摘要:生态设计不是建筑设计暂时性措施和行为。保护生态环境,发展生态经济,生态文化,注重可持续发展是以后的工作重心之一。本文对单体建筑设计中的生态设计技术措施进行了研究,对相关设计创作提供参考。
关键词:单体建筑;建筑设计;生态设计
中图分类号:TU201.5
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2010)05-201-02
1 前言
随着环境污染、资源匮乏问题的扩大,人类对于生态问题的重视与日俱增。在这种大环境下,各国设计师都将节约并合理应用资源作’为设计的主题。合理应用资源成为解决问题的有效措施。在这种局面下,各种生态设计也逐渐应用到建筑设计中来。“生态设计”范围包括生态规划、生态景观、生态建筑、生态能源利用等范围内的工程技术设计实施概念。从广义上说,是生态学思想和工程设计的结合,它具有可持续发展的视野。目前社区生态设计从总体上看规模性较小,设计措施往往以局部的生态改良为主。而规模较大的社区再开发项目由于追求工业化开发的效率和暂时经济利益,
2 功能组织
吸收传统民居科学的生态观,与现代建筑新技术相结合,寻求创造生态建筑环境的途径和方法,是现代生态住宅设计的本质特征,特别在住宅功能和空间组织上需要不断改善和发展,以适应现代生活的需要。现代村镇住宅空间组织设计,以满足人们活动要求为原则,设置活动的基本功能空间和辅助空间。
基本功能空间包括厅堂、餐厅、厨房、卫生闻、起居室、卧室等,辅助空间根据实际需要设置储藏间、阳光室、天井等,部分住宅还要考虑车库,居住功能完整还要符合农村居住需要,除了城市住宅要求的房间外,增设洗衣房、农具贮藏室、粮食贮藏室等房间,以及与居住分离的饲养禽畜场所。
在设计上必须注意民俗特征,某些意义上说,民俗特征的考虑也是以人为本的重要部分。如本地区农居入口处设置堂屋,而起居室往往置于二楼。生态住宅在空间组织上应处处体现人本观点,力求紧凑、有序、尺度适宜,具有专用性、宜人的个性以及较高的舒适性。住宅的功能应做到内外分离、动静分离、食寝分离、洁污分离等。
3 住宅平面布局和竖向布局
平面宜采用灵活开敞的平面布置,用家具或轻质隔墙来分割内部空间,农民往往随着经济和人口的发展,对住宅进行翻修,塑造可变空间,以满足可持续发展的需要。
阳台在建筑设计中是开放场所,落地可开启的门窗既满足了这一功能的要求,又可以在冬夏恶劣天气保暖隔热。使用调查显示,冬天特别是有老人和小孩的家庭对阳台的使用率提高。注重屋顶平台的设计,可作为晾晒粮食场所外,还可作为休息、娱乐,养花、养鱼等空间。住宅的南向设封闭的外走廊,夏天用来遮阳、隔热,冬天可以形成日光间来保温。
在满足功能要求的前提下,进行热环境的合理分区。将厨房、储藏等辅助用房布置在北向,卧室、起居室等主要用房布置在南向。
设置“温度阻尼区”,重视室内外过渡空间的保温。在住宅正门设置一个小的门厅,从而有效地阻止室外冷气对室内的直接渗透,形成一个过渡区,减少热损失。
剖面推广跃层、叠层式设计,将卧室放在上层,层高和起居厅(堂屋)有了差别,使用合理且节能:立面设计要在和功能协调的前提下,重视地方人文特色,使住宅既满足现代化的农村生产生活的需要,又和周围环境高度和谐。
4 自然采光的利用
住宅内厅、房、厨、卫各空间的设计均能满足对自然采光的要求,无暗厨、暗卫。某些密闭式的建筑,完全或主要依靠空调、排气扇、电力照明来调温、通风、照明是不符合生态建筑要求的。国家规定每套住宅至少有2个居住空间能够获得日照,日照标准符合《城市居住区规划设计规范》(GB501807)的规定。在保证建筑节能的同时,客厅、餐厅及卧室、书房的窗地面积比均≥1/5,厨房≥1/2:室内采光系数最低值能够满足各光气候区的要求;公共部位有自然采光:室内的光源位置设置合理,以防止建筑物之间的光污染。住宅西面可设置遮光板或反射板,对太阳光进行调节,降低阳光透过西面窗影响室内环境。起居窒和主卧室均设计为朝向花园、水系或开敞地区,使居民能直接眺望窗外景色,形成内外交融的优美居住环境。
