生态建筑设计理论与实践研究

刘立群， 陶国平， 王 钺* ， 阙 怡， 刘 琼， 何雨洋， 平 凯

(1.山西省城乡规划设计研究院 规划二所，山西 太原030001;2.西南石油大学 土木工程与建筑学院，四川 成都610500)

生态建筑的设计思想起源于上世纪，当时各地区的环境污染严重，全球性的生态环境恶化此起彼伏，这自然而然地引起了不少业内人士的反思，生态建筑这一概念也因此孕育而生. 生态建筑是一种人和自然和谐相处的新理念设计.

目的是为了满足功能和空间的需求，实现资源集约化，减少对环境的污染. 生态建设强调对资源和环境的重视，强调在建筑的整个生命周期中，减少对资源和能源的消耗，减少对环境的污染［1，2］.建设健康、舒适的居住环境.

1 生态建筑设计的原则

1.1 能源节约性原则

生态建筑最重要的一个原则就是能源节约性原则，即对能源、资源的最大限度地节约，争取对资源进行循环利用［3］. 通过对建筑材料的使用，使建筑材料的可降解、可再生成为可能，确保建筑材料的安全可靠性，创造一个舒适、健康的居住环境(见图1).

图1 这种能源节约型设计方案总共可以节省22%的能量消耗Fig.1 This energy-saving design plans can save 22% of total energy consumption

1.2 整体性原则

生态建筑设计应充分考虑整体性因素，综合考虑自然、文化以及经济的因素，根据当地特色，综合各方面因素，设计出整体性强的生态建筑.

1.3 一切从实际出发原则

生态建筑应注重因地制宜，从实际考虑进行设计，杜绝盲目的复制. 我国许多人盲目地追崇西方建筑风格，照搬西方建筑模式. 其实我国建筑和西方建筑的差异很大，各有其特点. 生态建筑设计应该注意地域特色围绕当地自然环境等条件，充分利用自然环境，设计符合当地实际情况的生态建筑.

1.4 以人为本原则

建筑设计中最需要考虑的因素便是人，以人为本，必须考虑到人在居住环境中的感受，提高居民的生活质量，建成健康、舒适的生态建筑. 以往附带太阳能功能的建筑设计，大部分是服务于较贫困落后地区，由于其设计的热舒适性较差，没有较好地做到以人为本.久而久之，随着经济的不断发展，这种简单的生态建筑必将制约其发展.

1.5 生态和谐性原则

建设生态建筑，还有很重要的一点就是保证生态和谐［4］.也就是说，要注重建筑物与周围自然的联系，强调人与自然之间的和谐. 这些可以通过对大自然植物的多样性进行保护和利用得以体现，减少对天然水资源和植被的污染，从而提升建筑环境质量.

2 生态建筑案例分析

2.1 台湾水滴塔

台湾水滴塔的最大特点在于其对资源的合理利用，其中水滴是最基本的设计元素. 台湾水滴塔通过生产水藻，又以水藻作为鱼的食料，同时又可以用来造纸，甚至用作生物燃料. 台湾水滴塔总共拥有10 888 m2左右的水藻面，这些水藻面每年生产出的能量相当于3 266 400 L 多石油的能量，从而形成了一个能量可再生的自然工厂.

台湾水滴塔反应出的是台湾人民的生命活力，企业蓬勃向上的朝气(见图2). 各式各样的人工林和植被以塔液滴形式进行分布，藻类和水源是塔内鱼类生活的来源，同时藻类也是生物燃料动力的源泉，也为台湾空气中的二氧化碳浓度进行天然的过滤和调节.

从远处观看台湾水滴塔，美不胜收，同时以塔为基点，遥望四周，景色更是无与伦比，在塔顶望去，可俯瞰远处山丘起伏之美;在塔中间层望去，置身于水生植物的世界中，可让人们零距离地观察植物的生长;处于塔低层观察，那便是鸟舍和鱼池的天堂.

