互相融合，現如今建筑在設計的過程當中都會加入中庭空間的設計。建筑設計師在進行中庭的設計時通常采用更加新型的空間形式設計理念，這樣能夠體現建筑的生態價值。中庭空間可以確保整體建筑中的光線與氣流通過通道進行流通，這樣能夠在某種程度上起到煙囪和采光井的作用，其中最為典型的代表要數香港的匯豐銀行，匯豐銀行以所有支撐結構外露，內部無支撐而聞名于世，匯豐銀行的中庭空間采用的是反光鏡的設計方案，這樣每當陽光照入到銀行時，通過中庭空間的反光鏡將光線不斷地折射，這樣經過折射的光線就能夠照亮整個建筑的底層，根據物理中的動力學，中庭還能夠為整體的建筑起到通風的作用，充當了“煙囪”的功能。“煙囪效應”正是由于建筑內部的熱空氣不斷的上升，拉動建筑內的自然通風，然后通過上方的出口排放出去，進而隨著壓強在建筑的底部不斷吸入冷空氣，憑借著空氣的流通將室內底層的濕氣和廢氣進行有效的排除，加速了建筑內部空氣的流動性，這樣在提高人與自然密切接觸與互動的同時，還能夠有效地避免過度使用空調和機械通風，在環保層面也達到了節能減排的目的。

1.3 底部開敞空間設計

現如今人們的生活質量不斷提高，因此對于建筑的功能性也提出了更高的要求，為了積極響應國家相關部門所提出的生態環保理念，在現代建筑設計規劃的過程當中應該更加注重建筑的底部環境與整個城市氛圍以及環境的各種關系。當下國內的很多現代建筑都提高了建筑底層的空間，這樣做的目的是能夠確保在建筑的底層空間留出更多的活動范圍和開放性的空間，通過這樣的設計策略來促進建筑底層空間與城市之間的融入。將建筑的底層進行架空形成開放性的空間，這樣不僅對城市內部的綠地景觀能夠進行覆蓋之外，還有助于提高自然風的流動性。底部開敞空間設計策略利用建筑的整體形式來提高自身的功能性，不僅提升當下建筑的功能性，與此同時還能夠實現城市與經濟之間的協調發展。為了積極響應國家所提出的建筑節能以及綠色建筑的相關理念，深圳市作為國內首批的示范試點。其中萬科中心就成為了示范項目當中的重點項目。萬科中心地處深圳市的大梅沙內湖公園，在設計策略上建筑設計師采用了斜拉索結構的設計，這樣能夠使整體的建筑底部架空將近幾十米，讓從遠處來看，整體的建筑仿佛懸浮于空中，不僅讓地面在炎炎的夏日獲得了更多的陰影，與此同時還便于海風的流動。在夏季可以便于人們躲在陰涼處進行避暑乘涼，還能夠盡情地感受海風，建筑下面還有一個小湖，湖面由三座小島環繞其中，它們形態各異，猶如一個個明珠點綴其中，頗有野趣。正是這種懸浮式的建筑形態給綠地景觀在設計上帶來了更多的創作空間。萬科中心在設計策略上針對深圳市的亞熱帶氣候進行了全面的分析，并充分地借助這種特有的氣候進行設計，正是由于這種架空式的設計使得在萬科中心底層形成了一個沒有邊界的公園，為周邊的人們提供了一個在餐后漫步、休息以及孩子自由玩耍的天然場所。

2 生態建筑被動式設計技術

2.1 生態建筑材料技術

當下國內大力倡導節能減排的理念下，建筑行業在建設和發展過程中的生態環保問題也成為了社會各界關注熱門，假設不能合理的管控，這樣長久下去就會對國內的發展造成嚴重的沖擊。對此，在建筑設計的過程中要大力提倡使用綠色節能建筑材料[2]。在2000年的德國世博會中日本國家館通過使用廢紙來作為建筑材料來充當整體建筑的支撐結構，該建筑該建筑地上3層，建筑高度28m，通過利用人們日常生活中常見的紙張經過后期的加工制造形成一個個空心紙筒。然后將紙筒通過組合排列式的排列搭建成巨大的拱形跨度展廳空間，在紙筒外側附著著白色膜結構，這些紙筒在進行展出之后仍然可以作為廢舊的材料進行回收再利用，利用紙筒作為建筑材料是日本當地的建筑師為了實現“零污染、零排放”的建筑設計理念而采取的一項探索性的嘗試，也向人們展示了現如今生態建筑材料的各種可能性以及未來發展前景。

建筑材料是建筑中的一項重要參數，因此建筑材料的運用以及建筑材料的革新也能在某種程度上決定著整體建筑在設計過程中的表達形式。例如在上海世博會西班牙國家館，通過采用天然竹藤條編制的方式來使得整體的建筑呈現波浪形的效果，從遠處觀看建筑的整體外觀在竹藤條建筑材料的裝飾下仿佛一個巨大的“竹籃”，這樣的設計結構能夠使室外的天然光通過建筑材料照射到室內，使室內獲得自然光，進而降低照明材料的使用，提高整體建筑場館的采光度。

