略谈适宜生态技术在建筑设计中的运用

周燕来

(湖南工程学院建筑工程学院，湖南湘潭411104)

自古以来，在长期的生产生活实践中，广大劳动人民对于朴素的生态思想已有了一个深刻的认知过程。于是，在建筑营造活动中，人们巧妙地将各种生态技术运用其中。自然通风与采光、建筑遮阳、屋顶绿化是比较常用的技术手段。此外，传统建筑材料在现代建筑材料出现以前也一直是建筑师青睐的对象。采用这些适宜的生态技术，在达到节能效果的同时，不但其投入成本远低于照明、空调等现代高科技，也使传统技术中的优秀元素得以保留与传承。生态经济学家舒马赫曾提出“适当技术的原则”，即尽量采用符合当地的产业、设备、材料、劳动水准的技术。我国广大农村建筑面积巨大，建筑设计大部分还处于无政府状态，更没有普遍推广建筑节能技术。经济条件的限制，使生态低技术仍然是我国农村建筑设计的主流，因此积极发展各类适宜生态技术无论对于我国城市，还是广大农村都具有非常深远的现实意义。以下对其分别予以论述。

1 自然通风

自然通风是一种古老的生态思想。在空调出现以前，它一直在建筑中发挥着巨大的作用。后来由于空调设备的出现，人们一度忽视了它的存在。在大气污染越来越严重，能源越来越短缺的今天，人们开始重新审视它的价值。自然通风就是不利用机械设备或者以机械设备作为辅助手段来达到通风目的的一种建筑技术。在我国传统民居中，经常提到的“穿堂风”，就是人们巧妙利用自然通风的结果。自然通风有三种方式:其一是风压作用下的自然通风;其二是热压作用下的自然通风;第三是风压与热压共同作用下的自然通风。在不同的气候条件中，人们可以选择不同的通风方式。众所周知，阿拉伯沙漠中的“烟囱效应”就是人们利用热压作用达到自然通风的结果。在炎热的沙漠气候中，烟囱顶部的空气被加热后不断散发到大气中，需要下部源源不断的新鲜空气来补充，于是气流便形成了自下而上的循环流动。室内的热量被不断带到室外，给人们提供了一个相对舒适的热环境。在许多建筑大师的作品中，自然通风的运用也非常独到。印度建筑师柯里亚设计的“管式住宅”，就以良好的自然通风和灵活的空间布局一度成为低收入住宅设计中的典范。图1为管式住宅通风剖面图。在夜晚，自然风通过起居室的百叶窗口进入室内，而后顺应坡屋面缓缓上升，与外界进入的空气进行热交换之后，部分气体排出室内。这样的气体流动持续进行就形成了自然通风，它满足了住宅中的人们生活、学习等各种日常活动的需要。在印度炎热的气候条件下，人们无需花费多余的费用，就有效解决了室内通风问题。该作品体现了柯里亚对于自然气候条件的深刻理解和灵活运用，对于建筑创作具有一定的借鉴意义。在我国藏式民居中，自然通风的运用充满智慧。拉萨属于严寒地区，当地的建筑以保温为主，大多数建筑墙体敦实厚重。但由于室内热舒适性的需要，适当的通风换气也是必须的。除了通过门窗缝隙与室外进行自然换气外，在外墙的适当部位藏族同胞设置了一道道墙缝。这种墙缝一般设置在底层为仓库的辅助用房的外立面(图2a)，把手放在墙缝处可感觉到有缓缓的气流通过。由于藏式建筑底层外墙厚达800～900mm，所以墙缝对应的外墙内侧不是一道缝，而是一个多边形的喇叭状窗口(图2b)。室内热空气在喇叭口的引导下，经过墙缝排出室外，而室外的墙缝很窄，外部的寒冷气流又不致于迅速涌入室内。通过这样的方式，补充了房间的自然通风量，有效地解决了通风问题。自然通风在现代建筑设计中的运用正逐步受到重视。随着可持续发展思想的深入人心，这种传统的建筑技术必将重新焕发光彩。

图1 管式住宅通风剖面图(图片来源:汪芳．查尔斯·柯里亚．中国建筑工业出版社，2003年)

