建筑设计中生态建筑理论的应用

【摘要】本文从生态建筑理论的重要性和概念出发,在分析生态建筑设计要遵循的原则的基础上,重点介绍了生态建筑理论在建筑设计中的应用。提出在建筑设计中,要不断的深化和发展生态建筑理论的更广阔空间,努力提高技术水平,让生态建筑理论更多的应用到建筑设计中去。

【关键词】建筑设计；生态建筑；应用

引言

在当前的环境条件下,人们意识到只有在生态资源良好的前提下,才能更好地实现经济的发展,因此,生态建筑设计成为了历史发展的必然趋势。在实际生活中,人们对建筑的要求不断地提高,更注重建筑的绿色、生态的功能。生态建筑观不但能够充分的运用各种自然资源和能源,而且还为人们打造了一个舒适、美好的生活环境和生产环境。

1　生态建筑概述

生态建筑也可以称作生态化建筑,指的是以自然环境为基础,对工程进行设计规划、施工以及使用,并通过与生态学和建筑学的相关理论相结合的方式进行设计,从而能够保证人、建筑、自然环境能够相互适应,协调发展。生态建筑有以下几个特点：其一,生态建筑注重整体,考虑建筑物的设计区域周边环境的相互对应关系；其二,重视人与环境,以及自然的和谐共同发展,不相背离；其三,选取建筑材料时,最好选取天然的、绿色的、环保的建筑材料,尤其是天然的、可再生能源；其四,为防治环境污染,要选取节能且环保技术；其五,最好选择远离污染源,或者污染区域的宅基地所在；其六,保护建筑设计范围内的植被和自然环境,因地制宜,不乱破坏环境；其七,注重生态建筑的内涵,强调生态的文化；最后,综合科学的设计生态建筑结构。使其符合社会发展的要求,而且还促使建筑物与自然环境实现了统一协调。

2　生态建筑的必要性

现代建筑设计理念存在的最主要问题是能源与环境问题,但是在很多因素的综合影响下,能源与环境问题并没有成为人们建筑设计中首要考虑因素,因而造成了以牺牲环境为代价的建筑设计,这种建筑设计不仅消耗了大量的自然资源,而且违背了生态建筑的原则。因此,要想完成适应气候的生态建筑,首要任务是要确定建筑所处地区的气候环境,涵盖温度、湿度、降雨量、日照、以及风速等众多影响因素。由于不同区域的气候差异各不相同,因而寻求一个因地制宜的气候策略对生态建筑来说是至关重要的。气候适应策略包括：被动式太阳能利用、自然通风、提高围护结构的保温或隔热能力、主动或被动蒸发降温。适宜气候策略不仅能够提高建筑的室内热舒适度,同时也因小投资技术的选择避免了浪费,从而更有利于实现可持续发展战略里的生态建筑发展战略。因此,分析不同地区的气候适应策略,成为生态建筑过程当中必不可少的重要策略手段。

3　生态建筑理论基本要素

生态建筑理论主要特征在于其生态性,是由建筑科学、人工环境学、生态学以及其他科学技术的综合而成的理念,通过生态化的技术运用,以帮助居住者实现身心健康发展和绿色环保的生活价值理念。在技术运用过程中,主要包括光水声环境系统、绿化系统、绿色建材系统等诸多要素。主要体现在：①资源利用与能源系统的相得益彰的综合运用体系,形成赏心悦目的舒适环境服务系统；②智能化服务保障体系,主要包括以办公自动化为特征的满足人们发展需要的综合服务运用体系；③清洁环保系统,节省土地,节约能源,做好废弃物的回收和处理。

4　生态建筑设计应遵循的原则

4.1　遵循自然规律,发展人与自然的和谐关系

人与自然的和谐关系会直接映射到人类社会的可持续发展中,现在整个地球都在倡导可持续发展战略,因此我国也相应地提出了和谐社会、和谐自然的科学发展观。所以在建筑设计中,一定要本着尊重自然的原则,在最大限度利用自然的同时,也要必须充分考虑到自然环境的因素。设计中一定要保证对生物圈的绝对完整,将可持续发展的理念延伸到建筑设计当中,不仅要做大自然的主人,也要做大自然的朋友。

