《生態(tài)建筑》設(shè)計原理及設(shè)計方法

《生態(tài)建筑》設(shè)計原理及設(shè)計方法生態(tài)建筑的設(shè)計原則整體設(shè)計原則高效無污染原則靈活多適原則生態(tài)建筑的設(shè)計方法整體設(shè)計的方法高效無污染的設(shè)計方法靈活多適的設(shè)計方法一、生態(tài)建筑的設(shè)計原則（3）靈活多適原則

這是生態(tài)建筑的空間時間屬性決定的。采用適應(yīng)變化的設(shè)計策略，避免建筑過早廢棄，使其能夠得到再次利用或多次利用，節(jié)省建造新建筑所需的重復(fù)建設(shè)費(fèi)用。適應(yīng)變化的設(shè)計策略主要有四種：適應(yīng)性改變、靈活性設(shè)計概念、長壽多適概念和合理廢棄概念，在具體設(shè)計中應(yīng)靈活采用。適應(yīng)變化的四種設(shè)計策略二、生態(tài)建筑的設(shè)計方法整體設(shè)計的方法建筑與自然環(huán)境共生建筑與社會環(huán)境共生高效無污染的設(shè)計方法“節(jié)流”——降低能源消耗“開源”——開發(fā)利用新的可再生能源建筑材料無害化建筑材料重復(fù)循環(huán)使用建筑使用過程中排出的廢物、垃圾的回收利用、無害化處理舒適健康的室內(nèi)環(huán)境靈活多適的設(shè)計方法建筑的長壽命設(shè)計設(shè)計的靈活性保證建筑能夠?qū)ξ磥碜龀鲞m應(yīng)性改變合理廢棄實(shí)現(xiàn)建筑材料的再利用1、整體的設(shè)計方法1）建筑與自然環(huán)境共生在現(xiàn)代社會中，我們面臨的大多是在繁華城市中的建筑選址。各類要素疊加后的圖顯示出社會損失最小的路線L麥克哈格:美國里士滿林園大路選線方案2）建筑與社會環(huán)境共生繼承保護(hù)城市與地域的景觀特色創(chuàng)造出積極的城市新景觀對古建筑的妥善保存對傳統(tǒng)街區(qū)景觀的繼承和發(fā)展保持居民原有生活方式繼承地方傳統(tǒng)的施工技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)對城市土地、能源、交通的適度使用讓居民參與建筑設(shè)計與街區(qū)更新保持城市的恒久魅力與活力等該項目位于東京都最具代表性的高級住宅地元麻布地區(qū)，屬于大規(guī)模住宅項目。以“森林都市”為主題，兩側(cè)的兩棟低層建筑襯托著巨樹般的高層建筑“森林塔樓”，占地面積的一半以上都是綠化地，建筑頂層及陽臺也是綠意盎然。此項目是體現(xiàn)森大廈的城市與自然共生理念的經(jīng)典項目。SPA、屋頂花園、空中豪華酒吧等附帶設(shè)施及24小時多語種對應(yīng)的管家式服務(wù)，讓住戶得以享受舒適的都心生活。倫佐.皮阿諾：特吉巴歐文化中心是一個與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、社會環(huán)境緊密結(jié)合的一個極佳的例子。文化中心得到了人們特別是當(dāng)?shù)鼐用竦恼J(rèn)可。在這個設(shè)計中，現(xiàn)代的生態(tài)建造技術(shù)與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)地域文化巧妙而強(qiáng)烈的結(jié)合起來，為我們樹立了一個生態(tài)建筑設(shè)計的典范。2、高效無污染的設(shè)計方法生態(tài)建筑的能量利用生態(tài)建筑的保溫與隔熱生態(tài)建筑的遮陽生態(tài)建筑的自然通風(fēng)生態(tài)建筑的自然采光生態(tài)建筑的中水利用生態(tài)建筑的雨水利用生態(tài)建筑的綠化生態(tài)建筑的廢物回收利用生態(tài)建筑的綜合設(shè)計策略1、生態(tài)建筑的能量利用太陽能風(fēng)能地?zé)崮?、太陽能利用被動式太陽能技術(shù)主動式太陽能技術(shù)