图2 蓬勃向上的台湾水滴塔Fig.2 The vigorous droplets tower of Taiwan

2.2 新加坡展览塔楼

新加坡展览塔楼［5］空间搭配和谐，其所设置的居住面积正好是绿色面积的两倍，对建筑周边建筑物中植物习性的观察是新加坡展览塔楼设计中非常重要的一点，在这样的设计条件下使周围植物与建筑和谐共存，同时与大自然完美而统一地结合在一起.新加坡展览塔楼的绿色空间在设计时从底层到屋顶一直延伸，与大自然有机结合. 在这种设计条件下，加强了平面空间和垂直空间的联系，同时强化了人文设计和周围大自然的结合(见图3).

图3 新加坡展览塔楼Fig.3 Singapore Exhibition Tower

整座展览塔的设计新颖，其中贯穿了许多新的构思和环境的处理手法. 从大自然中挑选了适宜的植物与建筑相结合，建成了新的生态系统，大自然的绿色植物从街口一直攀沿到屋顶，使整个纵向空间都生气勃勃，充满大自然的气息.

新加坡展览塔楼周边的气候通过种植植物进行调节，充分利用遮阳板和风墙，通过使其活动来把外界的空气引入室内，降低空调的能源消耗. 同时通过太阳能光电系统减少对电能的利用.

在设计新加坡展览塔楼的同时，充分考虑了其潜在的生命周期，保证在一定的时间内健康安全地利用其各项用途，同时其所用的材料亦可以方便快捷地进行更换.

考虑到新加坡自身的供水能力不足，需要依靠周边国家的供水支持，而新加坡展览塔楼的设计充分考虑了这一要点，通过其塔内雨水收集装饰与内置水循环系统的设计，可大大提高自我供水能力.在此同时，新加坡展览塔楼还充分利用了太阳能资源，通过安装太阳电池板，能够应对40%的自我能源供给需求. 另外，新加坡展览塔楼设计时也考虑到了污水的回收利用问题，通过其内置的污水储存器设备对污水进行分流处理，流至地下后再进行净化处理.新加坡展览塔楼通过通风设施与天花风扇装置加大了塔内外的空气流动，保证了人与大自然的亲密联系，同时还减少对空调的使用，节约能源.

3 生态建筑的材料

生态建筑的设计核心是建筑材料，利用取自大自然，在原料采取、制造、利用以及废料处理等阶段都对自然破坏小并且有利于人类的身体健康的生态材料来设计生态建筑.

3.1 生态建筑材料的种类

1)节能型生态建材指那种节约能源，减少能源消耗的建筑材料;2)针对部分生态建材可以提供特殊功能，通过调节室内温度、湿度、气流、辐射等因素，影响室内环境;3)指在家居环境中可以给人以安全舒适感觉的建筑材料，具有除味，调节湿度，隔热吸音等功能，给人以安全舒适的家居感觉;4)部分建材在保证结构稳定性的同时还有助于提升人的身体健康，有助于人类生活的新陈代谢，有利于人的身心健康;5)指的是那种对环境无污染、可以循环再生的生态建材材料，并且还可以对材料使用后所剩的垃圾进行有机处理，做成植物的有机肥料进行循环再利用，减少对资源的消耗［6］.

3.2 生态建筑材料的特征

生态建材相比传统建材特征［7］如下:

1)生态建材的取料大多使用尾渣、垃圾等废弃物，尽可能少用自然资源;2)生态建材的制造工艺更先进，与传统建材相比能耗更低、污染更少;3)生态建材在制造过程中基本杜绝了对甲醛等有害化学品的使用，尽量采用有利于人类身体健康的原料加工处理;4)生态建材设计的宗旨是改善人和自然的相处环境、提高生活质量，有助于提升人类的身体健康，改善环境;5)生态建材可循环利用，没有产生对自然有污染的废弃物.

