从环境角度看生态建筑设计——记灾后阳光小学设计

陈晓宁

(重庆大学建筑城规学院，重庆 400045)

1 背景

2008年5月12日，四川汶川县发生了8.0级大地震。此次地震烈度高、破坏力大、波及范围广。地震破坏的不仅仅是物质家园的丧失，更重要的是精神家园的丧失。它体现在人们精神世界的破坏，表现为安全感、归属感和认同感的丧失。恢复重建工作任务艰巨，重建工作的关键又在于如何建造一个精神家园，而非狭义的房子。

本次设计是关于农村阳光小学的设计。小学是小孩子成长的摇篮，是他们人生观、价值观形成的最初阶段。地震对孩子心灵上带来的创伤是很难恢复的。作为地震灾区的小学校重建设计，无论作为一般建筑，还是生态建筑，笔者认为首先是一个精神的场所的设计。

2 生长的“地域基因”

“像植物一样，是地面上的一个基本的、和谐的要素，从属于环境，从地里生长出来，迎着太阳。” ——赖特

地域的特性，从大的来说，包括气候、资源、地理、生物等自然因素和社会、经济、历史等人文因素;在小的环境里，包括基地的地形地貌、周边道路、周围建筑、环境景观等。不同的地区，地域基因也是大相径庭的。

位于绵阳市的这块基地现状是茫茫田野。一块块绿油油的麦田一直蔓延到与天相接处。郁郁葱葱的树木述说着这里的平静与安定。其间星星点点的房屋仿佛在讲述人们安居乐业的愉快生活。看到这样的环境，人们仿佛忘记了这里曾经发生的巨大灾难。那么，在这样的环境下创建一个阳光小学，它应该是以低姿态、顺应环境、融入环境的角度出现。它就像从这片田地里生长出来一样，亲近、自然。怎样的形态是适合的?怎样的空间给人的体会是放松的?大地景观的出现，是对这样一种优美、舒展的环境的回应，能对人们受到伤害的心灵予以抚慰。

在这里，建筑与场地是没有明显分界线的。建筑在场地之间，场地在建筑之中。这扩大了小孩子玩耍的场所，学习和玩耍并没有强烈的分割开，学习也在娱乐，娱乐的同时也在学习。这样的空间组合，也提供了人们不一样的空间享受，使人融于自然之中，“把人带上大地，使人归属于大地”。

3 顺应自然的低技术策略

3.1 建筑群体的通风节能

在总体布局中，合理布置建筑的相互关系是高效利用自然通风的一个重要手段。在绵阳所处的夏热冬冷地区尤为如此。绵阳夏季主导风向为西北偏西风，为了减少夏季空调运行所需要的能耗，保证室内的热舒适性，在群体空间布局上，采用了前短后长，前疏后密等方式疏导气流。同时，还采取了制造小环境小气候的方法，利用建筑形体的流动感，引导和加速群体内的风流动。

3.2 建筑朝向选择

为了更好契合建筑与城市的关系，建筑并没有采用正南北向，而是选择顺周边道路与周围建筑的走向来布置。但总体上还是以偏南北向为主。建筑东西两侧，尤其是西面采用草坡的手法，阻隔了西晒带来的热负荷。

3.3 被动式通风技术

在低技术背景下，只有充分发挥被动式节能方法。对于绵阳地区，乃至整个南方地区，通风的必要性占了十分重要的位置。建筑平面组合中，着重考虑了穿堂风的组织;借助换气扇等设备加强通风;借鉴传统老虎窗和工业建筑天窗的原理，设立了高侧窗通风。由于绵阳与重庆都是夏季暴雨多的气象特点，所以借鉴重庆北碚天奇花园的设计手法，在凸窗下开洞，解决梅雨季节通风和夜间通风的问题。

3.4 立体绿化系统隔热保温

将环境引入建筑，在面临操场一面使建筑形成缓坡，人可以直接走到建筑屋顶。屋顶采用蓄水覆土种植绿化，除了能达到绿化的作用，给人感官享受外，技术上也具有十分显著的保温隔热作用。种植屋面的存在，很好地阻隔了夏季屋面受到地热辐射，对室内温度起到调控作用;对于冬季，土壤的比热低的特性，表现在能积蓄一定的热量，保持室内一定程度的温暖。整个学校的绿地系统的存在，创造了一个宜人的小气候，还城市以绿地，使人重归自然。

4 主动式太阳能技术

4.1 墙体绿化

因为植物绿化生长周期的可变化性，附着在墙体上的绿化也为墙体的设计带来了可变化的特性。实测表明，墙面绿化对降低室温有明显效果。

西墙和南面墙通过栽种落叶攀缘植物，如爬山虎、葡萄、五味子、紫藤等。夏季，枝叶茂盛，可以遮挡太阳辐射、冷却空气。冬季，叶子落下后，只剩下枝条，白天可以使墙体直接接受太阳辐射。利用攀缘植物进行建筑物的垂直绿化，虽然可以防止阳光直射墙面，而且叶面蒸发与光合作用还会带走或转化一部分热量，但同时植物也使贴近墙面的空气滞留，阻碍微风把靠近墙面的热空气吹走，从而减弱了墙体自身的散热性能。所以应采用构架方式，使叶子和墙体面之间留有一定距离的空气层，进一步起到隔热、通风的作用。夏季，当植物垂吊在构架上时，构架与墙面之间的间层就形成了良好的通风井，从而加强墙面的散热性能，避免了直接在壁面上进行绿化的弊端。

