浅谈高技术生态建筑

王振江 王 驰

当今人类面临的人口膨胀、环境恶化和资源短缺问题加剧了人类和自然的矛盾,且已对人类自身的生存和经济的可持续发展构成了新障碍。环境恶化和生态环境问题引起世界各国的关注,不同类型的生态建筑在各地应运而生。所谓生态建筑,是根据当地的自然生态环境,运用建筑学、生态学的基本原理和现代科学技术手段等,合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系,使建筑和环境成为一个有机的结合体,同时具有较强的生物气候调节能力和良好的室内气候条件,以满足人们居住生活的环境舒适,使人、自然生态环境、建筑之间形成一个良性循环系统。如利用绿色植物的蒸腾和光合作用来减少建筑废弃物的排放量和净化空气,改善建筑局部的微气候条件,从而降低建筑物的能源消耗,减轻建筑物的环境负荷,以达到建筑生态化的目的。

1 生态建筑的产生和发展

1.1 生态建筑的产生

20世纪50年代～60年代,世界发达国家的环境和食物遭到污染,造成公害,直接威胁着人们的生存与身体健康,这引起了人类对生态学的极大关注。在这一时期众多学科纷纷与生态学相结合,力图用生态学原理去解决人与环境的问题,生态学建筑也应运而生。

20世纪60年代,意大利建筑规划师保罗◦索勒(Paolo Solerz)首次把建筑学(Architecture)和生态学(Ecology)相结合,从而开创了新兴的建筑生态学(Arcology)。1969年美国著名的景观建筑师Ian L.McHarg出版了《设计结合自然》,书中采用系统分析的方法得出最优的行径方案,表明生态学解决环境问题这一方法在建筑学中的应用和发展。1985年中国清华大学建筑学院的高亦兰教授首次介绍保罗◦索勒的“Arcology”理论,并将其译为“建筑生态学”,现在亦称“生态建筑学”。

1.2 生态建筑的发展

目前生态建筑发展多数处在起步阶段,相对而言,北欧和西欧的生态建筑发展较快。新加坡、日本也均有现代意义的生态建筑。2001年在中国建造而成的清华大学建筑设计研究院办公楼,其中庭作为“气候缓冲区”能改善建筑生态环境和心理环境,把该建筑打造成健康、绿色的高技术生态建筑。

现在各国建筑师都注重研究生态规划和生态建筑的设计方法与技术。生态规划就是利用环境中的生态因子(全部或多数)的有益集合,在无害的情况下把土地用在最合理、适宜的方面。生态规划的主要原则是整体、协调、循环、自生。从建筑设计方面看,生态建筑的设计方法和技术主要有把建筑融入自然和将自然引入建筑的两种倾向。建筑融入自然就是使建筑成为生态系统的一部分,与环境相通,尽量减少对环境的影响,同时使自然成为建筑的一部分。自然引入建筑是运用高技术,使生态建筑化,人工环境自然化。因此,高技术生态建筑应运而生。

2 高技术生态建筑

当前注重技术的生态建筑的特点可归纳为利用计算机和信息技术的发展将固定的建筑结构变成相对于气候可以自我调整的围合结构。随着环境问题的严重性和技术的发展,高技术生态建筑将逐渐出现在我们身边;用高技术生态建筑去解决人与环境的关系,促进人与生态系统的和谐发展。生态建筑的特性主要体现在自然通风、天然采光、超低能耗、生态绿化、健康空调、再生能源、绿色建筑、智能控制、资源回用、舒适环境。

2.1 通风、采光和温度调控

高技术生态建筑通常把通风、采光和取暖作为一个整体来设计。理查德◦罗杰斯等一派的建筑师在设计中以先进技术为重要工具,他们通过智能化设计来提高对生态环境的综合利用。智能化建筑结构的外墙系统可以对气候作出反应,这可以控制太阳热的吸收和损失、使自然采光最大化、自然通风合理化。

如双层外墙系统的两层幕墙中间有智能叶片,它根据环境的变化来调节室内通风和电子玻璃根据气候变化调节太阳对墙的照射来改变室内的光照和温度,使室内环境更舒服适宜。

2.2 低耗能和再生能源

高技术建筑倡导建造过程中耗能低及运行中建筑耗能主要依赖自然再生能源。如英国爱丁堡的John Menzies HQ反映了一些低耗能的处理方法。该建筑的办公区进深12 m,通过中庭获得自然通风和采光;固定在混凝土架上的椭圆形拱腹式的楼板系统容纳了各种管线,这些管线能满足照明、通风、冷却等需要。由百叶和低反射双层玻璃构成的窗户可以在夏季根据气候打开、调整,混合式的空调调控模式可以根据环境条件选择自然通风或人工空调来保证室内的环境质量。

现代有相当一部分建筑利用了太阳能热水器、太阳能锅炉、太阳能供冷与供暖、太阳能光电利用等。为满足人们的社会需要和安全美观,国家建设部、经贸委及太阳能生产商都在致力于实现建筑和太阳能的有机结合、一体化设计。这使建筑既充分利用了再生能源,又安全健康。

瑞典马尔默市的西港区的“住01”社区所用能源是百分之百可再生能源。北港区的风力发电机提供了“住01”社区的大部分能源,安装在屋面上和建筑立面的太阳能电池板提供其余部分。百分之百当地能源供给使“住01”社区成为可持续能源技术的典范。

2.3 生态绿化和绿色建筑

墙体绿化完善了高技术生态建筑的生态化和绿化。马来西亚的Menara Mesiniaga大厦最引人注目的是绵绵不断的植被将整个大楼变成一座“空中花园”。一条绿化带从三层楼高的一片草坪开始环绕大楼盘旋而上,成为立面墙的主要构成元素,大楼的各种平台也种植了植被。这些植物绿化使楼内空间的空气更清新,同时植被还可以吸收室内的废气、净化空气,遮挡太阳的直射,创造了一个良性的生态系统,使建筑更健康、环保。

2.4 资源回用

瑞典哈默比湖城拥有独立的生态系统。它的污水处理站在处理污水和废水过程中产生的热量得以回用,产生的养分通过新技术的处理回用于农田,对污水和有机垃圾处理产生的沼气用于家用沼气炉燃气和环境友好型轿车、公车的燃料。

3 结论与展望

生态建筑涉及到生态、环境、建筑、园林等多学科,将环境、气候等综合因素转化为高舒适度的环境、高品质的空间和完美的建筑形式。随着环境问题的加重和技术的发展,未来建筑发展的趋势必将是高技术生态建筑。

[1] 冉茂宇,刘 煜.生态建筑[M].武汉:华中科技出版社,2008.

[2] 张 彤.绿色北欧[M].南京:东南大学出版社,2009.

[3] 李华东,鲁英男.高技术生态建筑[M].天津:天津大学出版社,2002.

[4] 宋晔皓.城市类型注重生态的建筑设计[J].世界建筑,2001(4):23-26.