生态建筑设计理念

          “生态”一词源于希腊文Oikos，原意为“家”和“住所”，后来衍生成生态学(Ecology)。到20 世纪60年代建筑师保罗•索勒瑞提出“生态建筑”这一概念至今，其内涵在不断扩展和延伸。现在，普遍认为，生态建筑的基本原则就是运用生态学原理和方法，有节制地利用和改造自然。寻求最适合人类生存和发展的可持续支撑环境；把建筑环境作为一个有机的，具有结构和功能的整体系统来维护。  


1．“原生的”与“适宜技术的”生态建筑设计 
1.1“原生的”生态建筑设计 
　　在形成之初，建筑就是人类活动的内在机制同自然环境相互联系、相互作用的逻辑结果，因此，其本身就包含了内在的“生态精神”。这些建筑通过直接的、单纯的与自然的接触，有着朴素生态概念。人们通常不自觉地运用着当地的材料、技术，并考虑当地的气候、风向等，建筑的创造出于人类征服自然、适于自身的需要，同时也受制于自然。在“人是短暂的，而自然是永恒的”这样的中国传统思想下，中国的传统建筑不论从材料的使用上还是选址和布局上都体现着现代所谓的生态精神。这样的建筑从建设、使用和毁灭三个阶段都不会对生态环境有所破坏，值得现代建筑学习。当然原生的生态建筑也有局限性，它们通常内部功能组织简单，难以适应现代生活。尤其在我国，目前生产力水平和经济水平还处于发展阶段的大背景下，除了个别实验性质的生态建筑之外，大部分对生态建筑的摸索也处于“原生的”状态。 
　　简单说，原生的生态建筑设计是在节约经济和低技术的条件下，不用或者很少用现代的技术手段来达到生态化的目的。然而，此类建筑的节能效率和可持续性都不甚理想，缺乏普适性。同时，停滞不前的生态技术，并不是可持续的生态观。因此，考虑将现代的生态技术运用到普通的建筑设计中去，即本文提到的“适宜技术”生态建筑。 
1.2“适宜技术”的生态建筑设计 
    适宜技术(Appropriate Technology)最早由诺贝尔经济学奖获得者 Atkinson 和 Stiglitz 在 1969 年提出，其原意是“Localized lea rning by doing”，也就是地方性的边干边学。从建筑设计的角度．它提出发展中国家和地区不能一味照搬和模仿发达国家已经用过的技术，从而满足自身发展的需要。同样的，“适宜技术”的生态建筑，主要指的是根据当地实际情况．侧重建筑技术的适宜性、高效性，通过普遍的建筑设计手法，精心设计建筑细部，提高对能源和资源的利用效率，减少不可再生资源的耗费，保护生态环境；同时有选择地借鉴当地建筑文化传统和技术，使建筑具有一定的地方特色,实现技术的人文提升。  
　　具有一定适宜性、普遍性的技术，又能根据环境的不同而有一定地域特色的生态建筑应该成为研究的重点。也就是说，从满足基本的人居环境的要求出发，通过渐进的方式，通过“适宜技术”这个设计手段，运用当地的资源，结合适宜的经济的技术，进行生态建筑设计来达到可持续发展的目的。


2.生态建筑设计从“原生的”向“适宜技术”转变的必要性 
2.1 生态技术与经济性的互动 
　　建筑技术随着时代与科技的进步而进步，同时也根据经济的发展而发展。到如今，我们所面对的是资源环境问题的全球性和地区经济发展的不平衡性之间的矛盾。“中国作为发展中国家的代表，以整体上低水平的、快速的发展，拥有低素质的庞大的人口群体，以及对西方生活方式的迷恋和追求。正在形成一种高度浪费和污染型的生产和生活方式。”目前中国建筑业物质消耗占全部消耗总量的 15％左右，建筑能耗约占全部能耗的 28％，建材生产、建筑活动造成的污染约占全部污染的34％。意识到这种可怕的现象的危害，不得不提倡可持续发展的建筑方式。 
　　经济的落后导致技术的落后，建筑设计在某种程度上也反映着当地的经济状况。“原生的”生态建筑在经济上是足够节省的，却不足以体现当代的发展。在现代化、城市化的进程和全球化的浪潮中，很难广泛展开；而在中国真正有着较高技术含量的生态建筑凤毛麟角，经济上的因素也是很大一方面。要追求可持续发展，盲目建设大量的高技术的生态建筑也是不合国情的。因此。提倡“适宜技术的”生态建筑设计迫在眉睫。 
2.2 生态建筑设计与社会需求的互动 