被動式太陽能太陽能蓄熱房太陽能蓄熱墻最先設(shè)計這種太陽房的人是法國的特朗勃教授（F.Trombe），他在房屋的向陽面設(shè)計一種夾墻，正面裝有透明玻璃，內(nèi)壁涂黑，夾墻上下朝室內(nèi)開有小窗，當(dāng)太陽曬到夾墻的黑體時，墻內(nèi)溫度上升，熱空氣由上部窗口進(jìn)入室內(nèi)，同時室內(nèi)底層較冷的空氣由下部窗口被吸入墻內(nèi)，形成自動抽氣循環(huán)，慢慢室內(nèi)的空氣都被加熱。所以這就被叫做集熱墻，國際上也以他的名字命名為“特朗勃墻”。若在集熱墻的頂部開一天窗，夏天打開此天窗，并將房間的背陰面窗也開啟，或能與地下室聯(lián)通，則集熱墻就像煙囪似地抽氣，室內(nèi)的空氣加速流動，熱氣排出，冷氣吸進(jìn)，實(shí)為一種自然空調(diào)。因此，集熱墻式的太陽房可以做到冬暖夏涼。

主動式太陽能需要一些特殊的裝置來收集熱輻射，并將其轉(zhuǎn)化為可以利用的電能和熱能。當(dāng)然將輻射能用于制冷也具有同等重要的地位。1）主動太陽能取暖是指將太陽的輻射能通過集熱裝置轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎笾苯永?，或?qū)⑦@種轉(zhuǎn)換來的熱變?yōu)闄C(jī)械能，帶動機(jī)器和發(fā)電。所以太陽能的熱利用非常廣泛，主要有太陽灶、太陽冶煉爐、太陽熱水器、太陽房、太陽能致冷、太陽干燥器、太陽蒸餾器、太陽熱力機(jī)和太陽熱發(fā)電等等。2）主動式太陽能發(fā)電在建筑中利用太陽能電池發(fā)電為建筑提供能源，既無污染又無噪音，是非常理想的供能系統(tǒng)。我們可以利用目前最可靠的、效果可達(dá)9%左右的非晶硅薄膜太陽電池接受太陽能，這樣不僅可以為照明設(shè)備等供電，還能減少火力發(fā)電產(chǎn)生的污，起到保護(hù)環(huán)境的作用。隨著時代的進(jìn)步，太陽能電池有了更多的種類。太陽能電池可與建筑材料或構(gòu)件合為一體，形成一種嶄新的建筑材料，成為建筑物整體的一部分，例如太陽能光電屋頂、太陽能電力墻以及太陽能光電玻璃，這種建筑材料可以獲取更多的陽光，產(chǎn)生更多的能量，并且不會影響建筑的美觀，即保溫、發(fā)電、采光、裝飾于一體，是一種高技術(shù)的生態(tài)建筑復(fù)合型建筑材料。弗萊堡生態(tài)住區(qū)世博會國家主題館2、風(fēng)能利用3、地?zé)崮芾卯?dāng)前地?zé)崮艿闹饕猛臼前l(fā)電，直接應(yīng)用于建筑的很少。我們可以設(shè)計地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)，直接為城市或小區(qū)內(nèi)的建筑物供暖。生態(tài)建筑要綜合利用潔凈能源，地?zé)崮芄岵皇橐粋€好的選擇。地?zé)崮芾孟到y(tǒng)最好集中設(shè)置，為整個建筑群或生態(tài)小區(qū)供暖，是一種聯(lián)合使用的技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)，這樣有利于整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。地源熱泵技術(shù)特點(diǎn)

