浅谈绿色生态建筑设计

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　　摘要：本文是笔者结合多年工作经验，主要针对目前提出的绿色生态低碳的建筑设计做出了一些简要阐述分析，以供参考。
　　关键词：绿色；生态；建筑设计
　　前言
　　我国在《绿色住宅小区建设要点与建筑技术导则》和《绿色建筑评价标准》中，将绿色建筑明确定义为：在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。生态建筑则是以最大限度地减少能源消耗及对自然的破坏并能从自然摄取能源的概念被提出，可见“绿色”和“生态”都旨在处理好人、建筑和自然三者之间的关系。绿色生态建筑的提出则更是对建筑设计集成化、多元化、整体化的诠释(图1)，而面对这样趋势，建筑师更多的是需要权衡各方面的
　　要素．在人工环境与自然环境之间寻求一种和谐的关系。
　　
　　
　　1 绿色生态规划
　　设计师必须将城市、建筑及周边环境看成是一个巨大而复杂的物质能量系统，所创造的人工环境必须保持能量摄取与消耗的和谐。规划设计可采用高效而密集的集成设计手法，综合考虑建筑、材料、设备、朝向、风速等因素，尽可能地利用自然条件下的日照、主导风向，以及减少对周边自然环境的破坏，真正形成一个人与自然和谐的空间环境。同时，考虑城市功能共存，社区共融，以减少交通量，优先考虑步行交通，优惠公共交通。随着科技的发展，借助各种动力分析软件使能量流动可视化和数据化，以帮助设计者思考。
　　2 平面布置的绿色生态思考
　　建筑的平面布局直接影响使用空间的微气候，对日照以及通风的考虑已是每一幢建筑都需要涉及的问题。然而对于高层建筑来说，服务核(即楼梯、电梯、卫生间及管道井)的定位却可决定楼层周边的开窗位置，并能起到“遮阳”与“挡风”的过渡性空间的作用。服务核可以布置在建筑的东、西侧以遮挡日晒。研究表明，当采用东西双核的布置方式，窗户设于南北端时，能节省空调负荷20％之多；而在气候寒冷地区，这些服务核还能起到挡风的屏障作用。中庭及边庭的设置亦可为高层建筑的使用者创造一个开敞的情趣空间，这种空中庭院通过绿化及景观设计，不仅使建筑竖向产生变化，且在温和气候地区的夏季，能使建筑外表皮比街道处的环境温度降低5℃之多，冬季的热量损失能减少30％。更重要的是中、边庭的配合使用可以产生“烟囱效应”，调节建筑表皮与外界环境的热交换及作为过渡空间来处理建筑表皮的微气候。福斯特设计的法兰克福商业银行(图2)及杨经文
　　设计的梅纳拉大厦(图3)都是绿色平面设计的先驱之作。
　　
　　
　　3 建筑围护结构节能设计
　　3．1 建筑外墙保温隔热
　　建筑外墙材料保温隔热的能力直接影响到人的体表感觉。墙体的保温隔热主要是在外墙中置入保温隔热材料来调控整个墙体的传热系数。按保温隔热材料的位置主耍分为外墙外保温、外墙内保温及外墙夹芯保温三种形式。目前国际市场上的保温材料种类多样。常用的有聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS板)、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板(XPS板)、聚氨酯、胶粉聚苯颗粒、膨胀玻化微珠、微晶无机保温砂浆矿棉等。考虑透光的需要．TWD蜂窝状材料、毛细管材料、Basogel粒状气溶胶材料、玻璃管状材料可在满足采光的同时具有保温隔热能力。这些保温隔热材料各有所长，不能单纯说哪种更优。而要结合当地材料种类、实际气候、施工技术条件和造价因地制宜地选用。
　　3．2 玻璃门窗的复合化设计
