建筑师的生态设计方法

【摘要】《建筑节能设计手册——气候与建筑》告诉建筑师了解环境地理状况，学习并继承传统建筑中蕴含的生态智慧，采用低成本、低造价或者是造价适当的技术组合与材料，具有经济节约、易于普及的明显优势，是符合现代建筑技术发展要求的。书中介绍了很多适应气候的节能设计的原理和方法，建筑师利用书中方法来指导设计，创造出适合当地气候的生态建筑。本文以建筑的自然通风为例来说明书中的内容在建筑设计上的应用。

【关键词】生态设计方法 气候 自然通风

建筑活动是人类改造自然最大的活动之一，工业技术的进步实现了对建筑空间环境的绝对控制，导致人们能够尽情地利用能源和各种自然资源，不断满足对人工环境质量日益提高的需求。然而，对能源危机和环境恶化的追根溯源，发现人类建筑活动所消耗的能源资源和排放的污染物占到社会总量的三成。建立在资源无限环境容量无限理念之上的现代建筑设计理论和方法受到挑战，人类开始反思这种建立在工业文明基础之上的行为模式，以寻求人类社会、经济、技术和环境可持续发展的途径，“气候建筑学”、“生态建筑学”则应运而生。

有些人希望采用先进的材料、高效的设备和精确的技术来提高资源的利用率，减少非再生能源的消耗，保护生态环境。在这种情况下，出现了众多的新技术和新产品如：断热铝合金双玻中空LOW-E窗，阳光控制膜，热湿独立控制的新型空调系统，太阳能空调和地板采暖，室内环境智能空调系统，太阳能光复发电技术，再生骨料混凝土技术，景观域生态保持和修复系统，同层排水系统，环保型装饰装修材料等等。这些新技术和新产品可以使室内外中和环境达到健康、舒适，同时减少对能源的消耗。但这存在一些问题：

1 这是人们有一种错觉：这些技术的应用应是建筑技术工程师的工作，建筑师只要随心所欲的设计房子，如何是这些房子“生态”是建筑技术工程师的事。在这个过程中建筑是完全是“被动的”。

2新技术和新产品需要大量的资金来研究和设计，因此他们的价格不菲，这就影响它们在经济欠发达地区的应用。使这一地区的建筑不能“生态化”。如果我们想要建筑师“主动地设计”，利用一些适宜的技术来建造生态建筑，那该怎么办？从《建筑节能设计手册——气候与建筑》（在以下的文章中减称为《节能设计手册》）中我们可以找到一些解决上述问题的方法。《节能设计手册》告诉建筑师了解环境地理状况（气候、地形、地貌、风向、植被等），学习并继承传统建筑中蕴含的生态智慧，采用低成本、低造价或者是造价适当的技术组合与材料，具有经济节约、易于普及的明显优势，尤其对发展中国家而言，是符合现代建筑技术发展要求的。建筑师利用《节能设计手册》中方法“主动式设计”才能减少建筑物对自然生态系统的破坏，才更符合人居环境可持续发展的要求。合理利用各种保温防热措施以及自然通风、遮阳等设计手段以适应地区气候特点，节约能源、利用太阳能等可再生能源，是建筑节能的主要途径，也是生态建筑、绿色建筑的丰要方而。这些方法不是在建筑设计完成以后加上，而是贯穿在设计的始终，才能达到真正的建筑节能。《节能设计手册》把建筑设计过程按照从宏观水平到微观细节分为20个层次：

1、地形：地势及斜坡方位；

2、植被类型；

3、水体；

4、街道宽度及方位；

5、室外空间及建筑形式；

6、地表特征；

7、规划形式；

8、规划要素；

9、建筑朝向；

10、体形系数（表面积与体积的比率）；

11、屋顶形式；

12、门窗形式与布置；

13、门窗朝向；

14、门窗凋节构件；

15、室外色彩与纹理；

16、屋顶材料；

17、墙体；

18、室内布置及分隔；

19、室内材料；

20、室内装修。

书中把这20个层次的气候特点、理论、在建筑设计上的应用进行了详细地介绍。这20的层次和我们建筑设计的各个阶段相对应，这有助于我们在设计时进行参考，设计出符合当地气候的节能生态建筑。

