生态建筑漫谈.docx

生 态 建 筑 漫 谈彭昌海柳孝图( 东南大学 建筑系 210096)摘 要 : 扼要地介绍了生态建筑的含义及其与可持续发展的关系 ,分析了传统的生态建筑 ,并论述了生态建筑的设计原则及其评估指标 ,最后对生态建筑的未来进行了展望。关键词 : 生态建筑 可持续发展 设计原则 评估指标rambl e o n ecolo gical build ingpeng changhai liu xiaotu(department of architecture , southeast university nanjing 210096)abstract : it is briefly stated the meaning of ecological building and the relationship between the building and sustainable development . onthe basis of clarification the traditional ecological buliding , the design principle and evaluate index of ecological buliding are discussed in detail . finally ,the future of ecological building is forecasted.key words : ecological building sustainable development design principle evaluate index翻开人类历史 ,我们不难发现 ,人类与自然界的关系经历了盲目崇拜 肆无忌惮糟蹋 理智尊重这三大变化 : 在漫 长的农业文明时期 ,自然界以其巨大的力量 ( 无论是创造力 还是破坏力) 与不可预知的神秘性 ,令我们的祖先顶礼膜拜 。 人类在与大自然漫长而残酷的斗争中 , 始终保持着一种谦 恭 、退避的弱者姿态 ;到了近代 ,工业革命使人的主观能动性 发挥得淋漓尽致 ,人们在短短的 200 多年时间里创造了亿万 倍于祖先的财富 , 甚至拥有了足以在数分钟内毁灭地球数 百 、上千次的魔鬼般力量 ,人们成了主宰 ; 但霸道地“征服”与 无节制地掠夺扩张行为给整个自然界带来了无法弥补的损 失与破坏 ,同时也给人类自身生存造成了严重的威胁 。严酷 的现实促使人们进行思考和反省 。20 世纪 70 年代的石油危 机之后 ,全球范围内保护生态环境 ,建设绿色家园的呼声日 渐高涨 ,对“生态学”、“可持续发展”的研究也在世界各国迅 速开展起来 。建筑领域中的“可持续发展运动”正是在这一 背景下蓬勃兴起的1 3 。舒适的内部环境 ,而少利用设备力量满足人类需要 ; 在土地利用上 ,尽可能地少占用土地 ;在建筑材料使用上强调四“r” 原则 :节约 ( reduce) 、再利用 ( reuse) 、循环 ( recycle) 及再生 ( re2 newable) 的原则4 。在生态建筑的设计 、建造到装修 、维护的全过程中 ,工程 技术人员都想方设法降低材料的使用量 ,这可以通过有效的 生态建筑技术体系来保证 。在可行和合理的前提下 ,尽量使 用那些无毒 、无污染 、可回收 、可再生的“生态”建材和产品 , 比如 :纤维素和一些矿物纤维保温材料 ,经过处理的木构架 以及一些新型的建筑外饰面材料 。如今这些材料的回收利 用率为 20 %100 %5 。对于那些使用功能发生改变或者设 备陈旧 、缺少的老建筑 ,只要还有足够的利用价值 ,就不再采 取拆毁重建的方法而是利用现代技术对它进行改造或扩建 , 即“建筑再利用”。1. 2 可持续发展“可持续发展”观的提出 ,是人类社会发展理论的重大变 革 ,也是生态理论研究的重大突破 。在众多的定义中 ,以挪 威首相布伦特兰夫人在我们共同的未来里的说法最为经 典 ,她认为“: 持续发展是既满足当代人的需要 ,又不对后代 人满足其需要的能力构成危害的发展 。”