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    生态建筑研究

    中国乡村旅游开发设计网 2010-09-06 16:50 未知

     

     
     
     

     
    一、生态建筑的涵义
    1、定义的界定
    生态建筑有时又被称为“节能建筑”、“绿色建筑”,严格地讲都是不全面的。现代意义上的生态建筑,是指根据当地自然生态环境,运用生态学、建筑技术科学的原理,采用现代科学手段,合理地安排并组织建筑与其它领域相关因素之间的关系,使其与环境之间成为一个有机组合体的构筑物。
    简而言之,生态建筑就是将生态学原理运用到建筑设计中而产生的建筑,它是新世纪最具有前途、最具有魅力的建筑形式之一。生态建筑就是根据当地的自然生态环境,运用生态学、建筑学以及现代高新技术,合理地安排和组织建筑与其他领域相关因素之间的关系,与自然环境形成一个有机的整体。它既利用天然条件与人工手段制造良好的富有生机的环境,而又同时要控制和减少人类对于自然资源的掠夺性使用,力求实现向自然索取与汇报之间的平衡。它寻求人、建筑(环境)、自然之间的和谐统一。
    2、生态建筑的特征
    生态建筑从早期仅停留于对气候、生物反应的关注到今天运用替代能源,注重建筑生态高技术的研究, 人们对建筑有了更新的认识,在此基础上,提出了建筑生态化问题。它是将建筑融入大的生态循环圈,从整体的角度考虑能源和资源流动,将建筑建造、建筑设计、建筑使用过程中的消耗、产生纳入整个生态系统来考虑,从而改变资源与能源单向流动的方式,趋向良性循环的模式,一般应具备如下的基本特征:
    第一, 能为人类提供“宜人”的室内空间环境。它包括健康宜人的温度、湿度, 清洁的空气,好的光环境、声环境以及灵活开敞的空间。
    第二, 在对自然资源的利用上,对环境的索取要小。主要指节约土地,在能源与材料的选择上贯彻减少使用、重复使用、循环使用以及用可再生资源替代不可再生资源的原则。    
    第三, 对环境的影响要最小,主要指减少排放和妥善处理有害废弃物以及减少光污染、声污染。
    二、生态建筑设计理念
    生态建筑对于建筑无异于一场革命,生态建筑首先是一种建筑设计的新颖理念。总的来说,各国建筑师都在潜心研究生态建筑的技术和设计方法,从建筑设计上看,主要有两种倾向:一种是将建筑融入自然,就是把建筑纳入与环境相通的循环体系,从而更经济有效地使用资源,使建筑成为生态系统的一部分,尽量减少对自然景观、山石水体的破坏,使自然成为建筑的一部分;第二种是将自然引入建筑,运用高科技知识,促进生态建筑化,人工环境自然化,它在现代都市中引入自然,再现自然,运用生态技术,将植物、水体等自然景观引入建筑内部。
    如果我们可以将建筑与生态想象成太极图谱中的“阳”和“阴”,它们相互影响,相互作用,不可分割,主次有别,他们的耦合关系组成了生态建筑探讨的核心主线,生态建筑理念主要内容有:
    1、以阳为主,阴为阳用理念
    建筑是设计首要的考虑因素,生态元素主要起辅助作用,强化了建筑功能的多样性和生态化效果。
    2、以阴为主,阳为阴用理念
    生态环境的和谐统一是设计首要考虑的地方,建筑更大程度上强调与环境和协调,成为整体景观的一部分,同时不失去自身功能和特色。
    3、阴阳并举,合二为一理念
    人本需求和文化心理特征出发,一方面,从外围大环境突出建筑和生态的一致,另一方面,从内部微观环境上突出,建筑要素的生态渗透,增强人和自然在建筑中的亲和性。
     
    建筑是和人类生活关系紧密的空间载体,是一种固化的文化符号。随着社会的进步和人们生活条件及水平的日益提高,尤其是可持续发展战略的提出并逐渐被人们所认识,生态建筑及其设计已经成为我国及世界许多国家建筑设计的一个新的理念,并逐渐成为建筑领域的一个新的热点和一种发展趋势。
    本文就生态建筑的涵义、设计理念、设计原则、经典案例、设计模式等方面对生态建筑进行了初步研究。
      
     

