生态建筑的理念

生态建筑的理念

生态建筑的理念
引言
伴随着全球的环境热、环保热、生态热，建筑界也出现了一股新名词热，诸如“生态设计”、“生态规划”、“生态工程”、“生态建筑”、“绿色工程”、“绿色建筑”、“节能建筑”等等。那么，什么是“生态建筑”、“绿色建筑”？有学者提出，“绿色建筑是可持续发展的建筑的形象说法”。这类提法有很大的普遍性，就是把不同的概念等同起来，或者用一个概念解释另一个概念。同时，从另一个角度说明，“目前还没有重要统一的生态建筑理论或者被普遍接受的生态建筑的概念定义”。
本文认为，生态建筑包含了绿色、节能、可持续发展等方面的含义，评价一座建筑是否是生态建筑,要看在整个寿命期内是否满足“可持续发展”的要求,比如在涉及能源、水、空气、声、光、热、材料、绿化和废弃物处置等多方面是否能满足节约资源、防止污染,居住健康、舒适以及与自然生态环境相融合这些要求。但绝非仅限于此，生态建筑具有更为深广的内涵和外延。生态建筑完全否定了工业社会带给我们的一系列的化学墙体材料，用无污染的天然材料制成。不仅巧妙地利用了自然资源，而且给我们的居住环境带来了一场新的革命，给我们一个“居住新概念”。这一概念便是绿色理念，把这一理念具体应用于建筑中去，就形成了绿色建筑，绿色建筑既是将生态建筑的可持续发展的思想的具体实施。因此，生态建筑是一种宏观层面的理念，而绿色建筑更注重微观层面的设计实践。
综合各方面的观点，本文提出整体的生态建筑观及生态建筑的理念。
一、从生态学的角度认识建筑系统
建筑系统是建筑师主要关注的问题,生态系统环境是生态学家主要关注的问题.分析比较建筑师和生态学家对两种概念的不同认识,有助于把握注重生态的建筑设计所应该解决的基本问题,以及可能采取的相应的设计策略.
如果从生态学的角度理解建筑,生态学家不仅将建筑系统视为地球生态系统中各种不同的能量和物质材料的临时组织形式,而且需要确定建筑系统全寿命过程的各个环节中,与生态系统环境之间的相互作用,不仅包括组成建筑系统的各个建筑元素的安装和制造,还包括建筑系统的使用、建筑元素的弃置和重新利用等.因此,注重生态的建筑设计具有以下两个特点:
第一,建筑的全寿命过程被看成是一种与能量和物质材料支配相关的过程.建筑师将地球上的能量和物质材料(生物和非生物组成部分)组装成临时的形式,经过一段时间的使用最后拆除.拆除之后的各种建筑元素要么重新在其他的建筑中利用;要么被自然生态环境所