它包括两个重要的 概念 :“需要”的概念 ,尤其是世界上贫困人民的基本需要 ,应 将此放在特别优先的地位来考虑 ;“限制”的概念 ,技术状况和社会组织对环境满足眼前和 将来需要的能力施加限制 。1 生态建筑及其与可持续发展的关系1. 1 生态建筑关于生态建筑的涵义 ,目前尚未有一致的看法 ,日本生 态建筑的发展目标以“低环境冲击”“、自然调和”及“舒适性”3 项为主 ,相关技术达 70 余种 ; 美国奥斯汀生态建筑方案以 水资源 、能源 、建材及固体废弃物 4 项为发展主题 ;加拿大的 生态建筑评估法则以基地与周边环境 、性能 、能源利用 、资源 利用 、室内环境 、生态冲击 、经济因素 、建筑管理 、日常管理 、 未来使用等 10 项为指标 。笔者认为生态建筑是一种比喻 , 它是指具备了“生态”性质 ,即适应自然生态良性循环的基本 规律的一类建筑 。它在能源消耗上 ,尽可能地利用可再生的 自然能源 ,如太阳能 、风能 、地热能等 ,而少消耗石油 、煤等矿 物燃料 ;在建筑设计上 ,尽可能地利用构造处理技术来达到3 江苏省建设厅和环保厅资助项目。第一作者 :彭昌海 男 1970 年 2 月出生 博士研究生 收稿日期 :2001 - 10 - 08industrial construction 2002 ,vol132 ,no15工业建筑 2002 年第 32 卷第 5 期22满足当代人类和未来人类的基本需要是可持续发展的主要目标 ,离开了这个目标的“持续性”是没有意义的 ; 而且 社会的经济发展必须限制在“生态可能的范围内”,即地球资 源与环境的承载能力之内 。因此“, 从广义上说 ,可持续发展 战略旨在促进人类以及人类与自然界之间的和谐 。”1. 3 生态建筑与可持续发展 可持续发展是全人类共同的理想 ,生活在地球上的每一个人都有责任为维护人类的生存环境而奋斗 。建筑业的根 本任务就是为人类建造能满足物质生活和精神生活需要的 人工环境 。但传统的建筑活动在为人们提供生产和生活用 房之时 ,却像其他行业一样过度地消耗自然资源 ,产生的建 筑垃圾 、建筑灰尘 、城市废热等则造成了严重的环境污染 。生态建筑既利用天然条件与人工手段创造良好的富于 生气的环境 ,同时又通过控制和减少人类对于自然资源的使 用来实现向自然索取与回报之间的平衡 。它是一种全新的 设计思维和模式 。正如著名的生态工程师德波特所说 “: 考 虑生态原则的建筑设计 ,是一个不产生废物的平衡系统 ,因 为某一过程的输出物将成为另一过程的输入物 ,能量 、物质 、 信息在相互关联的过程中循环往复 ,由于系统的效率与相互 依赖的特性 ,产生出环境的原物质以及可靠的经济保证与高 质量的生活 ,废物将不复存在 ,太阳的恒定输入将弥补过程 中任何的能量损失 。”生态建筑以整体有序性 、循环再生性 、反馈平衡性 、层次 阶跃性和绿色技术等特征保证了人类生存环境的可持续发 展 ,从而达到了人与自然的真正和谐 。图 1 冰屋剖面1 - 风 ; 2 - 入口 ; 3 - 通风孔 ; 4 - 居室 ;5 - 兽皮 ; 6 - 雪块 ; 7 - 雪排烟口 ,即把炊事余热作为房间采暖热源二次利用 。冬暖夏凉的窑洞是我国古代能工巧匠优秀的生态建筑实例 ,20 世纪80 年代以来已经引起了世界上许多国家研究人员的兴趣 。 由于深厚土层有巨大的贮热作用 ,而且经测试地层下 6m 处 的温度年波动正好与地面空气波动成 180的相位差 (大多数 窑洞在地下 6m 处) ,即室外最冷月份 ( 12 月) 该地层温度 处于年最高峰处 ( 1615 左右) ,室外最热月份 ( 78 月) ,该6地层温度处于最低峰值 ( 1415 左右) , 这样 , 窑洞就为人们提供了最佳的自然空调 ,而且它就地取材 ,方便经济 ,节约 可耕地 ,为现代建筑师开发地下空间提供了可靠依据 。