5 自然通风
通风最基本的原理有“风力通风”与“浮力通风”两种。所谓“风力通风”fclOSSVemilation);是利用风压来进行换气之行为,它必须藉由有风速之气流才得以替换空气。另一种“浮力通风”,是利用热空气上升、冷空气下降之热浮力原理来进行换气之行为,只要有气温差存在,就可产生对流换气,尤其在挑高中庭或大型空间内,最容易产生气温差而进行浮力通风。“风力通风”是利用水平风压来推进气流,是较适用于热湿气候的“开放型通风文化”,而“浮力通风”则是利用垂直气温差的吸力来导引气流,是属于较凉爽气候的“封闭型通风文化”。
5.1 自然通风的原理
空气的流动必须要有动力。建筑物中的自然通风,关键在于室内、外空气之间存在着压力差,主要通过建筑物的门、窗、过道、中庭、天井等来实现。形成空气压力差有两种方式,产生了两种机制的自然通风,即热压引起和风压引起的自然通风。
1)热压作用下的自然通风
由于建筑物内外空气的气温差产生了空气密度的差别,于是形成压力差,驱使室内外的空气流动。热压引起的自然通风也被称为“烟囱效应”(图1)。
热压值可用下式表示:
△P=H(pe-pi)
其中,△P为热压:H为进、排风口中心线间的垂直距离:pe为室外空气密度;pi为室内空气密度。
由此可见,建筑物进、排气口的高度差及室内外的密度差(温度不同所形成)是形成热压必不可少的条件。
2)风压作用下的自然通风
风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。压力差的大小和建筑形式、周围环境及建筑与风的夹角有关(图2)。
风压的计算公式为:
P=K·v2-pe/(2g)
P为风压;v为风速;pe为室外空气密度:g为重力加速度:K为空气动力系数。
显然风压形成的关键是作用到建筑物上的风速。
3)风压与热压共同作用下的自然通风
风压与热压引起的自然通风的动力因素是各不相同的,而建筑中的自然通风往往是两者共同作用、互相补充的结果。但目前对它们的作用机理及共同效果还在探索中。一般而言,当风压与热压作用的流线相同时,自然通风将相互促进。建筑进深小的部位多采用风压直接通风,进深大的部位多利用热压达到通风的效果。
5.2 自然通风与建筑功能布局
通过建筑形体设计、朝向、建筑群的布局等。根据当地风玫瑰来取得最大的自然通风。建筑物
的高度、长度和深度对自然通风有很大影响。利用树木的合理布局来加强建筑的自然通风。一个简单的矩形体,使其长向的门窗尽可能朝向夏季的主导风向。则通风效果较好。当建筑平面的形式为”凹”形或”L’形时,应尽可能使其凹口部分面向夏季主导风向:建筑平面进深不宜过大。
在形体组合方式上,布置状况和风向有很大关系。布置状况不同,风速也不同。L形布置与单栋基本相近或稍有叠加,平行布置正面迎风时只有正压区一栋产生强风。负压区几乎没有强风平行顺风布置时。两栋之间是强风区;三栋建筑布置时虽然图形看上去复杂,但和上述的规律基本相近。
5.3 建筑体形与穿堂风
为了获得良好的室内通风质量,取得合理的风速、风量和风场分布需要考虑建筑室内空间的划分及建筑形体组合。
