高層住宅設計中的生態(tài)可持續(xù)策略-論文網(wǎng)

發(fā)布時間：2011-03-08 09:30:53更新時間：2011-03-08 09:32:05 1

高層住宅設計中的生態(tài)可持續(xù)策略
劉雨夏
（西安建筑科技大學建筑學院西安 710055）

摘要：隨著社會的發(fā)展，全球的自然環(huán)境受到了極大的破壞和污染，可持續(xù)發(fā)展的思想已經(jīng)逐漸滲透到了生活的各個層面。高層住宅作為目前在城市住宅建設中十分常見的建筑類型，具有密度高集約性強的特點。通過對高層住宅可持續(xù)設計，可以顯著降低建筑在運行過程中的能耗，文中對目前幾種在高層住宅中使用的可持續(xù)設計策略進行了簡單的介紹。
關鍵詞：高層住宅；生態(tài)策略；建筑設計

當今許多人認為，現(xiàn)代社會建造的大量高層建筑是不符合生態(tài)發(fā)展原則的建筑形式。雖然高層建筑具有節(jié)省建筑用地的優(yōu)勢，但是由于這些摩天大樓在施工中還是營運中都消耗了大量的能源和生產(chǎn)資料，并同時向自然環(huán)境排放了大量的廢棄物，從而給城市的生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的負面影響，成為城市生態(tài)系統(tǒng)惡化的重要原因。但是，這一點卻也是我們改善逐漸惡化城市生態(tài)環(huán)境的一個極好的契機。由于高層建筑不論是在建設過程中，還是在使用中，都具有高度集約化的特點，因此對于高層建筑的生態(tài)可持續(xù)設計的收益也會由于集約化效應得到提升，因此對于高層建筑的生態(tài)可以持續(xù)設計應該得到世界生態(tài)設計者迫切的關注，并且傾注更多的研究和努力。
1.1. 建筑外界面設計。
高層建筑由于其具有高度上的特點，因此在建筑外界面的設計上與一般建筑相比有一定的特殊性。首先，高層建筑擁有得天獨厚的風力優(yōu)勢，隨著建筑高度的不斷增加建筑界面上的風速和風壓也越來越大。因此，如果建筑上部直接開窗會使狂風吹襲室內(nèi)形成巨大的紊流和噪聲，而且會導致外界與建筑內(nèi)部熱交換速率的直線上升，使建筑中的熱量迅速流失，進而導致熱工能耗增多。另一方面，高層建筑由于較少受到臨近建筑物的遮擋，所以直射、漫射或被低層建筑物反射而至高層建筑外界面的日光輻射要比投射在一般高度較低的建筑物上的日照輻射強度高；日光輻射的這一特點對高層建筑來說冬季較為有利的，但在夏季卻十分不利。
一般說來，自然氣候是由多種的要素綜合決定的，自然氣候環(huán)境總是在人們舒適要求的兩極之間擺動變化，建筑因此也隨著氣候的不斷變化而面臨采暖與制冷、通風與防風等相互矛盾且多變的要求，因此在進行建筑外墻設計時應該根據(jù)建筑所處的地理位置，采用結(jié)合被動系統(tǒng)、混合模式和主動系統(tǒng)的方式。一面理想的外墻應該做到對優(yōu)勢氣候條件的利用和對惡劣氣候條件的防御這兩者的辯證統(tǒng)一。經(jīng)過生態(tài)設計的外墻上應該能做到像過濾器一樣提供自然通風，同時控制交叉通風；在提供足夠的景觀視野的同時，保護建筑不受過強太陽光的影響；在冬季提供建筑內(nèi)部保溫，而在炎熱的夏天提供室內(nèi)充足通風和隔熱效果。
為達到上述的理想目的，目前在高層建筑外界面上使用雙層立面系統(tǒng)是一種較為理想的手段。雙層立面的原理是利用在設計時在建筑外墻面采用雙層材料，利用材料之間空腔的“溫室效應“及”煙囪效應“來實現(xiàn)建筑的通風和溫度調(diào)節(jié)。目前應用較多的等一些空腔復合墻體，都是利用這種原理對墻體構造方式進行優(yōu)化，從而來促進建筑內(nèi)部環(huán)境的控制，較為常見的有“特隆布墻”、“熱通道玻璃幕墻”等。
1.2 太陽光控制與被動陽光系統(tǒng)