吸收.
第二,是一种对建筑系统的预期性研究.建筑师应认识到建筑系统在全寿命过程中,会对地球资源和生态系统产生不利影响.建筑师必须全面考虑其中的各种不利影响,以消除和减少这些负面影响,以此作为建筑设计任务的重要组成部分.
二、建立整体生态建筑观
借助于系统思想和生态系统的理论和概念,整体生态建筑观具有以下4个方面的内容：
（1)整体生态建筑观将建筑系统看成是一个开放系统,是生物圈中能量和物质材料流动的一个环节.
(2)整体生态建筑观整体、全面地审视建筑系统与周围自然系统环境之间的相互影响作用,认为建筑系统与周围生态系统环境之间存在着随时间维度变化的相互作用,即体现出时间因素的影响.
(3)整体生态建筑观认为建筑系统与周围生态系统环境之间存在着随空间维度变化的相互作用,即体现出空间因素的影响.
(4)整体生态建筑观认为建筑系统自身的设计及其对周围生态系统的影响受地球资源有限性的制约.
三、生态建筑的理念
1 建筑与自然共生
注意与自然环境的结合和协作，使人的行为与自然环境的发展取得同等地位，尊重自然、保护自然，尽量小地对自然环境进行变动，这是生态设计的最基本内涵。
要有洁净的空气、水源与土壤,不致受不良自然环境的危害,也不易遭受自然灾害的侵袭，.建筑物能够有效地使用水、能源、材料和其他资源,也就是说,要使能源和资源消耗降至最低程度。建筑物的围护结构--外墙、窗户、门与屋顶,应该采用高效保温隔热构造;充分利用太阳能;良好的自然采光系统;气密性良好,又有充分的自然通风条件。同时保护全球生态系统,保持建筑周边环境生态系统的平衡,保护、改善自然界绿色植被，森、河、湖、泽的生态环境，发挥大环境自然空调的作用；单幢建筑自然空调是利用土壤热、湿惯性对途径空气进行温、湿度调节的可持续构造系统。利用水或水土混合热湿惯性也可构成自然空调系统。
由于建筑所处自然环境千差万别,生态建筑在“与自然共生”方面应因地制宜。如我国各地气候差异极大,北方冬季采暖多用油、煤做燃料,对环境有严重污染,生态建设应平衡采暖效率和污染问题;而南方夏季炎热、潮湿,自然防热通风,降低空调能耗则是主要问题。印度柯里亚重新挖掘印度传统建筑中的一些设计原则和技术,提出“形式追随气候”的设计理论,较好地解决了干热气候条件下建筑的遮阳防热和自然通风。马来西亚的杨经文针对东南亚热带气候,在现代化高层建筑如马来西亚IBM大厦引入绿化开敞空间、双层外墙形成的空气间层、屋顶百叶状格片遮阳等形成良好微气候的措施,都是因地制

宜的表现。
2 节约能源 （1）降低建筑物能耗
体量大的和集中式的减少表面积的建造，以及使用保温隔热层，可大大降低建筑的能耗。
建筑外墙的传热系数已成为生态建筑的一项重要指标。低能耗建筑、被动式建筑（Passivhaus）通过强有效的保温隔热设施，通过射入的太阳能，以及人体自身发出的热能和综合利用家用电器的热能，从而达到不需要供热设施的生态建筑。这种建筑在要求特别的保温隔热层和充分利用射入的太阳能热能之外，还要求一个特别的空气循环系统。
多瑙埃兴根市生态模范居住区的覆土建筑是一个很好的例子。覆土建筑以它的圆筒形屋顶形成了集中式的联立建筑群。屋顶结构形式形成了较宽的南立面，可以更好的利用天然日光。覆土建筑基本原理是利用土壤、植物的隔热作用和通过一个覆土的屋顶来营造新的生活空间。屋顶和建筑之间的空地也有覆土和种植草坪。覆土建筑的生态优点：⑴首先通过降低对外辐射（A/V关系，保温层），利用和使用最大效率使用能量，降低采暖和热水能耗。⑵建筑的覆土屋顶恢复了自然土壤的功能。如下渗功能（避免把雨水引入排水管道）；对空气中的废气和灰尘有过滤和净化作用；为地下生物提供生活空间，给植物一个生长的地方,既是一些动物（尤其是昆虫）的活动空间，同时又是它们获取食物的地方。其供暖设备是中央燃气锅炉，它和太阳能热水系统连成一体，这个太阳能热水系统全年有96%的使用频率。
如下图所示，通过建筑物的保温节能措施降低建筑物能耗，是一个很有发展潜力的领域。

图1 德国不同住宅对能源的需求量。单位：千瓦时/（平方米•年），即每平方米每年所耗能源（电能）的千瓦数（Norber Fisch,Page 55）
（2）充分利用可再生能源，如太阳能、地热能。
太阳能是目前公认的最具有潜力的可再生能源。太阳能的利用方式：一是被动式的利用，即太阳光射入玻璃暖房或朝南的大玻璃窗内，透明的玻璃一方面能吸收太阳热的辐射，另一方面又有保温隔热的作用；另一种是通过技术设备主动的利用，最常见的就是太阳能热水器；另外更有效的太阳能利用是通过太阳能电池板来产生电能，即光电池，原子上这种技术可以没有任何障碍的与建筑物和城市空间结合起来。
3 在材料、结构、设计和建筑过程以及使用维修过程等方面有益于环境，并体现节约资源、减少污染
这主要包括①应用减轻环境负荷的建筑节能技术
根据日照强度自动调节室内照明系统和蓄热系统;对二次能源的利用：(1)采用适当的水压、水温、排热回收及节水系统;(2)使用耐久性强、易于分