地源熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱能提升裝置，從周圍環(huán)境中吸取熱量并把它傳遞給被加熱的對象，和常規(guī)的供熱空調(diào)系統(tǒng)相似。以冬季在北方供熱的過程為例，首先鑿井抽取具有一定溫度的地下水，通過管道輸送到機(jī)組里，機(jī)組經(jīng)過提能轉(zhuǎn)換把其中的熱能提取出來，加入到供熱管道中去，使供熱管道的溫度達(dá)到五六十度就可以實(shí)現(xiàn)為千家萬戶供暖了（圖2-14）。被提取熱量之后的地下水又通過管道回灌到地下，不造成水資源的浪費(fèi)。地源熱泵的推廣范例

2、生態(tài)建筑的保溫與隔熱生態(tài)建筑的保溫及外墻節(jié)能生態(tài)建筑的隔熱1、生態(tài)建筑的保溫及外墻節(jié)能建筑物宜設(shè)在避風(fēng)、向陽的地段，盡量爭取主要房間有較多日照。建筑體型系數(shù)應(yīng)盡可能地小，建筑表面上最好不要出現(xiàn)過多的凸凹面。太陽能利用采暖保溫。（前已講）建筑外墻、屋頂使用建筑保溫材料、構(gòu)造，加強(qiáng)建筑外墻。屋頂?shù)谋匦阅芫唧w地反映在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計上則是必須采用保溫隔熱材料。建筑與外界環(huán)境密切接觸的部分設(shè)置緩沖區(qū)提高門窗保溫性能是降低建筑物長期使用能耗的重要途徑將建筑中使用不頻繁、使用時的時間不長的房間設(shè)在建筑北側(cè)（北半球），這部分空間保溫要求可適當(dāng)降低、節(jié)省保溫材料及費(fèi)用。外墻、屋頂、直接接觸室外空氣的樓板、不采暖地下室上面的樓板和不采暖樓梯的隔墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)通過保溫驗算，保證其不低于所在地區(qū)要求的最小總傳熱阻。嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑底層地面周邊一定范圍內(nèi)應(yīng)采取有效的保溫措施。由在外墻和屋頂中的各種接縫和混凝土或金屬嵌入體構(gòu)成的熱橋部位應(yīng)通過保溫驗算，并作適當(dāng)保溫處理。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計應(yīng)考慮防潮要求。2、生態(tài)建筑的隔熱建筑的夏季隔熱應(yīng)采取環(huán)境綠化、自然通風(fēng)、建筑遮陽和圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱等綜合性的措施。建筑物的總體布置，單體的平、剖面設(shè)計和門窗的設(shè)置，應(yīng)有利于自然通風(fēng)并盡量避免主要使用房間設(shè)置在東西向的盡端。為遮擋直射陽光、防止室內(nèi)局部過熱，不同朝向窗戶宜采用不同形式的遮陽，同時在建筑設(shè)計中可結(jié)合外廊、陽臺、挑檐等處理達(dá)到遮陽目的。屋頂和東、西向外墻內(nèi)表面溫度應(yīng)通過驗算，保證滿足隔熱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。為防止潮霉季節(jié)地面泛潮，建筑地面可選用微孔吸濕材料，必要時地面可采用架空做法。3、生態(tài)建筑的遮陽1、建筑遮陽的原理和意義2、建筑遮陽的方式和設(shè)計方法建筑的許多部位諸如側(cè)窗、屋頂、天窗、中庭玻璃頂均需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼陉栐O(shè)計。遮陽構(gòu)件多種多樣，不同部位的遮陽設(shè)計也是有針對性的。（1）側(cè)窗遮陽對于側(cè)窗部分來說除了平板式遮陽板木質(zhì)布簾百葉等之外按照特點(diǎn)和類建筑的互相遮陽

如果把以上遮陽方式稱作建筑的自遮陽的話,我們就可以把利用周圍建筑產(chǎn)生的陰影用來遮陽的方式稱作建筑互遮陽。地中海地區(qū)、中東地區(qū)日照充分，建筑之間形成的街道非常狹窄，街道一側(cè)的建筑外墻大部分處在深深的陰影中，這是建筑之間相互遮陽的佳例。貝聿銘日本miho博物館3、4、3、生態(tài)建筑的自然通風(fēng)1、自然通風(fēng)的基本原理及在生態(tài)建筑中的運(yùn)用（1）利用風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)當(dāng)氣流吹過建筑物時，氣流將發(fā)生環(huán)繞，經(jīng)過一段距離后才恢復(fù)平行流動，在迎風(fēng)面的風(fēng)速和風(fēng)的紊流度會強(qiáng)烈影響氣流的流動狀況和建筑物表面及周圍的壓力分布。建筑模擬氣流分析特吉巴歐文化中心