图2 藏式民居中的通风窗

2 自然采光

自然采光是建筑物最好的采光方式之一，它不仅替代部分人工照明而节约了大量常规能源，还为人们提供了一个健康、高效的工作环境。白天，除了一些比较特殊的房间，如大进深的火车站候车厅可能需要借助人工光源外，大多数房间可通过建筑外立面门窗洞口实现自然采光。在窑洞建筑中，人们则利用朴素的镜面反射原理将自然光引入室内。靠山窑是窑洞建筑的一种，由于窑洞多面靠山，所以靠山部分的房间采光受到影响。由西安建筑科技大学改造的窑洞是将建筑的靠山部位开挖天井。通过天井采光，围绕天井的房间都可以享受一定的自然光。但是由于窑洞为两层，底层的采光必然受到影响。为了更充分地发挥天井的优势，设计师在屋顶天井处设置了平面镜，在对应的底层则设置了另一面平面镜。屋顶处的镜面将光和景引入其中，并反射到底层的镜面中，底层的镜面再将镜面影像引入人的视线范围。通过一系列镜面反射，自然光和室外景色被引入室内，满足了人们接近自然的心理，为人们的生活增添了愉快的情节(如图3)。

图3 窑洞建筑引光引景系统(图片来源:建筑学报2006年10期)

3 建筑遮阳

在夏热地区，遮阳对降低建筑能耗、提高室内居住舒适性有显著的效果，因此建筑遮阳技术在新建建筑中运用广泛。根据不同分类标准，建筑遮阳有多种形式。按照遮阳构件的位置分，建筑遮阳可分为内遮阳和外遮阳两种;根据遮阳构件的材料可分为窗帘遮阳、铝板遮阳、张拉膜遮阳等多顶部为玻璃采光顶(如图5)。成都夏季炎热，如果玻璃天窗没有遮阳措施，太阳辐射强烈的时候，由于玻璃“透短阻长”的特性，大量辐射热将通过天窗直接进入室内，酷热难挡。因此在玻璃顶棚下，设计师设置了铝合金内遮阳百叶，遮阳百叶控制了进光量，也有效阻挡了部分太阳辐射热，即使在夏天，大厅室内也会感觉比较舒适。

图4 川大某教学楼遮阳板

图5 川大某教学楼玻璃采光顶

4 屋顶绿化

在日常生活中，培育绿化既能亲近自然，也能美化环境，改善微气候，保持水土。“生态学家研究发现:都市环境在绿覆率20%以上时，野生鸟类的数量才有明显增加的趋势，同时当都市保有1/3到1/4的绿地时，才能保有良好的雨水涵养与气候调节之功能。绿色植物能吸收60%～80%的光能和90%的辐射能，绿化的作用可降低平均气温1～3℃，最高气温 3 ～5℃ 。［1］”

成都是屋顶绿化生机勃勃的一个城市，许多住宅和公共建筑的屋顶上都点缀了绿化。绿意盎然能让人心情愉悦，同时居家环境和街道景观得到有效的改善。追溯屋顶花园的发展历史可以上溯到2 000多年前的古巴比伦“空中花园”，它被世人列为“古代世界七大奇迹”之一。我国自20世纪60年代开始研究屋顶绿化的建造技术。为了改善城市生态环境，增加城镇的人均绿地面积，屋顶绿化工程正逐步进入种形式;而依据遮阳构件的活动方式则可分为固定式遮阳和活动式遮阳。根据不同的需要，人们可以选择适宜的遮阳形式。建筑遮阳构件不但可以遮挡太阳辐射热，还可以美化建筑立面。赋有一定形式美的遮阳构件有规律地构图，往往可以创造出极有韵律感的生动的建筑形象。图4为川大新校区某教学楼室内，倾斜的蜂窝状铝板形成了有机的遮阳系统，一部分光线通过小孔滤过，而大部分被挡在了室外，巧妙地解决了教室的夏季遮阳问题。此外，该教学楼的入口门厅城市的建设规划、设计和建造范围。

屋面覆盖植被不仅绿化了环境，也能减少热量对内部的辐射作用，同时吸收太阳热能用于植物的生理活动，改善了建筑热环境和空气质量，也实现了太阳热能资源性的转化。屋顶绿化使原本脆弱的屋顶表层结构在气候方面也得到了很好的保护，同时屋顶结构的寿命也随之延长。通常种植屋面钢筋混凝土屋面板温度控制在当月平均温度上下，具有良好的保温隔热特性和热稳定性。四川省建科院对有无种植层的热工实测表明，在相同条件下，无种植层的内外表面最高温度分别为32.2℃和61.6℃，而蛭石种植层内外表面最高温度分别为30.2℃和29.0℃。两者横向比较，内表面最高温度的差值为2.0℃，外表面最高温度的差值达到32.6℃。可见种植屋面与普通屋面相比，抗热扰动的能力很强。如图6所示，上海南站南广场绿地恰好是主站房地下层的屋顶部分。大面积的种植土覆盖了屋面，放眼望去，满眼绿意，既美化了环境，又涵养了水土，为旅客提供了一个舒展心情的空间。屋顶绿化以其经济性，已在许多城市大力推广，同时屋顶绿化也赋予了建筑个性化的特征。