　　绿色生态建筑中采用的玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃、LOW―E玻璃和热反射玻璃等。中空玻璃是将两片玻璃密封并将中间的空气抽出再灌入干燥惰性气体而成。早期普通单片玻璃传热系数K值超过6W／(m •K)，现在的普通中空玻璃传热系数K值在3以上，低辐射(LOW―E)中空玻璃传热系数 值为1．0左右，今后技术的进一步升级将使 值有望下降到0．5。真空玻璃的节能性和环境舒适度比中空玻璃高出50％，更是以往广泛使用的单片玻璃的6倍。真空玻璃是将两片平板玻璃四周密封起来．中间有间隙，将间隙抽成真空，两片玻璃内表面镀有一层或两层透明低辐射膜，与保温瓶有异曲同工之处。绿色生态建筑需要可“呼吸”的表皮来调节与自然环境的和谐，热通道玻璃幕墙(双层动态节能幕墙)正是一种能够“呼吸”的幕墙，可分为“封闭式内循环体系”和可自然通风的“敞开式外循环体系”，由外层幕墙、内层幕墙、遮阳装置、进风装置、出风装置组成(图4)。与传统的单层玻璃幕墙相比，热通道玻璃幕墙采暖时可节约能源42％一52％：制冷时可节约能源38％一6o％。同时，在两层玻璃中间装入的遮阳系统又可和太阳能光伏发电系统相结合。形成多功能的复合表皮。若将太阳能电池板装在可自动调节的遮阳百叶上，在遮挡阳光的同时可将光能转化为电能并网使用。
　　
　　
　　4 第五立面的绿色生态集成
　　(1)屋顶是最适合接收太阳光的平面，光伏太阳能板可在平整的屋顶上大面积铺设。由于屋顶形式的变化需求，光伏板的形状也在逐渐改观。目前，最新的两项技术是日本三洋公司研制的光伏瓦屋面及佳能公司的无定形光伏板。
　　(2)风能的应用主要体现在高层建筑上。高层建筑随高度的增加风压逐渐增大，利用这些风和气流可以推动涡轮机叶片，由发电机将风和气流转换成电能。目前欧洲已开始研究该技术，并取得一些初步的成果。
　　(3)屋顶的有组织排水实际也是一个雨水收集系统。雨水的吸收及再利用在一些发达国家已非常普遍，如日本的高层建筑一般都设计有中水循环系统，也就是将可以利用的排水与收集起来的雨水。经处理后作为水源再次加以利用。
　　5 来自地底的能源
　　水源热泵是利用水所储藏的太阳能资源作为冷、热源。进行转换的空调技术。水源热泵技术的工作原理是通过输入少量高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中供采暖之用。
　　6 遮阳系统的高科技化
　　随着科技的发展，遮阳系统已经朝着电子化、高科技化发展，其实现手法可分为内遮阳、外遮阳、玻璃幕墙遮阳。玻璃幕墙的遮阳除前述在双层玻璃幕墙中设置百叶的形式外，主要依靠玻璃本身减少太阳的辐射热。遮阳板的出现从一定形式上给建筑立面造型提供了一种手段，通过改变遮阳板的尺度、排列方式可以产生强烈的序列感(图5)。固定的遮阳板可以采用多种材料：石材、铝板甚至将整个西墙铺设太阳能电板，用以在遮挡西晒的同时产生电能。可控式遮阳系统则是由特殊编制的电脑程序．使百叶随太阳的轨迹进行自行调整，从而降低了过度遮光或遮光不足的可能性(可弥补固定百叶的不足)。特殊外形的百叶片可按设计师的意图生产出来，可控式带孔日光翼可调节室内日光的明暗程度，同时拥有良好的视觉效果。
　　
　　
　　7 将自然光引入室内
　　光导管技术的出现为人类合理利用天然光资源开辟出新的途径。光导管照明系统是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的光导管传输和强化后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到室内空间，得到自然光带来的特殊照明效果。北京奥运会柔道跆拳道馆中安装了148个直径为550 mm的光导管(折射率为99．7％)，在阳光较好的情况下，场馆室内基本不开灯或开少量的灯，即可满足使用要求 大大降低了能源消耗(图6)。
　　
　　
　　绿色生态建筑设计中关于节地、节水、节能、节材、室内空气品质、运行管理等方面，实际受制于功能、造价、形式以及政治、经济、气候、人文管理等诸多因素。所以绿色生态建筑一定是协调各方面因素后产生的结果，建筑师不一定在每个要素上都做到最好、最精，或是把所有绿色生态手法全部集中于一个项目上，而应尽量在综合成本、技术、环境、功能、性能、艺术等“人工环境 与“自然环境”中寻求整体的和谐。
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看

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