根據(jù)一般情況，建筑不論其緯度位置，夏季室內(nèi)往往會受到過強的太陽輻射，導致室內(nèi)溫度過高。控制陽光最有效的方法就是在受輻射的主要界面采用一定的遮陽措施和設施來減少通過窗戶入室內(nèi)的陽光以及在通過建筑外墻面進行的導熱和熱輻射。遮陽裝置能夠有效的減少眩光帶來的影響。目前使用比較廣泛的遮陽方式有采用遮陽百葉、設置遮陽板等等。此外還可以通過建筑窗戶的構造設計來達到相同的目的，比如選用挑陽臺、深凹窗等構造做法。從而達到減少太陽輻射以及眩光影響的目的。
在對于建筑遮陽設施的設計中，關鍵在于四季交替氣候條件下，遮陽裝置如何進行調(diào)節(jié)，以滿足各個季節(jié)并不同的室內(nèi)的使用需要。為了達到這個目的除了對固定遮陽構建的精確設計以外，還可以采用智能百葉控制系統(tǒng)，通過對室內(nèi)外溫度及太陽輻射強度的計算來調(diào)控百葉窗的角度，從而改變室內(nèi)受到輻射的情況。同時，與遮陽同樣重要的是窗戶玻璃的選擇，在太陽輻射較強的地區(qū)，可以選用防輻射玻璃貼膜對玻璃改變玻璃對輻射的透過效率，從而達到改善室內(nèi)熱環(huán)境的效果。
在避免太陽輻射的同時，冬季還可以對太陽能加以利用，從而降低建筑的采暖消耗。目前我國太陽能熱水器技術已經(jīng)比較成熟，很多住宅都已經(jīng)在使用太陽能熱水設備為住宅供應熱水，這種方式具有成本低、無污染、易于維護等特點。是對太陽能利用較為成功的一種方式，
1.3 風力的使用與自然通風
在住宅建筑中，通風也是是風重要的環(huán)節(jié)。通過空氣的流通，住宅套內(nèi)的空氣條件和溫濕度環(huán)境都可以得到改善，合理的通風設計可以使住戶感覺更加舒適。對這一問題的把握，我們應該從建筑總平面的設計就開始把握。在對基地全年的風力情況進行研究后，設計師一方面應針對具體情況對建筑的平面形態(tài)進行合理設；另一方面，在建筑外界面的材料和形式的處理上以為進行優(yōu)化，從而為建筑本身提供優(yōu)良的自然通風和更為有效的制冷條件。
對建筑進行合理的通風設計，最大限度的利用自然的風里環(huán)境，可以有效降低住宅對機械通風和空調(diào)系統(tǒng)的依賴。自然通風在降低能源的使用同時，還大大降低了由于使用機械設備帶來的俄維護成本。因此，在住宅的設計中也應該對通風設計投以足夠的關注。在采用中心式的核心體的塔式高層集合住宅中，部分套型難以做到南北（或東西）通透，通風條件十分不利。在這類住棟中可以在核心體中設計一個貫通的中庭，這樣不但能夠利用中庭的設計為核心體提供一定的采光，最重要的是能夠利用這個中庭產(chǎn)生的“煙囪效應”形成良好的通風路徑，大大改善周圍套型的通風環(huán)境。為了改善建筑的通風效果，還可以將住宅建筑做底層架空處理，
但需要注意的是，在冬季應該注意有余過度通風帶來的建筑內(nèi)部額外的熱量損失，反而加劇了建筑在冬季的采暖能耗。因此，應該注意采用混合方式對建筑通風進行合理調(diào)控，以達到最佳的使用和節(jié)能效果。
1.4 外部環(huán)境設計
除了上述的建筑設計做法以外，在住宅建筑的外部空間對建筑整體的能源消耗也起著重要的作用。在夏季，如果通過合理的外部空間環(huán)境設計，使住宅周圍的環(huán)境的溫濕度能夠有效的改善，那么將在這個環(huán)境中的所有住宅建筑中住戶的舒適度都將得到滿足，從而極大的降低建筑整體的降溫能耗。因此在住宅外部空間的設計上采取可持續(xù)的措施，能夠有效改善小區(qū)整體的生態(tài)環(huán)境，從而在整體上降低小區(qū)的能耗。一般來說，在住宅外環(huán)境設計中較常用的措施有綠化設計、水體設計、建筑綠化、小區(qū)下墊面優(yōu)化等。
植被綠化
植被綠化指的是在小區(qū)內(nèi)建設綠地書面等植被體系，利用植被的遮陽效果、貯水能力、空氣凈化能力、降噪作用等等，起到改善小區(qū)內(nèi)溫濕度環(huán)境、改善小區(qū)空氣質(zhì)量、降低噪聲污染等等效果，同時也能夠為住戶提供游憩空間，美化小區(qū)的景觀環(huán)境。制備綠化在幫助建筑節(jié)能減排的同時還能提高整體的環(huán)境品質(zhì)，為住戶的居住提供了更為舒適的環(huán)境。
