基于生态气候的建筑设计策略探讨

陈成发

【摘 要】生态气候设计采用适宜技术，呈现地域气候特征。建筑空间与形态设计结合当地气候，冬季防风，夏季通风，并与自然地形协调一致；建筑结合自然地理，依山就势，南北纵深呈阶梯状节能布局，减少对自然生态的影响；通过降低建筑体型系数和应变气候的空间设计以及节能構造等设计策略，调节建筑室内气候，营造低碳节能的生态气候建筑。

【关键词】生态气候建筑；设计原理；节能策略；设计方法；

1 生态气候建筑设计原理

1. 1 基于乡土建筑和生态节能的建筑设计理论

生态气候的建筑设计属于被动式低能耗设计方法，在建筑物建造、运营、使用到消亡的过程中，建立被动式系统优先配合主动利用系统的共同作用，结合气候创造舒适性建筑。其设计目标是最大限度地利用自然环境条件，探索建筑形态生成与自然环境之间的关系，量化建筑形体系数与能源有效利用指标，使建筑设计实现利用气候资源最大化，并与当地经济、社会发展及技术条件相联系，形成独具个性化的现代地域性建筑形象。生态气候的建筑设计理论基于适应地域自然环境的乡土建筑设计原理和方法，并经过当代设计新思维以及生态节能技术的提炼演变而成，遵循生态学和可持续发展理念，通过相应的设计策略，使得建筑室内热环境冬暖夏凉。生态气候建筑设计综合协调了地域生态气候条件与建筑功能、形体与空间等要素，通过规划、设计、环境配置的设计手法，如恰当的建筑形式、构造设计、适宜技术措施等，驾驭自然条件和有利的气候资源，消除不利气候影响，对室内气候向人们期望的热环境方面调整，尽量减少或者不利用空调设备等技术手段，以获得建筑环境的热舒适，创造低能耗且舒适宜人的人居建筑。生态气候的建筑设计原理如图1 所示。

1—外部气候条件曲线；2—通过节能设计方法的室内气候条件曲线；3—设计策略；4—空调技术手段；5—舒适的室内气候曲线

图1 生态气候的建筑设计原理

生态气候建筑的设计原理充分利用地方气候与自然资源，以乡土建筑和自然主义美学观、价值观、伦理观为思想基础，并节能降耗，低碳减排。在建筑设计理论和实践上超越建筑与自然之间的对峙状态，既不拘泥于自然本位论，更不执着于人类中心论，从而真正消解建筑与自然环境的二元对立模式，将建筑与自然的关系彻底还原为整体性和谐，并包含了建筑与社会、文化环境的关系和谐。

1. 2 生态节能与环保

生态气候的建筑设计体现了自然、节能与环保的设计指导思想，其评价准则就是宜人性的生态节能效益。它不仅仅是一种修补性的折衷设计理念，而且是辨证和智慧的决择，它涵盖了合乎人性和自然环保要求，提高对太阳能等可再生能源的综合利用，减少不可再生资源的耗费，保护生态环境；它采用生态环保的传统技术，侧重对传统技术的改进来达到保护原有生态环境的目标；同时将当代先进生态节能设计思想与地域条件相结合，充分发掘传统地方设计理论的潜力，实现城市与建筑的可持续发展。

1. 3 适宜技术

适宜技术摆脱技术决定论的限制而趋于现代科技乡土化，乡土技术现代化。适宜技术是以因地制宜为特征的技术体系，对生态气候建筑所处地域特点系统分析，选择出最适合的建筑技术类型，它是由特定的环境决定，是实现建筑设计绿色环保和地方化的有效途径，包括节能、遮阳、自然采光与通风构造技术，以及体型设计和应对气候的空间变化等具体的技术手段。

1. 4 地域气候特征

建筑根植于地方气候条件与自然环境，进而在长期的实践中形成特定地域建筑特征与认同感。“通过感情上或形式上加以模仿的手法把古老或当代最流行样加以拼凑，是不能得到真正的地区性建筑特征的。但是，如果建筑师把完全不同的室内外关系作为设计构思的核心因素加以应用，那么，只要抓住气候条件影响建筑设计而造成的基本区别，就可以获得表现手法上的多样性”。因此，生态气候建筑设计彰显地域自然地理和气候特征。

2 生态气候建筑设计策略

2. 1 生态气候建筑的群体布局

地域生态气候与建筑所处的微观地形有关，涉及山体形势、海拔高度及地形地貌。生态气候建筑群体布局优选日照时间相对最长的南坡，其次是东南、西南坡，东坡、西坡通常只有半天日照，相对较短，气候条件相对较差，可以因地制宜布置建筑；北坡日照时间最短，夏热冬冷，气候条件最差，一般不宜布置居住建筑（ 图2）。

图2 生态气候建筑的群体布局

3 节能构造方法

3. 1 低体型系数

影响生态气候建筑热工性能的一个重要因素是体型系数。对于同样体积的建筑，体型系数越大，其外表面积越大，散热面积也就越大。因此，寒冷地区建筑的体型系数越小越有利于保温，同样也越有利于夏季隔热。夏热冬冷地区建筑既要考虑冬季保温，又要照顾夏季隔热，因此，无论从空间布局与造型处理，还是构造与材料的运用上，都需要采取灵活多变的应对措施。冬季保温与夏季隔热的构造原理是相通的，对建筑体型的选择尽量追求同样容积下体表面积最小的建筑形态，并尽量简洁紧凑，圆柱形与方形是最节能降耗的建筑体型。

3. 2 立体绿化

绿化与水体都具有净化空气，蒸发吸热降温，引发空气对流，调节建筑空间局部小气候之功效。加强地面绿化、屋顶绿化、墙面垂直绿化与阳台绿化的整体性，减少硬质铺地，增加绿化种植面，选择高大落叶乔木遮挡夏日阳光，遮荫通风，冬季纳阳挡风，营造节能建筑设计的微气候条件。此外，建筑屋顶采用蓄水或覆土种植绿化，使其具有良好的保温隔热效果，降低城市热岛效应。西墙的通风绿化表皮，可以设置双层通风绿化构造，突破简单的在墙面种植爬山虎一类的攀缘植物的构造，墙体自身散热减弱，同时利用植物的春夏叶茂、秋冬落叶，有效地解决建筑外表皮夏季隔热和冬季得热，从生态角度给绿化注入了深层的含义。

3. 3 生态节能措施

节能设计受传统地方技术的启发，合理利用可再生自然资源，不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间布局的细部构造上采取措施，以改善建筑热环境，实现微气候建构。建筑节能构造方法包括：1） 采用现代技术理念以及高效保温材料进行构造设计，提高建筑围护结构的保温隔热性能；2） 充分利用太阳能取暖、太阳能热水泵及光伏发电等绿色可再生能源，生态环保；3 ） 利用地表下浅层土壤或者地下水地热进行夏季通风和冬季采暖，无污染可循环；4） 建筑表面绿化或在中部引入绿化开敞空间，减轻建筑的热岛效应的设计等措施。

4 结语

生态气候的建筑设计根植于地方气候与自然环境，实现环保、低碳而节能。应用图解分析和归纳综合的方法，探讨建筑设计融入当地气候与生态环境的原理与策略。生态气候的建筑设计应通过规划与设计手段，驾驭有利的气候资源与自然地形，避免不利气候影响，采取适宜技术，使得建筑室内热环境冬暖夏凉，生态节能；建筑布局与空间形态、热缓冲空间、通风防风、体型选择、节能构造等适应地方气候。