40建筑技术概论-生态建筑

第八章生态建筑技术不应该破坏自然，而是应该帮助我们生存；空间不应该统治一切，而是该令所有在里面生活工作的人感到愉悦。——皮亚诺今天的住宅建筑理所应当以生态和景观为中心；建筑设计从注重立面到空间，是一个进步；从空间到注重环境，又是一个进步；从环境到注重周边生态能量的场，则是新世纪必将来的一场革命。——蔡镇钰要使建筑结构适合于环境，要注意到气候，地位和四周的自然风光，在结合目的来考虑的一切因素中，创造出一个自由的统一的整体，这就是建筑的普遍课题，建筑师的才智就要在这个可提到完满解决上体现。——黑格尔一、绪言当今世界，人口剧增，资源锐减，生态失衡，境遭到严重破坏，人类生存和发展与全球的环境问题愈演愈烈，生态危机几乎到了一触即发的程度。在严峻的现实面前，人们不得不重新审视和评判我们现时正奉为信条的城市发展观和价值系统。在城市发展和建设过程中，必须优先考虑生态问题，并将其置于与经济和社会发展同等重要的地位上;同时，还要进一步高瞻远瞩，通盘考虑有限资源的合理利用问题，即我们今天的发展应该是“满足当前的需要又不削弱子孙后代满足其需要能力的发展”。这就是1992年联合国环境和发展大会“里约热内卢宣言”提出的可持续发展思想的基本内涵，它是人类社会的共同选择，也是我们一切行为的准则。建筑及其建成环境在人类对自然环境的影响方面扮演着重要角色。近几年提出的生态建筑及生态城市的建设理论，就是以自然生态原则为依据，探索人、建筑、自然三者之间的关系，为人类塑造一个最为舒适合理且可持续发展的环境的理论。生态建筑是21世纪建筑设计发展的方向。二、何谓生态建筑定义（一）生态建筑的定义所谓生态建筑，是根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理和现代科学技术手段等，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适，使人、建筑与自然生态环境（二）生态建筑的性能从技术层面上看，生态建筑有六大性能：a、选址规划尽量保护原生态系统；b、资源利用高效循环，尽量使用再生资源；c、综合措施有效节能，努力采用太阳能、地热、风能、生物能等自然资源；d、废物排放减量无害，井采用各种生态技术实现废水、废物资源化，以再生利用；e、建筑环境健康舒适，日照良好，自然通风，控制室内空气中各种化学污染物质的含量；f、建筑功能灵活适宜，易于维护。（三）生态建筑的特征生态建筑具有四个方面的特征：1.节能和利用再生资源节能的技术原理是通过蓄热等措施减少能源消耗，提高能源的使用效率，井充分利用可再生的自然资源，包括太阳能、风能、水利能、海洋能、生物能等，减少对干不可再生资源，例如石油和煤炭等的依赖。在建筑设计中结合不同的气候特点，依据太阳的运行规律和风的形成规律，利用太阳光和通风等节能措施达到减少能耗，应用材料的蓄热和绝热性能，提高维护结构的保温和隔热性能，利用太阳能冬季取暖，夏季降温，通过遮阳设施来防止夏季过热，最终提高室内环境的舒适性。2.材料的再生利用使用再生或可循环利用的材料和资源。例如在建筑的建造过程中使用再生的建筑材料，减少建筑垃圾。3.减少废物排放避免向外界环境排放有毒有害的污染物，通过各种手段在排放之前进行无害化处理。4.环境与文化属性广义范围内的生态建筑和可持续发展建筑还涉及环境和文化领域。（四）关于生态建筑的概念目前存在着三个误区1.“新的”就是“好的”？新的建筑材料的确可以体现最新技术成果，但不一定就是最好的。由于它未经长时间实践检验，建材是否是生态的，需要用系统和历史的眼光看待。非洲的覆土建筑和中国南方的竹楼，都是很好的生态建筑模型。2.“绿色的”就是“无污染的”？有些绿色建材虽然用于建筑中能够很好的创造健康的室内外环境，但它们或是后期难以降解从而容易产生环境污染（如釉土陶粒混凝土），或是生产时需要消耗大量的能源并不能回收利用（如塑钢门窗），从材料的整个生命周期来看，都不能说是好的、无污染的生态建材。