    三、生态建筑设计原则
    从本质上讲,生态建筑设计是一种由生态学与建筑学共同驾驭的建筑发展观。在实践中生态建筑设计应当遵循以下原则:
    1、环境共生原则
    注意建筑与自然环境的结合和协作,使人的行为与自然环境的发展取得同等地位,这是生态建筑设计的最基本内涵。必须了解到人是自然环境的一分子,人的活动必须与环境建立起一种新的结合和协作关系。对自然环境的关心是生态建筑存在的根本,是一种环境共生意识的体现。
    2、因地制宜原则
    善于因地制宜地利用一切可以利用的因素和高效地利用自然资源,根据生态学的进化论,生态建筑设计包含着资源的经济利用问题,其中首要的是土地的利用问题。今后建筑业的发展,势必在有限的土地资源内展开,为了节省有限的土地,必须建立高效的空间体系。其次是建筑节能和生态平衡,也就是减少各种资源和材料的消耗,如太阳能的利用和建筑保温材料的应用等。
    3、“整体优先”和“生态优先”原则
    更加注意自然环境设计,要对自然生态环境的特点和规律加强重视,加强自然环境的利用,使人工环境和自然环境有机交融。
    4、地方根植性原则
    任何一个区域规划、城市建设或者单体建筑项目,都必须建立在对特定地方条件的分析和评价的基础之上,其中包括地域气候特征、地理因素、地方文化与风俗、建筑肌理特征要有利于环境持续性的各种能源分布,如地方建筑材料的利用强度和持久性,以及当地的各种限制条件等。
    四、生态建筑经典案例
    国内外生态建筑有很多成功的案例可供借鉴,对于生态建筑的发展和进步意义十分重大,这些生态建筑的设计思路有很多渗透了新的理念和需要更多的技术创新,这也是生态建筑不断发展的不竭动力。
    1、回归自然的“莱尔草场”
    在德国的汉诺威市,建筑师和生态学家联手合作,共同设计规划,建造了一个与众不同的名为“莱尔草场”的住宅区。住宅区内, 69套院落式上下两层的民居错落有序地分布着。楼房外表各有特色,内部设计也不尽相同。民居具有浓郁的回归自然的色彩,其结构为砖木骨架,四壁用木材,显得朴实无华。在“莱尔草场”的居室里,使用一种以植物茎条纤维为原材料手工织成的墙纸。它取材于植物,无毒,无味,吸湿,透气性能好,反射光线柔和,色彩典雅古朴,与整体环境融为一体。这个住宅区还使用了木质马赛克这种新型装饰材料。木质马赛克以硬质杂木或杂木的边角料为材料,可以充分利用木质杂木或杂木的边角料为材料,并用木质纹理和天然色彩拼出绚丽多彩的图案。硬杂木具有较理想的耐磨性,这些木质马赛克被用来拼装居室的地板、天花板和装饰家具。在“莱尔草场”的居室,只见麻织地毯、用玉米皮或麦秆编织的草垫等不拘一格地铺设在地面上,显得随意而亲切。加上它们的色彩来源于材料本身, 清新之气扑面而来, 令人轻松平静。“植物生态建筑”很符合现代人的心态,具有广阔的发展前途。越来越多的人对“自然与简单”的居室设计倍感亲切,渴望能把田园气息带进家庭生活之中。
    2、节约能源的仿生“向日葵”
    1994年,德国建筑师特多•特霍斯特设计的欧洲第一座由计算机控制的太阳跟踪住宅,是技术功能仿生的一个较好的例子。建筑师根据向日葵的生态原理,把住宅设计成像向日葵花一样,正立面始终朝向太阳,以充分利用太阳能。这座180 t重建筑物的基座是由地下室6根柱子支撑的环形轨道,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮, 6个驱动器能在9 h内将住宅旋转180°,始终对准太阳,夜晚又回到初始位置。屋顶设有12㎡ 太阳能电池,提供大量电能,其中只有113%被旋转电机消耗掉,其余都提供给建筑作为生活用电。这座建筑也被认为是主动式太阳能生态建筑的一次成功尝试。
    3、自然与建筑完美结合的柏林国会大厦
    柏林国会大厦始建于1894 年, 1992 英国建筑师诺曼•福斯特完善了原有的设计,不仅保留了原有建筑的外形,而且使它变成了一座生态建筑,使看上去貌似简单的玻璃穹顶具有丰富的内涵。柏林国会大厦的改建使人们对生态建筑有了更深刻的理解,对自然资源的合理使用并进而达到生态平衡。具体表现:
    (1)自然光源的利用 