(Tjibaou

Cultural

Centre)(2)利用熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)如果室內(nèi)外（或者室內(nèi)不同高度間）有空氣溫度差或者進(jìn)排風(fēng)口之間有高度差就會產(chǎn)生熱壓作用下的自然通風(fēng)?！盁焽栊?yīng)”就是利用熱壓的自然通風(fēng)——“煙囪”或建筑物內(nèi)的熱空氣密度小所以上升，從“煙囪”或建筑上部的風(fēng)口排出，室外冷空氣密度大所以從建筑底部被吸入，從而促成通風(fēng)。一般來說，室內(nèi)外空氣溫度差越大，進(jìn)排風(fēng)口之間高度差越大，熱壓作用越強(qiáng)，自然通風(fēng)效果越好。反之亦然。邁克爾·霍普金斯：金斯諾丁漢稅務(wù)局大樓2、與自然通風(fēng)有關(guān)的其它建筑構(gòu)造

除了普通的窗戶以外，建筑師們在生態(tài)建筑的設(shè)計實(shí)踐中發(fā)展了一系列有助于自然通風(fēng)的建筑構(gòu)造措施，包括“雙層皮”幕墻、天窗通風(fēng)、風(fēng)帽、反射板通風(fēng)、雙層屋面通風(fēng)、附加通風(fēng)窗等等。（1）“呼吸式”雙層皮幕墻其實(shí)質(zhì)是在兩層皮之間留有一定寬度的空氣間層，通過不同的空氣間層方式形成溫度緩沖空間。由于空氣間層的存在，因而可在其中安置遮陽設(shè)施（如活動式百葉、固定式百葉或者其他陽光控制構(gòu)件）；通過調(diào)整間層設(shè)置的遮陽百葉和利用外層幕墻上下部分的開口的輔助自然通風(fēng)，可以獲得比普通建筑使用的內(nèi)置百葉較好的遮陽效果，同時可以實(shí)現(xiàn)良好的隔聲性能和室內(nèi)通風(fēng)效果。夏季，打開上下進(jìn)排風(fēng)口，通風(fēng)道內(nèi)的空氣被加熱，在煙囪效應(yīng)和一定的風(fēng)壓作用下，熱空氣上升，冷空氣從下層進(jìn)入通道，形成自然通風(fēng)。冬季，關(guān)閉進(jìn)排風(fēng)口，減小風(fēng)速，利用雙層玻璃之間的空間形成的附加陽光間，貯存熱量用以采暖。梯勃特蒙羅：津巴布韋大學(xué)報告廳天窗通風(fēng)（3）風(fēng)帽

風(fēng)帽是自然進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)的入口或出口。它是利用風(fēng)力或溫度差造成的正壓或負(fù)壓，加強(qiáng)進(jìn)排風(fēng)能力的一種裝置。風(fēng)帽可以裝在需要局部通風(fēng)的地方，也可以裝在屋頂上，促進(jìn)全面進(jìn)排風(fēng)。德蒙福特大學(xué)機(jī)械館3、生態(tài)建筑的自然通風(fēng)相關(guān)的幾個問題4、生態(tài)建筑的自然采光1、天然采光的設(shè)計原理與控制

天然光采光通常用開側(cè)窗及天窗兩種方式來滿足。（1）側(cè)窗采光（2）天窗采光當(dāng)房間的進(jìn)深過大時，單用側(cè)窗很難滿足自然采光要求這時可以用天窗采光。天窗是在屋頂開的采光口。常用的天窗形式有矩形、M形、鋸齒形、橫向下沉式、橫向非下沉式、天井式、平天窗、采光罩等。路德維希博物館（德國科隆美術(shù)館）同濟(jì)大學(xué)中法中心光導(dǎo)纖維陽光導(dǎo)入器北京科技大學(xué)體育館內(nèi)的光導(dǎo)管