别回收再利用的材料;提倡使用经无害加工处理的再生材料;(3)对自然材料的使用强度以不破坏其自然再生系统为前提;(4)提倡工厂化生产,减少现场作业量,提高材料使用与施工效率;设计便于保养、修缮、更新的建筑.
建筑师乔克尔斯1997年设计的德国斯图加特一个小展览馆“森林房”就是这样的例子,在综合同类建筑的基础上,通过设计手段实现了能量高效利用。玻璃覆盖的展览厅,随季节变化起着加热或制冷的作用。夏季时,屋顶双层罩盖打开,一方面反射大部分阳光防止过热,另一方面散射室内聚集的热量,并将其通过双层罩盖导向屋顶的上部。在冬季,双层罩盖白天收起,顶部的一个开口被关闭,以便阳光射入和热量散发。一片“太阳能墙”夏天绝热、冬天保温,增加节能效果。另外,屋顶的主动式太阳能光电系统与供电系统连接,提供热水或空调所需的能量。
②使用绿色建筑材料，尤其是可循环再生性的建筑材料
传统建材工业是国民经济非常重要的基础性产业,是天然资源和能源消耗最高、对生态环境破坏最大、污染大气最为严重的行业之一。而随着人类物质要求越来越高,不但要求舒适,更要求健康、安全。为此人们开始研发新的建筑材料,寻找既能满足材料性能的要求,又不破坏环境,而且还能改善环境的“可持续发展”材料。“绿色材料”是在1988年国际材料科学研讨会上首次提出,随后各国纷纷制定了“绿色建材”的性能标准。
国际公认的“绿色材料”是指在原材料选取、生产制造、使用过程、废料处理等过程中,对地球环境的影响最小,对人类的生存和健康有利的材料。绿色建材包括在“绿色材料”之中。从广义角度来看,“绿色”就不单是指某些产品本身,而是对它在“健康、环保、安全”等属性的评价，包括了对原材料利用、生产过程、施工过程、使用过程、废旧处置等过程的分项评价和综合评价。即除了对其实用性有要求外,还必须对其维护健康、保护环境有所要求。
与传统建材相比较,绿色建材应具备一些特点:节约能源与资源,少用或不用天然资源及能源,大量使用工业废弃物或城市废弃物生产无毒害、无污染的材料。生产过程中不形成新的污染源。使用过程中以提高生活质量,改善生态环境为目标,充分保证其“健康、环保、安全”的属性。
4 智能运行
智能运行就是对建筑的日常使用、管理以及综合用能、多能转换、自然空调、立体绿化等进行电脑智能操作运行；对突发事故如火灾、地震、入室盗抢等自动报警、监控；对恶劣行为进行监控、扼制等
现在人们可以借助先进的数字技术准确估算建筑内外能量的吸收和转化数量,对建筑环境参数