3.“天然的”就是“生态的”？坐落于郊外原始森林中的太阳能别墅是生态建筑吗？未必如此。我们可以来算一算：花费在交通上的时间、油耗，分摊到个人头上的道路面积和松散而显得浪费的建筑占地——这绝对说不上什么生态；而在材料上，各国生态材料也是因地制宜的：德国劳动力成本高，钢和玻璃材料施工速度快、可循环利用、施工能耗低，因此可以算是生态材料；瑞士等国家绿化程度高，种植量大于砍伐量，因此使用木材这种天然材料有利于生态环境；而对于森林覆盖率低的国家来说，木材虽属“天然”，但却并不“生态”。三、生态建筑的分类就生态建筑来说，它所涵盖的技术也是多层次的，即高技术、低技术和适宜技术。其中低技术生态建筑强调采用乡土技术、使用当地材料、注重地域气候等，更多的是被动应对自然环境。高科技生态建筑也并非简单地利用现代技术和新材料，去随意地进行建筑创作，而是运用生态学的原理及高新技术，以高信息、低能耗和自调节性的设计，创造适应地域气候环境，具有节能特点的生态建筑。而适宜性技术生态建筑则是发掘地域建筑的精髓，应用传统技术与新技术和新材料相结合，并根据当地条件和现代生活方式，创作最符合生态理念的建筑。（一）低技术生态建筑1.国内其实生态建筑所包含的理念并不是什么新鲜的东西，建筑的两大渊源一穴居和巢居，均包涵了最为质朴的生态理念。中国古代很早就认识到人与自然是不可分割的整体，提出了“天人合一”的哲学观点，强调人与自然之间是有机联系的，体现了一种朴素的生态观。中国民居在“天人合一”观念的影响下，从聚落选址、总体布局、室内外环境设计、陈设乃至取材及营造技术均蕴含了生态精神。民居在选址上以“负阴抱阳，背山面水”为最佳选择，具有上述特点的自然环境空间，有利于形成良好的生态小气候。四合院模型四合院内院西北的窑洞西藏的石屋内蒙古的帐篷云南的竹楼2.国外在国外，也有不少建筑师针对自己国家的特点，在充分了解本国传统建筑形式、空间、布局的基础上，提炼传统技术中至今仍然适用的元素，并融入现代建筑的设计方法，以改善建筑小环境，实现良好的微气候。印度著名建筑师查尔斯·柯里亚就是一名很具有代表性的建筑师。为解决印度当地干热气候条件下的建筑遮阳和通风，柯里亚提出了“形式服从气候”的生态设计思想以及。“管式住宅”和“开敞空间”两个概念。管式住宅（二）高技术生态建筑高技术生态建筑的主要特征是充分利用生态学、生物学、气候学等相关学科的知识作为支持手段，从生态策略入手，强调建筑的灵活性、低能耗，强调较强的空间适应性，使建筑与环境有效地呼应起来。这些高技术包括电子计算机及信息技术，一些新的生物技术，防污染技术，再循环和资源替代技术，生态式的能量供应技术以及环境保护技术等。虽然高技术生态建筑造价比较昂贵，但在建筑的全寿命周期内，却可以减少相当一部分的运行费用，因此，从长远的观点来看是相当经济的。英国建筑师诺曼·福斯特德国法兰克福商业银行大楼常被人们称作是世界上第一座生态摩天楼。该建筑平面呈三角形，交通核分散在三个角上，中间是通高的中庭，周边的办公室每隔4层设有环绕着中庭螺旋形上升的空中庭院。中庭和空中庭院既有通风采光的作用，又为建筑内部创造了丰富的景观。大楼内的办公室都有可开启的窗户，气流从窗户及空中庭院进入，在中庭形成自然通风，保证了室内环境的舒适性。英国建筑师尼古拉斯·格雷姆肖（NcholasGrimshaw）他也是一位在建筑创作中非常注重采用生态策略的建筑师。1992年塞维利亚博览会英国馆的设计就是一次漂亮的实践。塞维利亚位于西班牙南部，该市气候炎热，夏季极端温度可达到45℃，英国馆坐西朝东，朝向非常不利。格雷姆肖在东侧设置了水幕，西侧采用了蓄热水箱，南侧采用双层纺织品作遮阳，而屋面上造型奇特的遮阳板，不仅提供了屋面架空层，其太阳能光电板同时还为驱动水幕的水泵提供动力。通过以上技术措施，英国馆取得了极佳的节能效果，耗能量仅为同类建筑的1／4，在塞维利亚博览会全部106座展馆建筑中，它是能耗最低的。