4.2　高效利用自然资源来达到建筑与自然的完美融合

充分利用地面空间以上资源,发挥高层建筑的空间利用优势,建立起高效的空间体系,从而充分利用空中资源,例如构建规模较大的城市建筑；合理规划地面资源,地面资源的规划一定要考虑到建筑必须亲近自然,将建筑和自然完美融合,建立花园般城市；充分利用地下资源,拓展整个建筑的空间纵向比例,同时也提升了建筑的稳定性。这样就建立起地上和地下空间的完整建筑体系,在建筑设计中一定要将节能减排技术的最大功效发挥出来,这样就可以达到建筑和生态之间的平衡。

4.3　充分考虑生态环境的地域特征

在建筑设计中,一定要考虑到当地的人文和自然景观的整体形态,考虑到当地的建筑风格和特点,把握好当地的地理条件、气候环境、风俗文化和其他资源能源的分布状况,在建筑设计中扬长避短,使得建筑设计和当地的生态、人文达到完美的统一。

5　人们在建筑设计中的错误观念

自工业革命以来,人们开始认为,人的力量可以战胜一切,只要利用自身的聪明才智完全可以战胜自然、改造自然。使得长期以来,人们已经习惯了对大自然的索取,而未曾意识到对大自然的回报,粗放型和侵略化的开发大自然,在进行建筑设计过程中,没有从长远和可持续发展的角度去考虑问题，从而导致对自身生存环境的破坏,影响到自身的生存安全在人们遭到大自然无数次的报复之后,才开始慢慢意识到问题的严重性,建筑设计才开始考虑对自然环境的适应,生态建筑理论开始应用于建筑设计,考虑到了人与自然的和谐相处。

6　生态建筑理论在建筑设计中的应用

6.1　建筑设计方案方面

6.1.1　应着重考虑建筑设计对自然环境的协调性

要求建筑师在考虑设计方案表现个性化的同时,要考虑把生态建筑理念融入建筑设计之中,使人与自然相互依赖、协调共处,使建筑与整个城市、人文环境和整个社会大环境的定位与发展规划相一致。也要考虑建筑应有的地域性、民族性特点,尽可能利用基地周围的自然环境提高资源使用效率,减少污染,利用可再生资源。还要处理好整体与局部、建筑与自然要素的协调关系。

6.1.2　要协调好建筑的美学性质与经济之间的关系

为设计出与众不同、体现建筑的美学价值,建筑师有时会造成投资大幅度增加或建筑功能少,在这种情况下,应最大限度的扩大建筑的使用功能,提高建筑的价值系数。但一味的追求经济效果,过于减少工程投资,则可能使建筑设计方案丧失很多美学价值,无法满足投资者和消费者的需求。

6.1.3　要贯彻落实可持续发展的理念

可持续发展是指满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的能力的发展。在经济飞速发展的今天,人类可利用的自然资源越来越少,经济增长对资源的消耗提出了更高的要求。因此,在建筑设计中应大力贯彻落实可持续发展理念是必然的趋势,建筑设计方案应从设计、建设、使用,到废弃的整个过程都要节约能源、无害化、无污染、可循环利用这一生态化原则。在处理采光、照明、自然通风、冬季采暖、夏季制冷等很多涉及建筑运行过程中能量耗费的问题,都要始终坚持将可持续发展理念贯彻于整个建筑设计过程中。

6.1.4　要因地制宜,从自然界获取灵感

自然界建立了一种动态的平衡与和谐共生的关系,生态化的建筑理论就是希望给人类创造一个和谐的人工环境,因地制宜,充分利用自然规律,体现人与自然的和谐共生。在构想建筑设计方案时,从自然中获取灵感,融入自然手法,达到建筑与自然之间的对话,这方面的成功案例不胜枚举,如澳大利亚的悉尼歌剧院的创造灵感就来自于自然界的贝壳造型,我国的鸟巢、水立方建筑也同样来自于美丽的大自然。

