高层建筑被动式生态化设计策略浅析

郭庆

摘    要：现代城市建设发展过程中高层建筑数量的不断增多，虽然满足了城市经济迅速发展的要求，但是由于高层建筑在建设的过程中不仅需要消耗大量资源，而且对生态环境造成了严重的破坏。因此，加大高层建筑生态化设计的研究，已经成为了社会各界广泛关注的焦点。

关键词：高层建筑;生态化设计;被动式

1  高层建筑的生态化设计

所谓建筑生态化设计指的就是站在生态圈能源资源循环利用的角度上，分析和考虑建筑全生命周期的能源和资源消耗量，将降低建筑全生命周期内的资源浪费和生态破坏作为首要目标。目前，我国高层建筑常用的生态化设计策略主要有以下几种：首先，主动式生态设计策略。这种生态设计策略实际上就是采取增加集能设备的方式，提高太阳能等能源的利用率，补充建筑物运行过程中的能源消耗，从而达到间接降低建筑能耗的目标。但是由于主动式生态设计策略在实际操作的过程中，不仅需要投入大量的设备和资金，同时设备在安装维护过程中也会消耗大量资源，因此这种生态设计策略显然无法满足建筑生态化设计的要求。其次，被动式生态设计策略。被动式生态设计策略主要是通过非机械设备干预的方法降低建筑物的运行能耗。一般情况下，高层建筑中应用的被动式生态设计策略，主要从场地设计、建筑单体等几方面进行。在这其中场地设计则主要包括了场地选址、建筑总体布局、水体利用、植被调节场地微气候等几方面。建筑单体设计则指的就是建筑形体、平面布局、中庭设置、维护结构等相关内容。

2  高层建筑被动式生态化设计策略

2.1  高层建筑被动式生态设计中形体设计

形体设计是当前高层建筑设计中常用的一种降低建筑能耗的设计手段。一般情况下，设计人员在运用这一设计方法时，主要是通过合理设计建筑形体的方式，增强建筑自然通风和采光效果，从而达到提高建筑绿色节能效果的目的。比如，伦敦的瑞士再保险公司采用的纺锤状建筑形体设计方式，不仅实现了将建筑周围气体顺畅通过建筑物的目的，避免了气流因为建筑阻挡产生强风情况的发生，提高了建筑室内的通风效果。而且这种纺锤式的建筑外形设计方式，降低了太阳光照射建筑的面积，最大限度的减少了建筑室内对空调的依赖性。

2.2  高层建筑被动式生态设计中核心筒位置设置

高层建筑核心筒位置布置的合理与否也是影响建筑能耗的重要因素之一，不同气候环境下高层建筑的核心筒布置位置也各不相同。比如，寒冷地区因为需要更多日照提高室内热辐射量，所以，寒冷地区的高层建筑核心筒应该布置在建筑平面中心，才能尽可能的增加建筑内部接受太阳光照付的面积。温带气候地区则因为其夏热冬冷的气候特点，要求设计人员必须在布置核心筒时充分考虑阻挡冬季寒风的要求，确保建筑南侧可以最大化的接受太阳光照射，满足建筑室内采光的要求。

