可持续发展的现代生态建筑设计
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摘要：目前在建筑设计领域，流行着一些有关可持续发展的设计理念。与以往的传统建筑相比较，可持续发展的建筑设计更注重于事先考虑对环境的尊重与适应，如考虑如何更高效地使用可再生资源，减少小可再生资源使用，同时营造出更舒适的居住和工作空间。这就要求建筑师要基于高效使用资源和保护自然生态环境的原则进行设计，而不仅仅是满功能和美观的要求。为此，本文就现代生态建筑设计方法进行了探讨，供同行参考和借鉴。
关键词：生态建筑；设计
1生态建筑
所谓“生态建筑”（ecological building）指在充分尊重和维护自然生态环境持续发展能力的前提下，合理利用自然资源，创造健康舒适室内环境，同时保护好周围自然环境的建筑。从这个概念看，世界生态建筑的历史，可以追溯到狩猎和采集时代，并在以中国为代表的，许多东方国家的传统建筑中找到它的踪迹。不过在工业文明时期，由于对现代科技能力的过分热情和信任，以及人类对自然规律认识的不足，导致生态环境成为现代建筑理论和实践研究中几乎被完全忽略的因素。
当代生态概念的重新兴起，起源于20世纪60～70年代，由能源与环境危机引发的整个人类社会对人与自然关系的重新认识与反思此后的一系列研究与实践，在不同程度上实现了太阳能等替代能源在以住宅为主的中小型建筑中的应用，为当今以可持续发展为主题的全球性生态建筑运动积累了可贵的经验。
2设计方法
2.1设计要素
当代生态建筑设计中，设计者大多抓住了以下4个要素，即：①部位。在综合平衡室内设计目标和室外环境要求的探索中，分割内外空间的建筑外壳或“皮肤”(外墙、外窗、屋顶等)无疑成为问题的关键在当今成功的生态建筑实例中，建筑外壳始终是设计与研究的重点部位。②目标。由于人类发展与环境持续的主要矛盾，在于能源短缺和环境污染，因此高效利用洁净能源和减少环境污染必然成为设计的重点目标。③方式。以设计方式为主，机械方式为辅，是目前实现高效利用洁净能源同时减少污染和浪费的重点方式。④内容。太阳能等洁净能源在采暖、制冷、通风、采光等四个方面的应用是目前此类建筑设计的重点内容。
2.2常用的细部构造设计方法
2.2.1当代生态建筑设计中，针对建筑外墙、外窗和遮阳系统等重点外壳部位，常采用以下设计方法：
(1)外墙。一般采用不同的外墙开口，结合架空地板，加上风扇、吸音材料、过滤材料等简单构造材料与设备措施，形成能满足多种功能的“可呼吸外墙”，从而使室内外空气和水分通过墙上的孔洞得到交换，在平衡和调节温、湿度的同时，过滤灰尘和减少噪音。另外，可以引导室外空气通过加热或制冷管道进入室内，以实现空气的热交换最后，应引导室内空气从屋顶通气孔排出，带走多余的水分、杂质和有害物，这种自然被动的空调方式一般是人工可控的(即可以根据使用者需要控制和改变墙的开放和通透程度)。其优点是，在创造健康自然的室内气候质量的同时，节约能源、减少污染和浪费。
(2)外窗。一般采用双层或三层玻璃窗。其主要优点是节约能源:一般说来，他们的隔热性能比普通单层窗高出2～3倍，而费用只多15～50％。另外，他们的隔声效果也比单层玻璃窗显著提高,同时还保持了单层窗采光好、视野开放等大部分优点。如果建筑周围外环境质量较差，则需要认真探讨外窗究竟采用密闭的形式还是可开启的形式。如果采用可开启的方式，则容易引入外界污染的空气、灰尘、病菌、湿气、噪音等不良因素，同时可能导致热/冷流失，降低隔热效果，并带来安全隐患。在当代国外的生态建筑设计中大多采用了固定窗加“可呼吸外墙”的形式，即在外墙上同时设计了能过滤各种污染物质的、可开启、可控制的通风洞口。
(3)遮阳系统。一般是在向阳的外立面或采光屋顶上采用可控制、可调节的组合遮阳系统，以达到在不同时间、根据不同需要遮挡、反射和引光入室的目的。
2.2.2当代生态建筑设计中，针对夏季隔热降温，冬季供热保温、自然通风和自然采光等方面，常采用以下设计方法：
(1)夏季隔热、降温，通常采用4种方法：