塞维利亚博览会英国馆（三）适宜性技术生态建筑所谓适宜性技术生态建筑是针对地方气候条件，融合生态建筑创作原则，运用现代生态技术与传统节能技术相结合而创作的建筑。相比传统地域建筑被动地应对自然环境，适宜性技术生态建筑则是被动应对自然环境和主动维护生态环境相结合。杨经文的“生物气候”建筑充分体现了这类建筑的特征。他从生物气候学的角度研究建筑设计，结合热带气候特点，创造性地进行建筑设计，形成良好的微气候，满足人舒适性和精神上的需求，并降低建筑能耗。适宜性技术生态建筑从地域文化中汲取各种经验与技术策略，在积极利用先进科技的同时，并不排斥“低技术”，而是将新技术与传统技术相结合，走以适用为宗旨的“适宜性技术”之路。杨经文的“生物气候”建筑的设计手法可具体分解为：l）将电梯、楼梯、卫生间等服务性空间布置在建筑外层，减少太阳对中部空间的热辐射。2）在建筑中引入绿化开敞空间，减少高层建筑的“热岛”效应。3）设置不同凹入深度的过渡空间来塑造阴影空间，井与遮阳、绿化相结合。4）“二层皮”的外墙形成空气间层，起到隔热与通风等作用。5）在屋顶、外墙设置遮阳格片，其角度根据不同季节和时段而调节。杨经文——马来西亚米那亚大厦主要（生态）设计特征：1.空中花园从一个三层高的植物绿化护堤开始，沿建筑表面螺旋上升。(平面中每三层凹进一次，设置空中花园，直至建筑屋顶）；2.中庭使凉空气能通过建筑的过度空间；3.绿化种植为建筑提供阴影和富氧环境空间；4.曲面玻璃墙在南北两面为建筑调整日辐射得热量。构造细部使浅绿色的玻璃成为通风滤过器，从而使室内不至于完全被封闭；5.每层办公室都设有外阳台和通高的推拉玻璃门以便控制自然通风的程度；6.所有楼电梯和卫生间都是自然采光和通风；7.屋顶露台由钢和铝的支架结构所覆盖，它同时为屋顶游泳池及顶层体育馆的曲屋顶（远期有安装太阳能电池的可能性）提供遮阳和自然采光；8.被围和的房间形成一个核心桶，通过交流空间的设置消除了黑暗空间；9.一套自动检测系统被用于减少设备和空调系统的能耗；伦佐·皮亚诺他在建筑设计中通常是随地点环境的改变而改变结构体系和空间形式，并且比较注重建筑与整体环境的融合。他设计的特吉巴奥（Tjib-aou）文化中心，参照当地传统民居——棚屋的结构特色，利用风压使建筑内部产生良好的自然通风，同时形成了独特的造型。该中心所在地新卡里多尼亚是南太平洋的热带岛国，气候炎热潮湿，常年多风。文化中心是由10个被皮亚诺称为“容器”（cases）的棚屋形单元组成，棚屋一字排开，形成“村落”形分布，每个棚屋大小不同，最高的达28m，外部材料均使用当地出产的木材。棚屋背向夏季主导风向，在下风口处产生强大的吸力（形成负压区），而在棚屋背面开口处形成正压区，从而使建筑内部产生空气流动。针对不同风速和风向，设计者通过调节百叶的开合和不同方向上百叶的配合来控制室内气流，从而实现被动式自然通风，达到节约能源，减少污染的目的。热带岛国棚屋四、生态建筑的设计准则1.生态建筑首先要遵循的当然是生态化原则，即节约能源、资源，无害化，无污染，可循环。2.以人为本树立“以人为本”的指导思想。人毕竟是我们这个社会的主体，追求高效节约不能以降低生活质量，牺牲人的健康和舒适性为代价。3.生态建筑强调因地制宜，绝不能照搬盲从。4.生态建筑强调整体设计思想，结合气候、文化、经济等诸多因素进行综合分析，切勿盲目照搬所谓的先进生态技术，也不能仅仅着眼于一个局部而不顾整体。五、我国生态建筑的发展如今可持续发展的观点巳经成为世人的共识，生态建筑也将成为21世纪建筑设计的主流。我国也有越来越多的建筑师开始注意到这个问题，如清华大学建筑设计院设计的清华大学设计中心等都是在生态建筑的理念下，进行的建筑创作，对我国的生态建筑设计作了有益的探索。清华大学设计中心楼内绿色中庭仰视中庭，可见中庭天窗防晒墙2003年11月，上海市建筑科学研究院总体负责，上海建筑相关领域12个交叉学科团队协同攻关的“生态建筑关键技术研究及系统集成”正式启动。该项目针对上海的地域特征和经济发展水平，借鉴国内