4.2 可调节角度的外遮阳设计策略

可调节外百叶系统作为一种外遮阳保温系统，完全能起到夏季阻挡太阳辐射热、冬季提高保温性能的作用，且不会遮挡视线，具有其它活动遮阳方式不可替代的优点，是适应夏热冬冷地区气候的窗设计手法。在夏天，一方面，外遮阳阻止了大部分辐射热进入室内，使室内温度在正午可以比无遮阳方式降低，大大减少了室内制冷能耗;另一方面，它使室内形成较均匀分布的温度场，更有利于满足人们对舒适度的要求。冬季，窗在建筑节能中的作用比较特殊:白天，它将大量的太阳辐射能引入室内，减少采暖负荷;夜晚，传热系数远大于墙体的窗又成为冷桥，加大了建筑的热损失。而百叶外遮阳形式可利用可调节百叶，在它和窗之间形成一个相对封闭的空气间层，作为温度缓冲层，在冬季成为窗的保温设施。

窗外设置可整体折叠收起的活动式遮阳板，水平折叠、向上折叠或者顶部收纳式折叠也有较好的气候适应性，有利于减少建筑冬、夏季节的能耗。并丰富立面造型。窗外设置可滑动的整体遮阳，在夏季整体遮阳板滑动到玻璃上方以阻挡太阳的直接辐射，在冬季则滑开，使太阳辐射能透过玻璃射入室内，改善室内的光热环境。

4.3 双层皮构造

双层皮在使用玻璃幕墙的公共建筑运用很多。其基本模型是在空腔中设置可调节百页遮阳，同时内外层玻璃都要设置可开启通风口。且内层使用双层玻璃，经济条件允许的话可以在外low－e镀膜，外层用钢化玻璃，保护内部遮阳百叶;内部的百叶也可以用卷帘、窗帘等代替，但是百叶的效果最好。在夏季白天，遮阳百页闭合阻挡太阳直接辐射，同时通风口打开，利用自然通风降低空腔中百叶的热量;在夏季夜晚，百页转动打开，以利于室内的冷辐射带走热量;在冬季白天，空腔内百页转动打开使得太阳辐射能透过建筑采光顶射入室内，改善室内的光热环境，同时通风口闭合使空腔内形成密闭空气隔离层，增加窗户保温性能;在冬季夜晚，百页闭合，以减小室内冷辐射带来的热量散失。

4.4 顶窗采光

对于教学类建筑，教室内的采光是设计的重点。传统的侧窗采光，虽然能获得良好的建筑立面效果，但是室内照度不均匀，靠近窗口的区域照度过大，而靠近教室门的部分却又没有足够的照度，因此只能利用人工照明来进行补充。

顶窗采光的方式，利用阳光本身的入射角和漫反射的原理，能够减少直射，避免眩光的产生，并使整个教室获得更加均匀的照度，从而降低人工照明的使用，无形中又起到了节约能源的效果。

从冬季太阳能利用的角度看，若屋顶能结合天窗设计，则接受太阳辐射热的效果更好，可以直接到达房间深处。但是一定要考虑到变化的遮阳措施。突出屋面的天窗，可以在不增加建筑面积的情况下在空间的最高处增加空间容积，形成“蓄热仓”，有利于减缓室内部分空气的升温。

4.5 厨房余热回收利用

宿舍楼位于厨房上。这有利于宿舍利用厨房余热，可提供宿舍的热水供应，冬季还可以提供宿舍房间的地暖，节约能耗。进一步开发热水/冷风两用型热泵装置，不仅可以提供厨房降温所需冷风，而且可以增加制取的热水量。

工作过程如下:厨房排气经抽油烟机强制送入烟道，先经滤油器过滤后再经热泵系统的蒸发器与其内制冷剂进行换热，制冷剂蒸发而烟气温度降低后被排出室外;蒸发的制冷剂蒸气由压缩机吸入，压缩后排入水冷冷凝器与自来水进行换热，制冷剂被冷凝经节流降压后又被送入蒸发器去吸收厨房排气的废热而蒸发;自来水经过水冷冷凝器升温后送入保温水箱，并且通过改变阀门的开度调节热水流量进而控制水温(热泵工况也可随之调整)，使之满足日常生活需要。

5 设计启示

在地震灾区的重建工作进程中，任务量是巨大的，责任是沉重的。设计者应该为还存活的人提供自己力所能及的帮助。重建，并不意味着修建一个可以居住的场所而已，关怀在于每个人心，从环境的角度，从抚慰人心的角度，认真思考每一栋建筑，每一个空间，是建筑设计者应尽的责任与义务。从环境的角度思考生态建筑，也是基于建筑本身应该的属性的考虑。

［1］孙喆.夏热冬冷地区多层住宅被动式太阳能设计策略研究［D］.华中科技大学，2005

［2］陈晓扬.回应气候的地方建筑技术［J］.新建筑，2006(6):106－109

［3］钱锋，魏崴，曲翠松.同济大学文远楼改造工程－历史保护建筑的生态节能更新［J］.时代建筑，2008(2):56－62

［4］陈观生，史保新，吴桂炎.厨房余热回收热泵的试验研究［J］.广东工业大学学报，2006(3):52－55