2.3  高层建筑被动式生态设计中立面设计

高层建筑外立面设计也是影响建筑绿色节能效果的关键因素之一。为了满足建筑物冬季获得阳光，提高室内环境问题的要求，避免夏季阳光直射进入室内，避免室内温度因为太阳光直射而增加等问题的出现。设计人员在进行高层建筑外立面设计时，必须同时考虑冬季得热与夏季隔热两面的问题，严格的按照绿色节能设计的要求，才能从根本上降低空调系统运行的能耗。由于现阶段的高层建筑外立面材料主要以玻璃幕墙为主，再加上这种设计方式中玻璃的施用量较大。因此，怎样有效提升玻璃的热工性能对于建筑能耗的降低有着极为重要的意义。比如，北京中央电视台的新办公大楼，在设计时采用的玻璃幕墙是低传热系数的Low-E镀膜夹胶中空玻璃，这种玻璃幕墙在实际应用的过程中，不仅满足了建筑室内采光的要求，同时其在防止日晒以及保温隔热等各方面也发挥着极为重要的作用。另外，高层建筑设计中采取的双层玻璃幕墙设置方式，也是目前高层建筑中最常用的生态化设计方法之一。经过长期的实践应用发现，高层建筑中采用的传统玻璃幕墙设计方式因为隔绝了建筑与室外环境之间的空气流通，不仅对建筑室内人自然通风效果产生了极大的影响，而且这种相对封闭的室内环境，还因为完全依靠空调系统，增加了能源的消耗量，对用户的身体健康产生了严重的影响。而双层玻璃幕墙的产生则为室内适宜环境的形成提供了便利，双层玻璃幕墙设置的原理实际上就是通过设置两层玻璃的方式，在中间形成空腔，然后在内外玻璃表面开设相应的通风口，确保外部空气可以从外层玻璃孔顺利的进入室内。这种玻璃幕墙设计方式在实际应用过程中的优点主要体现在以下几方面：（1）内外层玻璃间的空气层不仅发挥了缓冲的作用，而且最大限度的降低了进入室内气流的强度，实现了建筑自然通风的目的。（2）通过在幕墙之间设置遮阳百叶的方式，不仅可以有效控制室内阳光的摄入量，而且形成了里面造型的效果。（3）减少了镀膜玻璃的使用量，提高了玻璃的透光率，在确保建筑室内阳光摄入量的强项，避免了炫光现象的发生。（4）双层玻璃幕墙之间的空气层不仅具有保温与隔热的功能，而且还有效的隔绝了室外的噪声，营造了安静舒适的建筑室内环境。

2.4  高层建筑被动式生态设计中庭的设置

高层建筑中插入中庭的设计方式在建筑绿色节能方面也发挥着极为重要的作用。中庭不但有助于建筑內部自然通风效果的增强，而且有助于建筑室内光照效果的改善。如果空气吹向高层建筑时，就会因为被建筑阻挡而分散，最终导致建筑下部气压大于建筑顶部，此时风吹入中庭后，就会在建筑下部和顶部差利差的影像学形成内部空气流动的通道，也就是人们所说的风的走廊。如果建筑物初中相对封闭或者外部风力较小的状态时，中庭则可以发挥其烟囱效应，也就是将建筑室内的低密度热空气从建筑顶部排出，将建筑室外的冷空气从建筑底部吸入建筑内部，形成资源通风效果，从而达到减少空调系统使用频率的目的。另外，由于中庭设计方式增加了建筑室内的采光口，解决了高层建筑因为大进深出现的内部采光难度大的问题，减少了人工照明的使用量，所以这种生态化设计方式，已经被广泛的应用于高层建筑的生态化设计中。

2.5  高层建筑被动式生态设计中垂直绿化的应用

高层建筑生态化设计中采用的垂直绿化设计，实际上就是在建筑外墙与屋顶种植不同类型的绿植，然后利用植物覆盖所产生的隔离层以及植物自私具有的蒸腾功能，减少建筑外立面的辐射得热，从而达到改善建筑室内热环境，降低建筑能耗的目的。为了提高高层建筑的绿色节能效果，设计人员还可以采取营造优美景观的方式，将人、自然与建筑紧密的融合在一起，增加建筑的生态化程度，从而达到有效改善城市环境的目的。设计人员在进行高层建筑垂直绿化设计与屋面绿植种植时，还可以采取与都市农业产业相结合的方式，在气候条件允许的地区种植农作物，这种设计方式不但达到了减少热辐射的目的，而且获得了相应的农产品，促进了城市生态化程度的全面提升。

3  结语

总之，随着我国社会经济的不断发展，现代城市在建设的过程中，高层建筑的数量和规模也呈现出迅速扩大的发展趋势。但是由于高层建筑对生态环境的影响极大，所以，设计人员必须严格的按照生态化设计的理念开展高层建筑的设计。转变传统建筑设计的思路，站在被动式设计理念的角度上，严格的按照间节能降耗生态目标的原则和要求开展高层建筑的设计工作，才能在有效减少高层建筑全生命周期能源消耗量的基础上，推动建筑设计工作向绿色可持续方向的稳步发展。

参考文献：

[1] 王耀.高层建筑被动式生态化设计[J].城市建筑，2020（6）：42～43+46.

[2]熊康.被动式生态建筑中庭的自然通风设计策略[J].居业，2020（9）：49+53.