建筑的平、剖面形式的合理选择是组织自然通风的重要措施。如果建筑内部包括一系列互相连通的房间,则从入口进入的气流可能要经过数次方向改变才能通过出口。这些偏转对气流会产生较大的阻力。另一方面在总面积较大的建筑中。依靠主气流进行通风能使风速分布较为均匀。在需要依次通过的一系列房间中,只要在通风时各房间之间的联系畅通,即可得到满意的通风。而位于上风侧的房间以稍大些为好。
对于建筑形体的不同组合。例如一字形、山形及口形、锯齿形、台阶形、品字形,在组织自然通风方面都有各自不同的特点。“穿堂风“是指利用开口把一定的空间与室外的正压区及负压区联系起来。当房间无穿堂风时,室内的平均气流速度相当低。有穿堂风时,室内的平均气流速度较大。通风换气量也相应较大。
平面设计
a-字形及-字形组合。
一字形建筑有利于自然通风,主要使用房间一般布置在夏季迎风面(南向)。
背风面则布置辅助用房。
农村建筑一般都以外廊式建筑居多,房间沿走廊单向布置,气流可以穿堂而过,各房间的朝向、通风都较好,结构简单,但是建筑进深浅,不利于节约用地。而进深较大的建筑,节约用地,但只有一侧房间朝向好,不易组织室内穿堂风,不利于散热。这类建筑可在中间适当位置开设通风口或利用楼梯间做出风口,形成穿堂风,改善通风效果。
b“口“形。
“口“形建筑,沿基地周边布置形成内院或天井,用地紧凑,基地内能形成较完整的空间,这种布局有利于风的导人,但导致东、西向房间较多,特别是封闭内院不利于通风。一般天井式住宅,天井面积不大,白天日照少,外墙受太阳辐射热少,四周阴凉,天井的温度较室外为低,在无风或风压甚小的情况下,通过天井与室内的热压差,天井中冷空气向室内流动产生热压通风,有利于改善室内热环境。当室外风压较大时,天井因处于负压区,又可作为出风口抽风,起水平和垂直通风的作用,对散热也有一定效果。另外如果在迎风面底层部分架空,让风进入天井,对于后面房间的通风非常有利。如果以天井为中心,借助串通的厅廊,构成通透的平面格局,则有更好的通风效果。
c锯齿形、台阶形和品字形。
当建筑东西朝向,而主导风基本上是南向时,建筑平面组合或房间开窗往往采取锯齿形布置,东西向外墙不开窗起遮阳作用,凸出部分外墙开窗朝南,朝向主导风向。当建筑南、北朝向的主导风接近东、西向时,把房子分段错开,采用台阶式平面组合,使原来朝向不好的房间变成朝东南及南向,从而改善室内环境。
6 减噪措施
注意住区和室内的动静分区,如产生噪声的厨房通过储物间与卧室、书房分开。分户内墙采用200mm厚加气混凝土砌块,平均隔声量可达45dB。居室隔墙采用1 50mm厚加气混凝土砌块或120mm厚的轻质隔墙板,以增加建筑的实用面积。部分楼板采用无梁厚板,使建筑构件具有较好的隔声效果:户门选用高密度模压纤维板木门,芯材采用较密实的纤维板格网,户门与门框外墙采用190mm厚陶粒混凝土空心砌块,采用平均隔声量大于30dB中空玻璃铝合金窗。选择噪声值小于45dB的高质量换气排烟设备;采用低噪声的冲洗大便器,所有龙头都带有消声格网,主排水管道选择静音管道或全部设在户外管井内。
7 结束语
生态设计规划不同于单纯的建筑物规划,也不同于园林规划,当然也别于大范围生态环境建设规划,但是它又借助以上几个方面的规划形式和方法,综合应用多科学理论,全方位考虑,把地域文化与生态经济有机地结合起来,形成一个适合当地特色的经济文化景观,这将是今后建筑设计的发展方向之一。而作为建筑师来说,也应响应号召,把精力和时间花在节能型建筑的设计和建造上,让节能居住建筑成为理想的居所,尤其可以在农村先行试点并大力推广,从而增加农村的吸引力和向心力,这对减少城市流动人口、缓解居住和就业压力有很大的意义。城市建设已为我们积累了丰富的经验,也有许多教训。对于农村来说,利用农村地区性生态技术措施,去达到解决实际生活问题的目的,对于国家的全面现代化建设将有着更加积极的意义。