　　在历史的长河中，我们可以看到，建筑反映着人类的需求，同时它反作用于社会，通过对生活方式和环境的对比与分析，唤起人们的行为。早在古希腊，神庙的建设加强并支持了当时社会民主化的思想；巴洛克建筑以其丰富的三维空间唤醒了社会对自由的意念，日本住宅的小尺度也是对日本社会的模仿与反映等等。这些实例说明建筑有助于人们适应日常生活的需求和环境的改善，同时，建筑也能对社会的可适应性要求做出形式的反映。在当今“可持续发展”的全球大主题下，建筑的回应就是进行生态建筑设计。原生的生态建筑设计显然落后于人们的社会的需求．而适宜技术的生态建筑设计的提出更加恰当。
2.3 人性化的生态建筑设计 
　　众所周知，现代建筑产生的思想根源在于“以人为本”。如果偏颇地来看，如今对自然的破坏归结为“以人为本”这种自私的理念。于是有人提出生态建筑的出发点是“以自然为本”。这样看来，生态建筑与现代建筑成了对立的概念，其实不然。建筑的产生以来就是为人服务的。“人一建筑一自然”是构成建筑世界的三个要素，其中人是第一位的。生态建筑将三者融合，重视人与自然的和谐关系，是人们征服自然、改造自然过程的一部分。它尽可能利用建筑物当地的环境特色与相关自然因素(比如阳光、空气等)，使之符合人类居住，并且降低各种不利于人类身心的任何环境因素作用，同时，尽可能不破坏当地环境因子循环，并尽可能确保当地生态体系健全运作，目的还是为了人类拥有更好的生存环境。 
　　“原生的”建筑设计由于技术的落后性，有时也会有违背生态设计的问题。例如在对当地材料的使用上，就如同我们过去常用的粘土砖，粘土砖一直以来都是传统的、使用广泛的建筑材料，与混凝土比起来，它的人工性能要好得多。然而，烧制粘土砖破坏的大量的良田，原本肥沃的土地变成荒凉。这样看来，对地方材料的使用也许正在破坏着当地的环境。这一点使我们不得不反思，并且要去探寻新的手段、新的技术来把这些朴素的、原生的生态建筑思想加以进化。适宜技术的生态建筑设计强调技术和社会、经济、艺术的整体平衡，在关注建筑设计和施工的同时，去关心社会、考虑当地社会发展的本土性和当代性，体察大多数人的需求，为普通大众构筑可持续的生态环境。  


3.生态建筑设计从“原生的”向“适宜技术”转变的可行性
　　实现适宜技术的生态建筑通常有三种手法：一是将传统技术进行改造；二是将先进的技术改革、调整以满足适宜技术的需要；三是进行实验研究，直接效力于适宜技术。在此以上海生态建筑示范楼为例，分析适宜技术的生态建筑在上海的可行性和发展。  
　　上海生态建筑示范楼位于上海市建筑科学研究院莘庄科技发展园区内，建筑面积1 900平方米。钢混主体结构，南面两层、北面三层。一楼东半部约350 平方米大斤用于生态建筑集成技术展示，并成为生态建筑关键技术和产品研发的实验平台。从经济性的角度来看，该示范楼每平方米的建筑造价(不含土地费)4000多元，远低于普通写字楼的造价；从能源的角度来看，该楼的综合能耗为普通建筑的 1／4；再生能源利用率占建筑使用能耗的 20％；室内综合环境达到健康、舒适指标；再生资源利用率达到60％。 
3.1 对“原生的”技术手段加以改造利用 
3.1.1 从天井到中庭  
　　1)原生的技术手段 
　　上海地区传统民居最典型的平面布局是以内院为中心，这当然是和中国人的生活方式一脉相承的。由于用地的有限，住宅的由原来的三开间退化为一开间，内院也随之越来越小，形成了天井。合院的形制已经不复存在了，天井却因为能有效改善整个住宅的小气候而延用下来。房屋的进深过大时，利用天井，既有了适当的采光面，又能减少夏日的日照；通过天井能将建筑底部的风拔上来，有利于建筑内部的空气流动。 
　　2)改造后的适宜技术手段 
　　从狭小的天井到宽敞明亮的中庭，顶上盖有透明的玻璃天窗。不仅保留了其通风的效果，而且改善了原来天井阴暗的状况，使这幢办公楼能达到天然采光。为了让南北两楼共享阳光，设计布局上，整座楼南低北高，冬天，阳光从中庭的天窗射入，能够照到北面办公室。通过玻璃天窗开启角度的随意调整，只要天气晴好，白天几乎用不着开灯，有效地节省了能耗。 
3.1.2 从老虎窗到烟囱效应 
　　1)原生的技术手段 
　　人们很早就发现门窗对开的形式能够造成“穿堂风”。一套住房内不同方位的房屋之间有流畅的气流，就能形成穿堂风。穿堂风对于夏季散热是比较有效的。另有一个比较有特色的就是“老虎窗”了。 “老虎窗”是英语roof window的音译，顾名思义，是开在屋顶上的窗，其目的是为了增加阁楼的采光和通风。充分利用天然采光；其通风的效果类似于“烟囱效应”。 
　　2)改造后的适宜技术手段 