水體設計
水體設計方式常見方式多是通過對小區(qū)內(nèi)中水系統(tǒng)、景觀水體等等的設計，利用水的熱比較高及受熱蒸發(fā)的特點，使小區(qū)內(nèi)的景觀水體發(fā)揮對溫度和濕度的調(diào)節(jié)作用，改善小區(qū)的溫濕度小環(huán)境。同時利用中水系統(tǒng)對雨水和生活廢水進行收集，進行草坪灌溉、夏日灑水、補充景觀用水等用途，從而在改善環(huán)境的前提下減少水資源的浪費。
建筑綠化
建筑綠化的方式比較常見的有：在建筑屋頂設置屋頂花園，在裸露的屋頂上利用構造措施種植各種植物，在增加了小區(qū)綠化的同時也大大降低了建筑頂受到的太陽直接輻射。另一種較為常見的方式是利用某些植被喜攀援的特性，通過建筑頂部或底部的種植達到對建筑受太陽輻射及各種折射和漫反射的吸收，降低建筑受熱；目前還有利用構造做法使墻面可以直接種植植物使使立面在綠化的同時也得到美化。這類以植物作為遮陽及減少輻射的措施，其優(yōu)點在于植物多有秋季落葉的特點，因此在夏季幫助建筑減少受熱的同時，不會再冬季使建筑收到的輻射熱減少。
下墊面優(yōu)化
下墊面優(yōu)化是針對目前小區(qū)內(nèi)活動場地、道路等等均采用硬質(zhì)鋪地，而硬質(zhì)鋪地由于其物理特性因此具有蓄熱能力差及對太陽輻射具有強烈的反射作用，使夏季地面的地表溫度過高，嚴重的影響了室外環(huán)境的使用感受。而與之相反的綠化地表則由于植被和土壤相對較高的蓄熱能力以和對水分的保持和吸收以及減少對太陽輻射的反射，能夠極大的降低地表溫度改善局部氣候。由于道路及活動場地在住宅區(qū)中的總面積并不小，因此利用植草磚、植被綠化等方式改善道路及廣場下墊面環(huán)境，能夠直接有效的改善小區(qū)的夏季微氣候，達到減少住宅能耗的目的。
1.5 高層建筑室內(nèi)環(huán)境生態(tài)策略
在對住宅進行生態(tài)設計時，作為建筑設計的最后一環(huán)的建筑室內(nèi)設計也不應當被忽視。建筑室內(nèi)環(huán)境與建筑本身以及室外環(huán)境三者是相輔相成的一個整體，在設計時應當注意與其他環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)與配合。其主要出發(fā)點在于為住戶創(chuàng)造高質(zhì)量、有益身心健康的生活環(huán)境，同時應當盡量減少對材料和能源的消耗。為此，在進行室內(nèi)設計時，應當從裝飾設計、材料選擇、構造做法等方面細致考慮，以營造舒適可持續(xù)的居住環(huán)境。
為改善高層住宅室內(nèi)環(huán)境，還可以從套型設計方面入手，采用空中庭院的方式對改善套內(nèi)空間品質(zhì)。在高層建筑內(nèi)現(xiàn)在有不少套型都設計有面積不小的空中庭院，這中空中庭院能夠為住宅的室內(nèi)空間提供有效的遮陽，使室內(nèi)環(huán)境和自然環(huán)境相互滲透。同時，空中庭院還可以根據(jù)住戶的情況靈活使用，它可以作為住戶平日的休憩空間；有種植愛好的住戶可以將其作為花房；若覺得居室數(shù)量不足，還可以利用輕質(zhì)隔墻將其與室外隔開使其成為一間獨立的居室使用。正因為有諸多的優(yōu)勢，采用空中花園的住宅套型設計正在逐漸增多。
1.6 小結(jié)
隨著我國城市化進程的不斷加速，高層集合住宅逐漸成為城市住宅的主要形式。隨著住宅建筑高層化的趨勢不斷加劇，建筑設備也逐漸向密集化發(fā)展。因此，如果這類高層建筑在設計時對缺少生態(tài)可持續(xù)的理念，那么相對其他類型住宅建筑來說其能耗及對資源的消耗是相當大的。因此，在高層集合住宅及住宅區(qū)內(nèi)進行生態(tài)設計具有重要的現(xiàn)實意義。我們應當從城市層面、住區(qū)層面、住棟單體層面以及室內(nèi)環(huán)境等四個層面對建筑生態(tài)策略的設計加以考慮，使建筑與外部環(huán)境形成一個有機統(tǒng)一互助生態(tài)整體。