優(yōu)點(diǎn)：陰天可不開燈，立面相對封閉，外墻為雙重保溫層，冬季保溫效果好，夏季空調(diào)能耗大幅降低。

2、人工照明的節(jié)能1）使用綠色化生產(chǎn)的光源產(chǎn)品2）使用光效高的光源3）使用高效節(jié)能照明器具4）推廣使用電子鎮(zhèn)流器5）照明的標(biāo)準(zhǔn)方式控制6）光源報廢后的回收LED日光燈與傳統(tǒng)熒光燈,白織燈對比表50000小時相同光通量數(shù)據(jù)對比光效(lm/w)功率(w)壽命（h）50000小時用電量（度）用燈數(shù)單價人民幣（元）燈具價格總費(fèi)用白熾燈1016010008000501508050熒光的40402000200025205002500LED日光燈802050000100012602601260家庭開銷(每一盞燈)每天用電8小時0.68元/度每天耗電量（度）每天用電（元）每月用電（元）每季度用電（元）每年用電（元）使用壽命(H)白織燈160W0．16*8H=1.280.870426．11278．336313．3441000熒光燈40W0．04*8H=0.320.21766．52819．58478．3362000LED燈20W0．02*8H=0.160.10883．2649．79239．168500006、生態(tài)建筑的中水利用中水這種根據(jù)建筑物的性質(zhì)及水量情況，就地收集、就地處理和就地回用的應(yīng)用方式已成為緩解水資源緊缺的一種有效的方法和措施。中水回用技術(shù)已在很多國家采用，是目前生態(tài)建筑設(shè)計中一項比較成熟的技術(shù)。6、生態(tài)建筑的雨水利用波茨坦廣場歐洲最大的商業(yè)區(qū)，總占地面積68000平米，其中規(guī)劃出13000平米的城市水面，占總面積的19%。這些水面分為4個獨(dú)立的系統(tǒng)，總共可容納15000立方米的雨水。由北至南的水面在北側(cè)與城市綠地相呼應(yīng)，南部近鄰蘭德維爾運(yùn)河，使整個城市的生態(tài)系統(tǒng)更加完整。由于柏林的地下水位較淺，要求建成的波茨坦廣場既不能增加地下水的補(bǔ)給量，也不能增加雨水排放量。因此，通過屋頂和硬質(zhì)地面收集到的雨水全部進(jìn)入主體建筑和廣場地下層的儲水箱。在那里經(jīng)過初步的過濾和沉淀，雨水當(dāng)中較大的懸浮物會沉積下來。經(jīng)過沉淀的雨水通過地下層控制室的水泵和過濾器進(jìn)入各大樓的中水系統(tǒng)用于沖廁、澆灌綠地等，還有一部分被送到地上的水面。波茨坦廣場水體成為一個包含多種有機(jī)體的富有活力的動態(tài)系統(tǒng)，成為商業(yè)區(qū)中工作者和居住者休閑放松的好去處。8、生態(tài)建筑的綠化屋頂綠化墻面綠化9、生態(tài)建筑中的廢物回收利用再生骨料再生骨料是建筑垃圾的最常見再生產(chǎn)品。再生骨料按來源可分為三大類：廢棄混凝土骨料、碎磚骨料和其他再生骨料。再生骨料的應(yīng)用決定了建筑廢料處理的途徑和方法，根據(jù)目前的研究來看，再生骨料主要用于制備再生混凝土，部分用于制備磚和砌塊等墻材，也可用于制備再生水泥。渣土渣土可用于筑路施工、樁基填料、地基基礎(chǔ)等。上海生態(tài)建筑示范樓再生混凝土將廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗與分級后，按一定比例級配混合制成再生骨料，部分或全部代替砂石等天然骨料而制成的新混凝土。建筑材料的回收