1 生態建筑理論與研究

生態建筑以及建筑的可持續發展已成為業內人士關注的焦點,在氣候異常與能源危機越來越突出的今天,探索建筑氣候設計分析方法和設計策略顯得日益迫切。由于我國特殊的地理特征,南北緯度差異大,海陸差別大,高度差別大,地形十分復雜[1],適應氣候的建筑形式也有所不同。1982年李道增從川西農村和菲律賓農場的基本生態循環談起,舉例論證了“技術圈”對“生物圈”的沖擊,強調“生態學本是研究生物特性、生物與生物之間、生物與環境之間關系的一門科學。而生物既是環境的產物,又是環境的改造者。城鄉規劃、建筑設計都是一種環境設計,我們對生態原則在規劃中的運用這一問題也應引起重視”。

生態(綠色)建筑的標志與標準是:在生理生態方面有廣泛的開敞性,采用無害、無污、可降解的建材,按生態經濟開放式閉合循環的原理設計建筑,合理的主體綠化,利用清潔能源,應富有生態文化及藝術的內涵[3]。建筑師應建立新的建筑觀,即可持續發展的建筑觀、生態建筑觀,在建筑設計的思想上樹立“遵循自然、回歸自然”的意向,尤其要考慮建筑與氣候、建筑與環境的相互關系,利用其有利因素,達到自然、社會、經濟效益三者的統一。

2 生態建筑設計及技術

生態建筑設計主要表現為利用太陽能等可再生能源,注重自然通風,自然采光與遮陽,為改善小氣候采用多種綠化手段等,其主要設計思路為氣候控制:室外實際氣候條件—熱舒適環境=需要的氣候控制通過氣候分析,提出應對策略,在建筑總體布局、單體及構造設計上充分考慮利用太陽能、自然通風、遮陽設計等措施,達到利用自然氣候、通過建筑的形式、窗戶的朝向、運用恰當的材料,使建筑在夏季自然通風、冬季利用太陽能,以解決基本的熱舒適需求。

3 生態技術在建筑中的實踐

建筑的一個主要目的是改變微氣候,建造的目標在于創造適合于人類生物舒適感受以及生存的環境,人類幾千年來依賴自然的能量資源和可以獲得的地方材料,結合個人的人類生物舒適感受需要,營造自己的住宅,并在此過程中學會適應周圍的氣候條件,隨著科學技術的發展,新技術、新材料、新方法不斷地應用到生態建筑設計的實踐中,通過改善建筑的通風,在屋頂進行綠化或設置水體,確定合適的建筑物朝向與體型,根據不同自然環境確定窗墻比,采用特種玻璃與遮陽板,對綠色照明、太陽能等潔凈能源的利用,創建節能建筑。

3.1 通風

空氣流動增加了人體與周圍空氣的對流換熱量以及人體的汗液蒸發量,從而使人體在熱環境下的舒適感。我國南方地區夏季主導風向是東南季風和西南季風,應使建筑物朝向夏季主導風向,當建筑群成排布置時,宜與主導風向成30~45°,并采用前后錯位、斜列、前低后高、前短后長、前疏后密等布局措施,使整個建筑群收益。采用敞開的樓梯間、底層架空等措施,以利于后排建筑物的通風。在小區規劃時應因地制宜利用和引導水陸風、山谷風、林原風、街巷風、天井風、庭園風等改善小區微氣候。

實驗研究表明,對夏季靜坐情況下,穿輕薄服裝的人們,在風速1m/s、相對濕度50%時,即使室內氣溫達29℃,人仍然感覺舒適。在風速2m/s、相對濕度50%,舒適溫度可提高到30℃,風速6m/s時,舒適溫度上升到34℃。

3.2 建筑物朝向與體型

不同氣候條件下,建筑的主要立面朝向不同,受太陽輻射的大小不同,應盡量爭取南北朝向,避免東西朝向。

建筑物體型系數定義為建筑物外表面積F與其體積V之比,體積一定的建筑物若體型系數大則外表面積大,通過圍護結構的傳熱就多,應當將體型系數控制在0.35以下,高層建筑采用較大體型系數時,應增加外墻熱阻。寒冷地區出于防風考慮,建筑物邊長比可取為1∶1,夏季干熱地區為了遮陽需要,建筑物邊長比可取為1∶2,夏季濕熱地區為了夏季通風需要,建筑物邊長比可取為1∶3。