由于字数限制，我不能把从书中学到20个层次在建筑设计上的应用依依写出来，我仅举一个典型的在设计中最常出现的例子——建筑的自然通风，来说明书中的内容在建筑设计上的应用。

1 通风的物理原理

自然通风的驱动力是风和温度。建筑物室内外风速和温度的不同引起内外之间的风压差和热压差，由此产生室内自然通风。作用在建筑物上风压的人小取决于风向、风速和建筑物的形状。室内外温度的不同会引起空气密度的差异，从而产生不同的压力（图1）。穿过洞口的气流速度与压力差并不成线性比例关系，因此，对任何个洞口来说，由风压产生的气流和由热压产生的气流是不能直接相加的。

2 建筑物自然通风有三种主要途径：

2.1单侧通风

当大的通风口如门、窗等仅位于一面外墙上时就产生了单侧通风。空气变换是通过风的湍流、外部的洞口和局地外部气流的相互作用及局地烟囱应来完成的。

2.2穿堂风

当外墙上的气流入口和气流出口之间有一个室内气流通道时就产生了穿常风。气流的特点是由风和温度差的综合作用决定的。图3显示了它的一般原理。

入口和出口对室内风速及气流分布的影响：如口小出口大时，室内最高风速值较大，房间大部分面积风速较小；入口大出口小时，室内最高风速值较小，但室内气流分布较好，只有小面积风速较小：假定房间平面接近方形，且风向正对建筑。当窗墙面积比超过40﹪时，在增加窗面积，室内风速不会有很大的提高。我们设计窗的大小时，可参考这一原理，设计出美观且有良好通风的窗户。

内庭院可以作为通风空气的一个来源。在一年和一天最热的时间段，如夏天的午后，小庭院内部的空气儿乎不动，这对于单侧通风来说是一个弱的微风源（图4）。在一些炎热地区，传统上是在庭院之间建造走廊，穿堂风从庭院抽取空气，穿过周围房间，通过偏门流进走廊。因此，在炎热地区可设计庭院式建筑，有利于自然通风。

2.3烟囱效应与反烟囱效应

以风塔为例演示如何利用烟囱和反烟囱效应，使塔内和建筑物内的空气上下流动。例如，在一个无风、炎热的夏天午后，风塔内很热，烟囱效应使房间的热空气被抽到塔顶部，而来自庭院的凉空气代替了原来的热空气。在夏天无风的早晨，夜间冷却了的塔将从室外吸人较热的空气，这种逆向烟囱效应能使室内获得舒适的空气流动。当塔不断升温，烟囱的作用又颠倒回来，凉爽的庭院空气又被利用起来。因此在较炎热的地区，一天的大部分时间里，这个巧妙的系统就不断向房间输人新鲜空气。

3 空气的自然调节

调整气流的一个美妙想法就是让空气自然地进入一个空间。可以采用以下的做法：

3.1、利用水塘水池、沟渠和喷泉中的水；

3.2、在建筑物内部和四周种树；

3.2利用地冷。

极富想像力的设计可以使建筑几乎不用任何机械制冷设备——甚至在最炎热的气候区。毕竟在印度的建筑设计中，这样做已有一千年的历史了。在设计领域，我们仍有很多地方需要向我们的祖先学习。《节能设计手册》为建筑师提供设计适合当地气候的生态建筑的一种简单有效方法，我们有了这种方法可以设计符合中国国情的生态建筑。建筑师了解环境状况，学习并继承传统建筑中蕴含的生态智慧，采用低成本、低造价或者是造价适当的技术组合与材料，这才是符合中国国情的生态建筑。

参考文献：

1、《建筑节能设计手册——气候与建筑》 [美]阿尔翁的.克里尚 中国建筑工业出版社