2 传统的生态建筑在原始社会 ,人们为了避寒暑 ,防风雨 ,抵御野兽侵袭 , 不得不利用简单的工具 ,或架木为巢 ,或洞穴而居 。随着人 类社会的不断进步 ,建筑也在其营造方法 、利用形式上取得 了辉煌的成就 。回顾工业革命之前的建筑 ,由于技术落后 , 人们很难有效地进行改造大自然的活动 ,那时候人类的智慧 都集中在如何利用大自然 ,怎样因地制宜地合理利用有限的 可得资源 ,用最经济的材料得到最大限度的舒适 ,形成了人 与自然的和谐 、融洽的良性循环 ,综观国内外的传统民居 ,其 中包含着许多朴素的生态建筑思想 。(1) 居住在冰天雪地的爱斯基摩人 ,他们可以得到的建 筑材料非常有限 ,只有雪块与兽皮 ,面对的却是严寒冷酷的 自然条件 。他们用智慧创造出自己独特的居住方式 冰 屋 ,入口处设有挡风墙 ,可以遮挡高速的极地冷风 ,冷空气进 入入口 ,首先要经过一段窄长的通道 ,使冷气温度提升后才 进入居室 ,上方留有通风孔保证良好通风 ,兽皮上方覆盖雪 块既可保温又可防潮 ,这是古爱斯基摩人智慧的结晶6 ,见 图 1 。(2) 我国传统民居中也有很多成功的生态建筑实例 。如 我国云南西双版纳属亚热带气候 ,长年气温高 ,年降雨量大 。 傣族民居干栏建筑将地面层架空 ,用作圈养家畜和存放生产 工具 ,生活居住部分提升到 2 层 ,以适应当地潮湿多雨的气 候条件 ,并具有良好的通风 、隔热功能6 ,见图 2 。又如北方 民居中 ,炊烟的烟道首先流经火炕 ,然后通过空心火墙流到生态建筑漫谈 彭昌海 ,等图 2 傣族民居干栏建筑3 生态建筑的设计原则生态建筑的设计原则是一个复杂而宽泛的概念 ,西姆 范德莱恩与约翰托德等人曾发表了相关的论述7 。我们 不妨做一个简单的拆字游戏 “: 生态建筑 = 生态 + 建筑”,这 在一定程度上或许可以反映出生态建筑的基本内涵 。究其 本义 ,生态学是研究生物与其生存环境之间相互关系的科 学 。假如只考虑狭义的生态论 ,则我们可以把目标更多地定 格在人类与其生存环境的相互关系上 ;而建筑所研究的正是 如何营造适合于人类的微观环境 。这一微观环境是一个含 义广泛的概念 ,它包含从最简单的建筑单体到复杂的城市群 体环境 。当然相对人类生存的自然大环境来说 ,它是一种处 于中介地位的微观环境 ,是人类创造的介于自然界与人类之 间的小环境 ,也称为人工自然 。因此建筑的存在本身既作用 于自然生态环境 ,也作用于使用者 人类 。对生态建筑的 理解与衡量标准是会随着时间变化而不断发展的 ,但其基本 的内涵基于建筑在人类与自然界之间的中介地位 ,则主要体 现在四个方面 。3. 1 尊重和保护自然生态环境 , 尽量减少对生物圈的破坏 尊重自然是生态建筑最基本的内涵 ,必须摆脱“人类中心论”的桎梏 ,充分体察到人是自然的一分子 ,对自然界含有23 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 一份感恩的情怀 ,建立新的生态伦理道德观念 ,变破坏为尊重 ,变掠夺索取为珍惜共存 。主要体现在 : 8(1) 对建筑场地的充分考虑 : 它包括建筑物的朝向 、定 位 、布局 ,对地形 、地势的利用 ,场地气候条件的影响 ,对植被 的考虑以及空中 、地面 、地下的有机结合等 。(2) 对节省能源的考虑 : 建筑能耗是建筑物对自然界造 成的主要间接危害之一 , 因此如何尽可能多地降低能源消 耗 、提高能源利用效率是生态建筑必须解决的一个重要课 题 。(3) 对可再生能源的利用 : 在设计中应尽量考虑利用可 再生的能源 ,如太阳能 、风能 、地热能 、潮汐能等 。(4) 尽可能利用当地技术 、材料 ,以降低建造成本 。(5) 尽可能使用无污染 、易溶解 、可再生的环境材料 。3. 2 关心使用者 , 创造高品质的室内环境人的一生有 70 %的时间在室内渡过 ,室内环境同人们息 息相关 ,良好的室内环境意味着生活标准的提高 。