3.3 采用特種玻璃和遮陽板設施

透明的窗戶,太陽輻射可透過玻璃進入室內,使室內溫度迅速升高,這是夏季室內溫度過高的主要原因。采用吸熱玻璃、反射玻璃、遮光玻璃,與普通玻璃相比,可分別減少23%、30%和70%的日照得熱。增大屋檐、凹廊、窗戶側壁、陽臺以及專用遮陽板等遮陽措施,可直接遮擋夏季陽光輻射,遮陽板的設置與建筑物朝向等因素有關,水平式適用于南向窗口,垂直式適用于北向窗口,綜合式適合于東南和西南向窗口,擋板式適用于東西向窗口;同時遮陽板又可成為建筑立面的一個構成元素,豐富建筑物的立面造型。

3.4 重視圍護結構的隔熱性能

與發達國家相比,我國的外墻、屋頂單位面積能耗為他們的3~5倍,應采用導熱系數和導溫系數較小的材料;外墻表面采用淺色設計以反射太陽輻射,為減少屋頂溫度,可在屋頂采用植被覆蓋、蓄水、通風等措施,在古巴比倫就連普通的住宅中有屋頂鋪設泥土種植花草的習慣,甚至還有完備的灌溉系統,顯示出了古巴比倫人在工程技術和園藝水平的進步。利用種植棚架構成屋頂花園,其優越性在于:土壤是良好的絕熱體,植被可以遮蔭,減少屋頂吸收的太陽輻射熱量,植被的蒸發作用可以降溫,屋頂花園可以利用雨水,調節雨水的排放量。據德國《住宅綠化》研究,一般只有30%的雨水通過屋頂花園排水系統排出,截流的雨水將在雨后的時間內,儲存在屋頂上,并且逐漸地通過蒸發作用擴散到大氣中。但屋頂花園需要進行相關的荷載設計,以保證結構的安全,另外還要進行放水層設計,無疑增加了建筑造價。

設計師佐佐木葉二先生以“空中之林”為概念,以細膩的手法在市中心鐵路車場遺址上創造的崎玉新都心櫸樹廣場,以“人與自然共生”等語言,使身在都市的人們時刻都能感受到自然。“櫸樹廣場是以‘空中之林’為主題的城市廣場,面積約1公頃,是距地面7m的屋頂花園。作為崎玉新都心中央樞紐的空中廣場栽植220棵6m×6m呈網格排列的櫸樹。

墻體采用中空結構,如墻壁厚度可取為400mm,由兩層150mm厚的墻中間夾著一層100mm厚的聚氨酯泡沫塑料隔熱層構成。

馬來西亞建筑師楊經文在吉隆坡IBM大廈設計中,采用“兩層皮”構造的外墻,形成復合空間的空氣夾層,在保溫隔熱的同時,利用夾墻的煙囪效應加強自然通風。

3.5 綠化與水體華南理工大學亞熱帶研究室曾對夏天陽光下不同地面的溫度進行實測,結果表明,綠化相對于硬鋪砌可取得表面降溫6℃的效果,若配以各種水景,如噴泉、水渠、跌水、水池等,利用下風向致涼,大面積的水面在蒸發過程中可以帶走大量的熱量,在夏季位于水面下風向的建筑,可進一步改善微氣候。在高差較大的地方置以跌水、瀑布,因地制宜,既增加了園林的靈動,又帶動了空氣流動。

在建筑物的南側廣植綠化、減少硬地,在夏季可以有效調節熱輻射,減少日照反射對建筑的影響。瑞士再保險公司新辦公樓在慕尼黑近郊工業園落成,其內部花園建在地下停車場上方,包圍著兩層主體建筑,中心是開闊的水園,其上是架空的6個獨立辦公建筑,植物由支架支撐盤旋在空中,穿插于建筑之間,把建筑聚為一體。中心庭園不同深淺的水景用四色不同的玻璃馬賽克拼貼,形式與環繞建筑的四色花園相呼應,結構清晰,空間組合精巧而舒適。在建筑的立面上,建筑設計師與景觀設計師合作,大膽地在辦公樓四周,架起了高17m的“綠色幕墻”,獨特的設計是由植物與鋼架、鋼網所組成。鋼架支撐鋼網,綠色植物綠色攀緣其上,形成一層綠色屏障,帷幕把建筑包裹在其中,隔離嘈雜的外環境,建筑內院形成相對封閉的安靜空間。景觀設計師選擇了那些便于養護并耐修剪的植物材料,如紫藤、野葡萄等,形成“綠色帷幕”后,設計師又結合建筑的具體情況,對“綠幕”進行修剪,“開出不同形式的‘綠窗’,使工作人員能領略窗外的美景。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優點都是傳統建筑無法比擬的。以上內容就是“裝配式建筑工程知識分享：生態技術在建筑中的實踐”，更多精彩內容可繼續關注環球網校!點擊下方免費下載，可領取裝配式精華考點/課程講義。