6.1.5　应遵循以人为本的的设计理念

设计出来的建筑最终就是提供给人们使用的,所以建筑设计方案应始终坚持以人为本,将以人为本理念贯彻于整个建筑设计过程中。在建筑设计中,要坚持用发展的观点看问题,从人类的长远利益出发,建立起新的、符合以人为本理念和可持续发展原则的生态建筑理论,大力改善人们的生存环境,提高人们的生活质量,使人们生活的更加舒适、健康,正确处理好建筑自然、与人的协调关系。

6.2　建筑材料方面

6.2.1　玻璃材料

随着现代科技的不断发展,在这一领域陆续出现了吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等。玻璃材料的保温技术就是生态建筑节能的关键,设计中可将它们组合成复合的构造形式,同时达到生态建筑的保温与和采光的要求,使设计出的建筑更加舒适,符合人的需求。

6.2.2　太阳能、风能光电材料

太阳能和风能都是一种取之不尽,用之不竭,生态环保的可再生资源,在建筑中利用太阳能、风能发电,为建筑提供能源,为人们提供生态环保的可再生的燃料,既无污染,又无噪音。因此,太阳能、风能光电材料是生态化建筑中非常理想的建材。

6.3　室内空间绿化

实际上,生态建筑设计不仅能在室外建筑设计上得以体现,还可以在室内设计中充分的体现出来,生态建筑理念中最为重要的就是绿化室内空间,为人们创造一个和谐统一的生活环境。

6.3.1　室内外的空间一体化设计

空间一体化指的是在对建筑进行设计的过程中,可以对建筑的结构特点进行充分的运用,把室内室外构建成相同的模式,最大程度的增加室内的空间,这样对于景观的设计也十分有利。同时,这种设计在建筑设计中也是较为常见的,大多数大型建筑的庭院或者大厅都采用的是这种方式,再加上把先进的科技手段应用进去这就给室内的温湿度调节呈现出很好的状态,还能够运用取消部分墙壁的方法,把室内和室外连接起来使其成为一个统一的整体,这样一来就可以更好的获取光照条件,同时还可以得到新鲜空气,不但降低了室内空调的能源消耗,同时在绿色环保的基础上还方便了景观的建设,大大的增加了建筑室内的使用空间。

6.3.2　室内外的景观一体化设计

古代就已经有了室内外景观联成一体的设计手法,这种设计手法是很好的把室外景观和室内景观直接连接到了一起,使室内和室外能够形成一个和谐统一的有机体,这样也就使其美观效果得以实现,不但给使用者增添了生活情趣,而且还达到了生态设计的目的,提供了自然气息。较为常用的室内和室外景观一体化的设计方法就是对盆栽的绿化,或者是引水入室。

6.3.3　室内装饰生态化

建筑室内小品、装饰在设计的时候应该与周围的自然景观紧密结合起来。可以选择在室内放置一些鱼缸、盆景来借助人们的视觉感观能力来实现其生态化,也可以对大自然的声音、灯光等效果进行适当的模仿,使用者如同身临其境,有一种置身于大自然的感受。

6.4　生态高技建筑

生态高技建筑对于建筑微气候的关注可以具体归结为以下三方面：一是适宜的室内湿度和温度,满足人体舒适及健康的要求；二是尽可能多地获得自然采光；三是最大限度地获得自然通风。通过最高效的人工技术手段来实现以上目标,或达到各要素之间的平衡就成为生态技术不懈追求的方向。其具体的设计手法是：

6.4.1　引入绿色植物创造宜人的景观

结合建筑构造技术和先进的电脑控制技术,生态高技建筑能够将绿色生态体系“移植”到建筑内部,使建筑内部有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力,创造出田园般的舒适环境。