　　从室内热压拔风分析图中可以看出，该生态楼从南面楼前的水面导风到背面“烟囱”的拔风，都是对传统技术的改造。有所突破的地方在于，在建筑的地下2m左右深处，间隔埋设着若干根数十米长的小管道，管道出口一头在中庭，另一头在数十米外的旷地。一方面，热空气从下往上，从屋顶通风口散逸而出，并形成烟囱效应，从地面管道中拔风；另一方面，从地面抽取的热风经过数十米长的地下管道时，管道外湿冷的泥土和恒温的地下水会给风不断降温，再经过滤处理，进入办公楼是清新空气。每小时换气可多达 20次。 
 3.1.3 从坡屋顶到双层屋顶 
　　1)原生的技术手段 
　　坡屋顶较普通的平屋顶能更有效地保温隔热。对于雨水较多的上海，坡屋顶还能有效组织雨水的排放。因此，在这里，理想的建筑布局形式往往是：有一个长行的平面和带坡顶的剖面，所有房间都有直接的通风采光；建筑四周都有阳台、百叶遮阳板或外廊。 
　　2)改造后的适宜技术手段 
　　该生态楼使用了双层屋顶。第一层是太阳能储热板，它将利用太阳能为大楼供冷；第二层是敷在屋顶的高密度泡沫板保温层，能有效阻挡紫外线的入侵。  
3.2 将先进的技术改革、调整以满足适宜技术的需要 
3.2 .1太阳能热利用 
　　根据上海地区利用太阳能存在的问题，该楼创新地实验了与建筑结构集成的一体化太阳能集热器件和新的太阳能能量利用系统。办公楼设置了150 平方米。太阳能集热器，可供充足热水，并部分用于冬季约 300 平方米地板采暖，以及夏季15kW的干盘管空调制冷。制冷通过太阳能热水型吸附制冷机组实现，其需要 80—85℃热水驱动。在示范办公楼应用中，吸附制冷机和干盘管技术结合用于处理空气显热负荷，制冷机组完全由太阳能集热器加热。除湿热泵的低温端可以在夏天做制冷用。空调、采暖、热水供应及地热的应用在该太阳能系统内都能和建筑结构很好地结合，实现了一体化。 
 3.2.2 高效健康空调 
　　由于上文提到的遮阳板和利用“烟囱效应”使办公楼凉爽，该楼全年空调使用期将比普通办公楼少两至三个月。当然，其空调系统也是经过新的研究开发的，能把夏季空调的除湿与降温相分离实现系统高效空调效果。空调系统利用办公楼楼散热循环制冷，降低能耗约 20％；而新型制冷剂的加入，更不会破坏人类共有的臭氧层。空调还具备除湿功能．采用液体除湿处理空气潜热负荷，除湿液体的再生通过高温热泵(80～85℃)来实现，这一创新的结构使楼内杜绝了一般中央空调常患的霉菌等细菌。全年温度将保持在 18～25℃，湿度在 55％～60％。屋顶上的太阳能电池板，将作为空调主要能源。 
 3.3 实验新技术、新材料直接效力于“适宜技术”的生态建筑 
　　该生态楼使用的是 3R 材料，最大限度地实现废物利用和资源循环(所谓 3 R，是指节约资源Reduce、可再生利用 Reuse和可循环 Recycle)。用废骨料、矿渣粉、粉煤灰，甚至栽培花草的小陶粒来代替水泥。单是混凝土就用了3 种，有的是用老房子拆除后的混凝土为主的新老混合型，有的是用七成替代成分掺入的低成分水泥，还有大量旧木地板的回用，全楼的再生资源利用率达60％。 
　　在围护结构墙面的构筑上，在加厚的内外墙之间是一道 5～8cm 厚的空气层，里面装有保温防水材料，这样一层复合墙体可节能 25％。窗玻璃的使用上，该生态楼采用的是低辐射玻璃，可有效阻断红外光。经过特殊处理的窗玻璃能把阳光折射到室内需要的角度。此外，窗外还将悬挂自动遮阳的电子百叶窗，不仅开合随意。其遮板上的细孔能让微风和光线畅通无阻。  
 4 结语 
　　“适宜技术”是当代建筑技术发展的成果和传统地域适应性技术的结合，它“不是一种修补性的折衷态度，它是辨证和智慧的抉择。适宜技术将当代的先进技术有选择地与地域条件的特殊性相结合；同时提倡改进和完善现有技术，充分发掘传统技术的潜力，实现建筑技术的本质。”由于个人水平有限，目前仅能对适宜技术的生态建筑做一些定性分析，还不足对其进行定量的分析，只能说是个人的希望。在经济条件允许的情况下，将生态建筑设计从“原生的”状态转向“适宜技术的”，使生态建筑能普及到普通人的生活，使大部分的人都能享受到高质量的可持续的生活环境。
“生态”一词源于希腊文Oikos，原意为“家”和“住所”，后来衍生成生态学(Ecology)。到20 世纪60年代建筑师保罗•索勒瑞提出“生态建筑”这一概念至今，其内涵在不断扩展和延伸。现在，普遍认为，生态建筑的基本原则就是运用生态学原理和方法，有节制地利用和改造自然。寻求最适合人类生存和发展的可持续支撑环境；把建筑环境作为一个有机的，具有结构和功能的整体系统来维护。