①利用储热实体吸热和制冷优良的储热体。可以分为两类：一类是固体，如混凝土、石膏、生土等；另一类是液体，即水，它们的功能不仅是将在夏季夜间吸收和储存的凉气在白天释放出来，而且在白天吸收室外热能和阻滞其向室内传递地下、半地下建筑以及地下通风道等，就利用了生土材料的储热性能，在传统和当代建筑中都可以找到这类应用的实例对混凝土和石膏储热性能的应用，是当代生态建筑设计的重要手法之一。一般来讲，固体储热材料的应用较为简单，设计中要求充分暴露储热材料，使其直接与室内流通的空气相接触，从而有利于将夏季夜间吸收和储存的凉气，在白天时通过辐射释放出来，并由对流空气带走，达到对整个空间降温的目的。而液体材料则由于需要处理防渗漏等问题，应用起来较为复杂。需要注意的是，由于储热体在白天吸收和储藏的热量会在夜间慢慢释放，不利于夜间尽快降温，因此一般应与夜间自然通风结合应用。
②利用水体降温：a.利用水的储热性能，比如采用将水循环充入楼、地板的方式，以达到夏季降温的目的，使用中需要特别注意防渗漏、防污染等问题。b.利用水的蒸发降温特征，在建筑的内外环境中设计湖面、水池、喷泉等。这是一种常用的环境设计手法，设计中应注意水蒸发增加的湿度对使用者、建筑及设备的不利影响。
③利用庭院和植物降温：即根据房间的朝向和环境需求，通过适当种植植物来遮挡日晒、隔离污染、提供新鲜氧气和宜人景观的方式在当代高层办公建筑综合体中，这种传统、自然的方式得到继承和新的发展。
④通过设计和采用多层“外壳”或“皮肤”的手法防晒降温：主要包括遮阳百页系统和多层窗系统两部分。遮阳百页系统是根据当地日照方位、高度、强度和室内光、热需求而仔细设计的可调遮阳百页、遮阳反射板等构造系统；多层窗系统是由双层或三层的透明、半透明、有阻热、吸热和反热等特殊热工性能的玻璃，加低反射涂层和夹层遮阳板等组合而成的构造系统。通过对以上两套系统的综合设计和运用，可以满足对室内提供自然遮阳、反光、采光、通风和景观等综合需求。遮阳系统不仅被用于立面，而且被用于屋顶天窗及侧高窗之中，复杂多层的自然遮阳、采光和通风系统，几乎已经成为当代大型生态建筑外立面的普遍特征。
(2)冬季供热、保温通常可注意3个方面：
①直接或间接吸收太阳能。通过开窗直接吸收太阳热能，是生态型住宅建筑在冬季的重要自然供热方式之一。然而这种方式一般不能用于商业、办公或教育建筑，因为这类建筑一般面积较大，直接得热不仅不能满足其热舒适方面的要求，而且会造成日光等不利影响。这类建筑中，通常采用经由中庭、太阳房、走廊和内天井等辅助空间间接吸收太阳热能。
②建立封闭良好的外围护系统，这也是冬季保温的关键措施之一。设计和建造中应尽量避免冷风渗漏和冷热桥的产生。
③利用储热实体吸热和保温。即利用混凝土、石膏、生土等材料的储热特性，使其在白天充分接触和吸收太阳热能，夜间则关闭所有门窗，甚至再从内部加上活动保温板，使储热体释放的热能尽量得以保持，从而节约维持温度的人工供热能耗。
(3)对于自然通风，通常采用以下两种形式：
①直接的对流通风，适用于温和天气和一般建筑。
②间接可控制的被动通风，适用于所有天气。如：在热而无风的日子，可以利用“烟囱效应”，通过中庭、内廊、通风塔(烟囱)、波形屋顶等达到自然通风(和夏季降温)的目的，也可以采用风扇、排风扇等辅助通风。在热而有风的日子，则可以利用“风塔”引风入内在引导室外空气进入室内时，如能使其先经过地下管道或混凝土楼、地板或屋顶的夹层，则可以进一步利用储热材料的特性对这些空气起到预热或预冷的作用。另外，还应该注意根据需要对引入室内的空气作加湿、减湿以及防尘、防噪音等处理。．
(4)对于自然采光，通常采用以下两种方法：
①直接采光(指直射日光)，一般用于住宅的阳面以及各类建筑的中庭、太阳间、采光井等；
②间接采光(这里指天光及其它人为控制的日光的反射光)，用于各类建筑的阴面，以及办公室、教室、计算机房等对采光要求较高的室内空间。特别的采光和遮阳系统构造，是当代生态建筑设计的重要组成部分。
3结语
实际的生态建筑设计是极其复杂的系统工程，它涉及建筑的几乎所有细节，而且与使用者及外部环境的关系极为密切。任何设计的决策，都必须建立在对使用者个体要求和具体基地环境条件的系统分析之上。正如其它任何建筑一样，这类建筑的设计决不可能有一个统一的模式。因此，本文谨希望，从实践中总结出的一些简单而行之有效的原则和方法，能为我们今后的相关研究和设计实践提供有益的启发和借鉴。
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