    柏林国会大厦改建后的议会大厅主要依靠自然采光而且具有顶光,通过透明的穹顶和倒锥体的反射将水平光反射到下面的议会大厅,议会大厅两侧的内天井也可以补充自然光线,基本上可以保证议会大厅内的照明,从而减少了平时的人工照明。穹顶内还设有一个随日照方向自动调整方位的遮光板,遮光板的作用是防止热辐射和避免眩光。沿着导轨缓缓移动的遮光板和倒锤形反射体都有着极强的雕塑感,有人把倒锥体称作“光雕”或“镜面喷泉”。日落之后,穹顶的作用正好与白天相反,室内灯光向外放射,玻璃穹顶成了发光体,有如一座灯塔,成为柏林市独特的景观。
    (2)自然通风系统 
    议会大厅通风系统的进风口设在西门廊的檐部,新鲜空气进来后经过大厅地板下的风道及充在座位下的风口,低速而均匀地散发到大厅内,然后再从穹顶内倒锥体的中空部分排到室外,此时倒锥体成了拔气罩,这是极为合理的气流组织。大厦的侧窗均为双层窗,外层为防卫性的层压玻璃,两层之间为遮阳装置,侧窗的通风既可以自动调节也可人工控制。大厦的大部分房间可以得到自然通风和换气,根据空气的换气量需要进行调整,每小时可以达到1/2次~5次。
    (3)能源与环保
    20世纪60年代的国会大厦曾安装过采用矿物燃料的动力设备,每年排放二氧化碳达到7000 t。为了保护首都的环境,改建后国会大厦决定采用生态燃料,以油菜籽和葵花籽中提炼的油作为燃料,这种燃料燃烧发电是相当地高效、清洁,每年排放的二氧化碳预计仅为44 t,大大地减少了对环境的污染。与此同时,议会大厅的遮阳和通风系统的动力来源于装在屋顶上的太阳能发电装置,这种发电装置最高可以发电40 kW。把太阳能发电和穹顶内可以自动控制的遮阳系统结合起来是建筑师的一个绝妙的想法。
    (4)地下蓄水层的循环利用 
    柏林国会大厦改建中,最引人注目的当属地下蓄水层(地下湖)的循环利用。柏林夏日很热,冬季很冷,设计充分利用自然界的能源和地下蓄水层的存在,把夏天的热能储存在地下供冬天使用,同时又把冬天的冷量储存在地下给夏天使用。国会大厦附近有深、浅两个蓄水层,浅层的蓄冷,深层的蓄热,设计中把它们充分利用为大型冷热交换器,形成积极的生态平衡。
    (5)其他
    摩天楼是出名的耗能大户,在众多的反对建设摩天楼的理由中,能源和环境问题是最常见的,设计单位“未来系统”希望通过“绿鸟”这一概念性设计来改善摩天楼的这一缺陷,并且试图探讨摩天楼给城市带来的诸如交通混乱、无秩序发展、人情淡漠等其他问题。具体到生态方面来说,“绿鸟”设计了新的结构体系,充分利用摩天楼的高度,借助“烟囱效应”来解决大楼的自然通风问题,摩天楼的体型也考虑了其空气动力学特性,采用椭圆形平面,双曲线型立面、较高的露曾的空间是开敞的,可以很好地适应任何方向吹来的风,立面上配置有光电转换装置,为大楼提供能源。
    五、生态建筑设计模式
    生态建筑追求将建筑功能、人本需求、生态环境有机地结合起来,使得建筑在追求高科技效果和与生态环境保持协调中寻找平衡,总结起来,生态建筑的设计主要有以下模式:
    1、整体设计模式
    生态建筑的设计要对气候、文化、经济等因素进行综合分析,既不是盲目照搬,也不是不顾整体只看局部。例如,在经济不发达地区,将有限的保温材料加到关键部位,而不是均匀分布,能起到事半功倍的效果。
    2、环境和谐模式
    这种生态建筑在保证建筑安全性、舒适性、经济性、便利性的基础上,设计、规划的各个环节引入环境概念,也就是在规划设计的过程中,必须结合当地的生态、地理、文化环境特征,必须收集诸如气候、土地、水文、交通、能源、基础设施等方面的资料,力求做到建筑与周围的生态、人文环境有机结合,增加人类的舒适和健康,增加能源和材料的利用效率。
    3、以人为本模式
    生态建筑营造健康舒适的环境主要手段有:使用对人体无害的材料,抑制对人体健康有害处的辐射、电波、气体等,符合人体工程学的设计,室内具有优良的空气质量,优良的温度、湿度、光线、声音环境。
    4、节能新技术模式
    这种生态建筑强调能源使用的高效节约化,主要包括:根据日照强度自动调节室内的照明系统、局域空调、局域换气系统、节水系统等,注重能源的循环使用,采用便于对建筑进行保养、修缮、更新的设计,对设计的发展留有余地。
    5、继承与发展并重模式
    这种生态建筑更多地融入历史与地域的人文环境,主要体现在:一是对古建筑妥善保存的同时,强调对传统街区景观的继承和发展,二是继承地方传统的施工和生产技术,三是继承和保护城市与地域的景观特色的同时,积极创造城市的新景观,四是,保持居民原有生活方式的同时,使居民参与建筑设计和街区更新。
     