进行精确调控以维持舒适的环境条件。
英国建筑师威廉•艾尔索设计的法国马塞省府大楼,就运用了传感和网络技术,安装在大楼屋顶的传感器测出外界的气温、风力和日照强度等数据并传输到中央管理系统,按照预先设定的条件处理后,电脑发出指令精确控制各处的遮阳和通风百叶窗、楼板中的冷热水管道系统以及中央空调系统,调节温度、湿度、气流速度等以获得最佳室内环境。该建筑因特殊功能需要而形成的蔚蓝色表皮和造型也很独特。
4 “以人为本”，创造健康舒适的室内环境
基本的条件就是：空气质量良好，有充分的自然通风条件；有良好的声环境，噪音阻隔控制达到一定标准；有良好的自然采光；有比较舒适的温湿度。另外，还要有美好的视觉感受，以及眼、耳、鼻、舌、身、肤全感官的美感。
位于德国柏林的伊比利亚-美国研究所，从采光和通风屋顶的设计中充分体现出对自然能源的利用及对环境的关注。这一研究所主要研究伊比利亚（即西班牙、葡萄牙）与美国的历史、文化和艺术，一楼入口右转即为公共的图书、阅览大厅。由于屋顶采光通风天窗的完美设计，阅览室大厅有良好的天然光源，大厅右侧的图书架也受到天然光线的惠及，阅览座位部分也有柔和自然的光线。
清华大学伍威权楼的生态设计重点考虑以下措施:在西向设一片独立混凝土墙,夏天遮阳防止西晒,在冬季作为蓄热层遮挡西北风;根据计算机模拟结果调整设计方案,使大楼办公区在过渡季节能完全依靠自然通风维持室内环境的舒适,大幅降低空调能耗;大体积绿化中庭和百叶遮阳在冬夏两季可以有效改善办公室热环境并节省供暖能耗;在空调系统中设置转轮除湿机,解决空调系统的细菌污染。
6 使建筑融入历史与地域的人文环境
广义范围内的生态建筑和可持续发展建筑还涉及环境和文化领域。生态建筑应该延续地方文化和民俗，充分利用当地的材料，结合地域气候、地形地貌。
存在于世界各地的民间建筑，尤其指民居,与当地的地域特征（包括自然特征和文化特征）相适应。例如中国西北地区的窑洞民居、中国西南地区的井干式民居、非洲的茅屋民居摩洛哥的土楼、泰国的竹木民居、蒙古的帐篷式民居等。这些民居适应了当地的气候特点，体现了地域文化的内涵，数千年来为生活在那里的人们提供了遮风避雨、休养生息的场所。这些建筑与当地人们原生态的生活融为一体，成为当地地域文化的重要内容之一；同时又与当地的自然景观相互映照，成为大地景观的重要组成部分。长期以来，这些建筑形式变化不大，它们与当地人们的生活紧密地联系在一起

。
这些建筑目前还在世界各地大量存在着，它们的形式是原始的，设施是简陋的。在生态建筑的探索及发展过程中将传统建筑的精神引入生态建筑设计创作之中,使建筑与自然生态有机结合，创造出适合现代居住生活要求的、新时代的建筑形式。
重庆建筑大学的陈启高教授等人,运用建筑物理的有关原理,建立了中国传统的四合院建筑的分析模型,通过模拟分析,印证了中国传统的四合院建筑具有热的微气候的调节能力、良好的室内空气质量、良好的声环境和自然采光等特性。对传统建筑的更新改造,保留其在建筑节能等方面的合理内核是建设现代生态建筑的一条有效途径。
西安建筑科技大学刘加平博士等学者对窑洞建筑、掩土建筑等生土建筑进行了大量研究,发现这类建筑物具有节能节地、微气候较稳定、防震、防火、防风、防尘暴、隔声好、洁净、安静;有利于人体新陈代谢的平衡;维修面少;有利于生态平衡及保护自然风景等优点。并且在西北地区窑洞建筑的更新改造中,保留了传统窑洞建筑的保温节能等特点,解决了室内采光效果差等问题,创造了适合现代居住生活要求的、新时代的生态建筑形式。
结语
简言之，生态建筑就是在建筑的全寿命过程中，尽量减少对环境的干扰。这个“环境”既包括自然环境，也包括既有的人文环境。对自然环境，生态建筑运用生态补偿设计原则，即运用各种技术和手段，增加自然通风和采光，减少能源的使用等等，这在全球范围内可以减轻人对自然的负干扰。对人文环境，如传统型民居，历史遗留建筑等，应该保护、继承、发扬，避免破坏。