图6 上海南站地下室屋顶绿化

图7 打阿嘎土

5 传统建材的运用

建筑地域特色消融，千城一面是现代建筑面临的一大灾难。对于远离现代文明之快节奏的拉萨，这里的部分传统建筑正得到有效的保护。在这里，传统的建筑材料在民居中得以延续使用，建筑的地域特色也得以保留。对于传统建筑材料，在不同的地区种类不尽相同，这些材料也构筑出千姿百态的建筑形象。传统建材大致有石材、木料、土壤以及竹子、稻草等等。就地取材，可回收利用率高;节约资源，减少污染，保护环境，是传统建材的优势所在。

在拉萨传统建筑中，传统材料运用非常之多，小到一个建筑装饰构件，大到梁柱、屋面。冬春气候干燥而多风、高地震、昼夜温差大的气候特征使当地的建筑形体厚重、敦实。这里的传统建材有毛石、泥土、阿嘎土、木材等等。毛石与土多用来砌筑墙体。大小石块上下错位而饶有韵律的砌筑，密密实实，砌工精美，让人啧啧称赞的同时也想到此种工艺的另一个作用是可以提高建筑的抗震性能。木材多用于作梁、柱、顶棚以及门窗及墙上的木构件与木装饰、扶手栏杆等。一般的石材则用于顶棚，或者置放于门窗上的木构件之上用于抵挡雨水，保护木构件。阿嘎土则多用于屋面，借助榆树皮胶和桐油，经过反复拍打密实后，可达到防水的效果。图7为一群妇女在打阿嘎土。边玛墙是西藏特有的装饰，也是尊贵建筑物的标志，只用在寺庙、达赖、班禅等大活佛实用的建筑及收藏了丹珠尔和甘珠尔两部佛教经典的贵族庄园中才能享有。它的材料是当地的一种怪柳树皮。用细牛皮绳将树皮捆扎，用锤子将其击入墙内，占到墙体厚度的一半，最后在其表面涂上自制的红胶泥，就形成了我们所看到的红色的坚硬的边玛墙(图8)。由此可见，在传统藏式建筑中，传统材料不但运用广泛，而且各尽其能，每一种材料在能工巧匠们的手中都能发挥得恰到好处，利用这些材料砌筑成的建筑也与它们生长的这块土地水乳交融，密不可分。

图8 边玛墙

图9 东西伯利亚地区的梅索瓦亚木制火车站(图片来源:www．abbs．com)

在大型公共建筑中，虽然传统建筑材料中的土壤类材料不能用作围护结构主体材料，但是这些材料所产生的肌理、色泽形成了丰富的建筑语汇，可以作为设计的一种借鉴巧妙地运用于建筑创作中。利用现代材料制作出类似于传统建材感观的效果，可以突出建筑的地域性特色。同时，建筑材料中的木材以及竹类材料具有良好的物理性能，可直接用于建筑主体结构材料或者装饰材料。通过对它们进行深加工，也可制作各种装饰板材，目前运用已非常广泛。在苏州火车站和拉萨火车站中，木材在建筑界面中的运用非常之多。木材与竹子等传统建筑材料能传达出温暖舒适的建筑语言，是人性化设计的再度回归。同时材料本身节能环保的特性对现代建筑材料是一种有益的补充。在国外有专门的木制火车站，如俄罗斯的东西伯利亚地区梅索瓦亚火车站(图9)。鉴于此，在现代建筑中，传统建筑材料仍然有广阔的发展前景。

综上所述，在建筑设计中运用适宜的生态技术，可以使建筑在使用阶段最大限度地降低能耗、节约资源，从而创造绿色与生态的人居环境空间。在建筑创作活动中，应当鼓励采用适宜生态技术，以实现经济效益与环境效益的双赢。

［1］ 林宪德．绿色建筑［M］．北京:中国建筑工业出版社，2007

［2］ 汪芳．查尔斯·柯里亚［M］．北京:中国建筑工业出版社，2003

［3］ 周燕来．夏热冬冷地区大中型铁路客站站房建筑节能设计方法研究［D］．成都:西南交通大学，2008

［4］ 付祥钊．夏热冬冷地区建筑节能技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，2002

［5］ 褚智勇．建筑设计的材料语言［M］．北京:中国电力出版社，2006