     

    六、生态建筑设计的误区和技术取向
    1、生态建筑设计误区
    (1)“新的”就是“好的”
    新的建筑材料的确可能体现了最新技术成果,但不一定就是最好的,因为还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,旧材料新用,如降低自重、提高了保温隔热性能的砖,它的应用可能更有意义。
    (2)“天然的”就是“生态的”
    坐落于郊外原生林中的太阳能别墅是生态建筑吗? 未必如此。可以算一笔账: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,木材虽然天然,但却并不生态。
    (3)“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(如黏土陶粒混凝土),或是生产时需要消耗大量的能源并且不能回收利用(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。
    2、生态建筑设计的技术取向
    (1)把自然环境作为设计的根本出发点
    在生态建筑设计中首先要了解环境,环境包括自然环境和人工环境两大类。在设计时人们往往更注重人工环境而忽略自然环境。其实,自然环境和我们的关系更密切,们既要利用、适应自然环境,又要改造,护自然环境,它对人类的影响是根本的,也应成为我们设计的根本出发点。
    (2)对微气候进行调节,提高环境舒适度
    建筑物在与总体平衡的自然环境紧密结合中,其邻里、周边空间、基础设施以及城市的功能系统和交通通讯系统等,都必须遵循自然界循环更新的原则,自身也应始终处于不断调整和更新的过程中。由于环境构成的不同也表现出局部微气候的不同,对微气候的改变是提高环境舒适度,减轻环境压力的有效方法,因此我们要建立新的发展观念,必须从整体出发,充分利用各种“亲环境”的能源对微气候进行调节。
    (3)无害化、健康化策略
    生态建筑设计的一个主要任务,简单说,就是关注健康。这应该是生态学方法研究的一个立足点,因为可持续发展、生态建筑设计,无一例外都是与人的身体健康、心理健康密不可分。
    (4)自然通风
    在建筑设计中,往往采用全封闭的外围护体系,这是由于对能源问题缺乏足够的重视而造成的,建筑师在塑造舒适稳定环境时,完全依赖空调系统。事实上,依靠自然通风满足室内空间需求,不但可以节省大量的空调能耗,还能塑造一个较之以往更加健康的室内环境
    (5)加强绿化设计
    绿化布局可以向立体发展,向空中拓宽,采用屋顶绿化,窗、墙、阳台绿化等手段。今天许多建筑师都梦想着能够在作品中重塑自然,把清新的绿意带回人们的身旁。
    (6)设计具有足够的拓展性,以包容未来科技的应用与发展
    可持续的概念是一种动态的思想,体现在生态建筑中就是建筑应具有足够的拓展性,以适应未来的发展。这就要在对建筑结构、建筑设备等灵活性上做出周密安排。
    七、结语
    随着可持续发展思想的不断传播和深入人心,城镇建设由传统高消耗型发展模式转向高效生态发展模式成为必然趋势。生态建筑正是实施这一转变的必由之路,是目前世界建筑的研究热点和发展趋势,对于我国建设环境友好型、资源节约型社会意义十分重大。
     

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