6.4.2　尽可能多地获得自然采光

屋顶是光线进入室内的主要途径,于是各种光线收集、反射构件被应用于屋顶。在生态高技建筑中往往可以看到大量的采光中庭设计,阳光由中庭渗入建筑,通过阳光的收集、反射装置达到内部空间。跟这个开敞空间相连的房间不仅可以减少热量的流失,同时还可以大大减少制冷需求的消耗。

6.4.3　最大限度获得自然通风

生态高技建筑利用风压、热压以及机械辅助的手段尽可能地获得自然通风。针对不同的风速和风向,可以通过百叶窗开合的调节和不同方向上百叶的配合来控制室内的气流。此外,做为生态高技建筑还应该充分利用低辐射中空玻璃等新型玻璃以及太阳能光电材料等,将这些新材料、新能源合理的应用在生态建筑服务上,会大大降低能源的消耗。

6.5　景观配置

6.5.1　植物配置

在如今的景观设计中,主要问题是植物配置的本土化、地域化和生态化。在初期很多的景观设计只注重美学的因素,对植物的生态属性不作考虑。例如在我国北方地区花费巨资种植不适宜在北方生长的热带植物阔叶植物棕榈树等,结果导致植物的成活率低,后期维护费用高。还有直接从国外引进国内没有的物种,因为缺少天敌,导致其生长繁殖迅速,泛滥成灾,严重影响地区的生态平衡。而当下在景观设计中,建筑师应采用生态学原理合理搭配植物的数量和种类,形成和谐共生关系。

6.5.2　水景

水自古以来就是人类发展之源,纵观人类文明的起始和进步都与水有着密不可分的联系,人们都喜欢择水而居。因此在建筑景观的设计当中,水景一直得到建筑师的青睐,但是全球水资源匮乏和水的循环利用已经成为今后的社会发展的大趋势,雨水的收集系统和中水系统已经在建筑设计中被广泛的运用。

7　生态建筑设计常用的几种技术措施

7.1　透明保温隔热材料立面

它由垂直于墙面的透明光导管及厚实的墙体组成,光导管可将来自太阳的热量传至作为蓄热体的外墙,同时防止热量散失,外墙表面被涂成黑色,加强了吸热效果,这种立面可有效地吸收热量,适合寒冷地区的建筑。

7.2　缓冲空间

在建筑的南立面设置有大玻璃面的“阳光室”,这一空间如同集热器一样具有良好的吸收、储存热量的作用,其作用如同温室,在冬季可有效提高室内温度,降低采暖能耗。

7.3　自然采光

与自然通风的目的一样,在设计中加强自然采光也是为了节能。一种可行的方法是利用光的反射原理在窗户上及室内设置反光镜面或棱镜,这样不仅可以延长自然采光时间,还可改善室内光舒适性。

7.4　橡胶阳光集热板

这是一种简易而传统的太阳能利用方式。它采用可在-50℃～120℃的环境中,工作的空心橡胶棒作为吸热体,将这种以黑色橡胶棒组成的集热板放置在屋面或地面上,可将棒内冷水加热至50℃,这样的水温足以满足洗浴方面的要求,如铺设在屋面上,它还可以起到降温和降低反射的作用,大面积使用可有效减少城市中的“热岛效应”。

7.5　地表水过滤器

一般情况下,雨水、雪水经过简单的物理方式进行过滤后即可用于浇灌、清洁等公共卫生的目的。小规模的地表水过滤器包括沉淀池、滤池及带水泵的蓄水罐等部分,足可应付建筑周围绿地浇灌、场地清洁以及夏季降温等方面的需求,过滤设备可全部采用埋地式,不占用土地面积。

8　结束语

生态建筑是多种技术集成的结果,它依靠科学技术的进步,更不能离开政府相关政策法规的鼓励和正确引导,这需要我们在以后的建筑设计中,不断的深化和发展生态建筑理论的更广阔空间,努力提高建筑技术水平,让生态建筑理论更多的应用到建筑设计中去,这样才能促进社会主义和谐社会的建设,构建生态型社会,为人类生存创造出健康、美好的未来。

注：原文发表在2015年06月《建筑知识》