4 生态建筑中的节能技术

在建筑设计中加入节能是近年来建筑发展的趋势，环境问题日益严重，人们对可持续发展的认识也逐步加深，提高能源的利用效率已成为当今世界建筑节能研究的主流方向［8］.

4.1 选址不同对建筑的节能约束

一般情况下通风、遮阳以及日照是建筑选址必须考虑的3个要素. 通风对建筑室内热环境影响明显，在生态建筑设计时应充分考虑通风这一要素，充分利用自然通风来维持室内温度;遮阳是生态建筑设计中必须要考虑的一环. 遮阳的方式有很多，例如绿化遮阳、建筑自遮阳、地貌遮阳等方式;采光是建筑必须要满足的一项指标，为满足冬季采光的要求，最经济、最合理的有效的方法就是充分利用太阳能，充分考虑地区的气候、日照、地形以及建筑前后的遮挡情况等因素，通过调整建筑的外形、窗口位置及大小以及有无遮阳等方式来满足日照.

4. 2 体型不同节能不同

制约建筑的节能体型因素有很多，气温差异、太阳辐射以及建筑朝向都影响建筑体型的设计.

4. 3 建筑围护结构节能

气候条件的不同对建筑内外的传热性能效果也是不同的，随着经济生活水平的提高，人们对建筑外围护结构的热工性能效果的需求越来越高. 往往改善围护结构的热工性能的最主要的方法是使用保温隔热性更好的节能型材料，其次才是通过改变建筑节能构造来提高效率.

4. 4 生态建筑的天然采光

建筑采光系统的设计往往需要综合考虑建筑的高度、朝向、窗户位置以及气温，才有不同的天然采光技术方法来应对不同环境下的建筑物，设计出顺应当地自然条件的生态建筑.

4. 5 生态建筑的自然通风技术

建筑物的自然通风已在建筑中得到广泛的应用，它是一种传统的建筑防热技术. 自然通风技术一般利用风压、热压、风压和热压相结合以及机械辅助几种方式实现自然通风，节约能源.

4. 6 生态建筑对再生能源的利用.

可再生能源一般对大自然的污染小，并且其分存广泛.通过可再生资源替代常规资源，能起到减少能源消耗的特点.

在生态建筑设计中太阳能应用是建筑设计的主要手段:1)地热能作为一种蕴藏丰富的自然资源，在建筑中的应用广泛，通过一定技术，变成既可供暖又可供热并且又可再生的新型能源;2)风能是一种无污染、可再生的能源，其未来的发展潜力巨大，但风能和其他能源相比不稳定，利用效果不明显.

5 总 结

通过以上分析，作者发现发展生态建筑已经成为当今社会发展的主题，同时也是顺应建筑全球化潮流，提升人居环境健康性和舒适性的迫切需要，为发展生态建筑，必须不断转变建筑在设计和建设方面的思维方式，逐步缓解资源紧缺和环境污染的现状.在建筑材料和节能设计方面不断突破，努力创新，建设人和自然和谐相处、互利共存的新型生态建筑.

［1］王忠孝. 生态建筑设计探讨［J］. 科技与企业，2013，(10):143.

［2］黄伟春. 浅谈生态建筑设计［J］. 珠江现代建设，2014，(1):20-21.

［3］张光模.论述生态建筑设计［J］. 中华民居(下旬刊)，2014，(2):86，88.

［4］何 敏，李 季. 生态建筑浅谈［J］. 四川建筑，2013，(3):31-32.

［5］曾 峥. 全球未来派绿色建筑［J］. 中国西部，2013，(1):112-121

［6］胡德灿.浅谈生态建筑材料在室内装饰领域的应用［J］.鄂州大学学报，2012，19(5):40-43.

［7］桑卫安.生态建筑材料的应用及发展潜质［J］. 中国市场，2010，(36):72.

［8］李忠娜，赵涵红.生态建筑与环保绿色建筑［J］.黑龙江科技信息，2013，(11):192.