2.2 太陽能資源利用技術

古往今來，人類在進行建筑的過程當中就與太陽能有著密切的關聯。起初對于太陽能這類資源的利用上，主要是通過被動的方式：就是在進行建筑的建造與設計過程當中將太陽能的熱能與光能直接拿來使用，這樣能夠通過太陽能讓建筑變得更加的光亮、溫暖；此后，隨著信息技術的進步以及人們對于建筑功能性需求的提高，人們對于太陽能資源的利用也開始逐漸由被動式開始朝著主動式的使用方向發展。

太陽能是一種可以循環再生的可利用型清潔能源，人們在建筑的過程當中對于太陽能資源的利用，除了可以采光、供暖之外，還可以利用主動式太陽能設備在建筑的過程當中利用太陽能技術，主要可以分為以下三種情況：首先，太陽能被動技術，例如在建筑的設計過程當中充分利用太陽能資源來進行整體建筑的采光和供熱；其次，通過利用太陽能集熱技術在進行設計的過程當中，通過建筑中的介質來將日常生活當中的太陽能的熱能進行儲存，然后供給整個建筑，以此來滿足能耗的相關需求，例如將更換太陽能照明設備，提升建筑內部的照明效果，這樣既可以提升光照還可以降低能耗，有條件的還可以增設智能開關，能夠根據光線、環境實現建筑內部各個系統的控制，讓“人走燈滅”變為可能；最后，就是通過太陽能的轉換技術，利用建筑中的相關設備，采集太陽能資源中的熱能通過一系列的轉化，轉化為人們日常生活中所需要的能源，這樣能夠在最大程度上提升能源的使用率，做到節能減排、綠色環保。

2.3 風能資源的利用技術

與太陽能相比，風能同樣的是作為一種清潔無污染的可再生能源在現如今的各行各業中都有著廣泛的應用，具有著十分寬廣的發展前景。現如今人們對于風能的利用還主要體現在一些風能密度較大的地區。通常以發電廠為主要的使用場景，但是科學技術的不斷進步以及人們對于生態環保理念的逐步重視，對于一些國內的風能利用率相對較低的地區，在進行建筑和設計的過程當中，也勢必會得到重視和發展。

2.4 水資源的利用技術

水是萬物生存之本，從數據上來看我國的水資源人均占有量跟其它發達國家相比還有一定的差距，對此，在對建筑設計時就要優先考慮水資源的節能，這樣能夠確保人們的日常使用和生活。在設計過程中可以在建筑中增設水資源回收處理系統，這樣能夠讓人們生活中的水資源實現回收再利用，實現真正意義上的“海綿建筑”，讓水資源得到最大限度的使用，還可以在建筑周圍開展人工濕地等項目，這樣不僅能夠將居民生活產生的污水進行二次處理循環利用，真正意義上的實現人與自然、社會和諧發展[3]。

2.5 墻體的節能施工

利用生態環保、綠色、高效的結構是生態建筑最為重要因素之一，合理地進行建筑結構上的設計能夠盡可能降低傳統建筑材料的使用，節約后期的材料成本。

通常情況下，在建筑設計中，如果相關的施工技術嚴格參照著設計工藝和設計中的數據進行施工，那么，在墻體層面完全能夠達到生態環保以及節能的作用。總的來說，建筑中的墻體自身就帶有防水和保溫的功能，但是對于一些冬季相對寒冷的地區來講，由于冬季的溫度特別低，整個冬季較為寒冷，在這種長期低溫的環境下，鋼筋混泥土的保溫性遠遠下降。對此，在建筑設計的過程中，就需要給墻體進行保溫。在保溫的方式上，可以通過兩種方式，內保溫和外保溫的方式來進行解決。通常情況下，在北方的冬季都有供暖，因此在這種這兩種技術的選擇上，要根據室內的供暖情況來進行決定。如果供熱時間相對較長的話，那么就可以在外墻上采用外保溫的技術。在施工的過程中也要格外注意，避免由于操作不當不但降低了墻體的保溫效果，而且還容易使墻體出現結露的現象。對于國內的一些南方地區來說，通常情況下在建筑墻體的設計可以采用圍護結構，這樣的設計能夠提升房屋建筑的保溫性，起到隔涼隔熱的效果，這樣不管是在南方炎熱的夏季還是寒冷的冬季都能夠降低對空調系統的使用，減少能源的使用。圍護結構在設計過程中就要對建筑各個區域進行實地的考察，合理的規劃，選擇適用的材料以此來提升隔涼隔熱的效果。現如今最為常見的要數通過植物來形成保溫層，將綠植作為圍護結構的外結構，從而提升房屋建筑的牢固性，美化環境。通過將綠植作為圍護結構的外結構能夠減少在光線對建筑的直射，起到隔絕紫外線的效果，減少輻射[4]。

3 結束語

由此可見，在現如今建筑的設計過程當中，注重生態節能，提高建筑的功能性和使用效率，要深入探究當地的生態環境，這樣能夠有助于開展生態建筑的相關設計工作。通過對生態建筑被動式的設計策略和設計技術進行深入的探究夠提高建筑整體形態的合理性，充分利用生態建筑被動式設計策略和設計技術不但能夠給建筑行業帶來了全新的發展機遇，也能夠使建筑行業朝著更加生態、高效、節能、綠色的層面發展。