室内环境 因子包括所呼吸的空气 、室内的光照 、音质以及电器设备产 生的电磁场等 ,所有这些都在影响人们的健康 、舒适以及家 庭归属感 。生态建筑利用适当的建筑材料和适于气候的设 计 ,使居室维持舒适宜人的温度 、湿度 、光照 、空气流速和负 离子平衡 ;通过严格的管理和先进的技术 ,为入住者提供一 片无污染的净土 ;基地位置远离有害的磁场及辐射源 ,防止 电器及线路产生的电磁污染 ;通过专业的吸声 、隔声设计 ,消 除噪声污染 ;通过先进的通风和供水系统 ,提供超洁净化的 水和空气 。3. 3 建筑本土化 建筑与城市设计必须充分结合地域气候特征 、地形地貌特征 ,延续地方文化和风俗 ,充分利用地方材料 ,并从中探索 现代高新技术与地方适用技术的结合2 。3. 4 给未来发展留有足够弹性 可持续的概念是一种动态的思想 ,体现在生态建筑中 ,就是建筑应具有足够的弹性 ,以适应未来的发展 。总而言之 ,生态建筑的设计原则必须充分体现人类与自 然界的和谐“, 既满足当代人的需要 ,又不对后代人满足其需 要的能力构成危害”。(1) 基地绿化指标所谓“基地绿化”就是利用建筑基地内自然土层以及屋 顶 、阳台 、外墙 、人工土地来种植各类植物 。健康的城市生活 不能缺少绿意 ,假如我们能在居住环境中广植花木 ,不但可 怡情养性 ,同时可促进土壤微生物活动 ,对改善生态环境极 有益处 。图 3 为日本福冈 acros 大楼的立体绿化 。绿化被 公认为是固定 co2 最好的措施 ,进而可减缓地球气候日益高 温化趋势 。因此本指标希望能以植物 co2 固定效果作为评 估单位 ,针对建筑环境中的空地 、阳台 、屋顶 、壁面进行全面 绿化设计的评估 。据有关资料表明 ,co2 固定量必须大于基 准值 600 ( kgm2 ) 9 。图 3 日本福冈 acros 大楼的立体绿化(2) 基地保水指标洞庭湖 、鄱阳湖对长江水的调节是长江流域防止洪涝灾 害最有效的措施 ,这也是自然生态系统最伟大的创举 。受此 启发 ,特提出基地保水指标 。所谓基地的保水性能 ,就是建筑基地内自然上层及人工 土层涵养水分及贮留雨水的能力 。基地的保水性能愈佳时 , 基地涵养雨水的能力愈好 ,有益于土壤内微生物的活动 ,进而改善土壤的有机品质并滋养植物 ,对改良生态环境大有好处 。图 4 为荷兰某银行大楼贮留渗透景观水池设计 。基地 保水性能当然与土壤的渗透能力密切相关 ,在一般透水性中 等的粉土地形 ,进行基地保水设计对大地涵养雨水的能力的 确很有帮助 ,但是在透水性极端不良的粘土地形或透水性太 好的砂土地形进行基地保水设计 ,并无助于大地贮留雨水的 能力 ,因此本指标只限用于一般最常见的粉土土质 。基地保水性能以“基地保水指标 ”来评估 ,其意为开发 后土地保水量与开发前裸露土地保水量之比 , 值越大 , 其 保水性能越佳 。资料表明 ,014 时基本可达要求 。4 生态建筑的评估指标4. 1 指标确定原则怎样进行生态建筑的评估 ,笔者认为 ,作为政府推广政 策的依据 ,生态建筑的评估指标必须兼顾周全 、简化 、量化 。 指标不周全则有所偏颇 ,指标大而多则不堪其繁 ,指标无法 量化则难以执行 。具体而言 ,指标的确定原则为9 :(1) 要确实反映资材 、能源 、水 、土地 、气候等地球环保要 素 ; (2) 要有科学量化计算的标准 ,未能量化的指标暂不纳入 评估 ; (3) 项目不可太多 ,性质相近的指标尽量合并 ; (4) 要平 易近人 ,并与生活体验相近 ; (5) 暂不涉及社会人文方面的价 值评估 ; (6) 必须适用于本土气候 ; ( 7) 应能应用于社区或建 筑群整体的评估 ; ( 8) 应可作为可行性阶段的事前评估以达 到预测控制的目的 。4. 2 六大评估指标图 4 荷兰某银行大楼贮留渗透景观水池设计(3) 水资源指标所谓“水资源指标”系指建筑物实际使用自来水量与一 般平均用水量之比 ,又名“节水率”。其用水量评估 ,包括厨 房 、浴室 、水龙头的用水效率评估以及雨水 、中水再利用的评 工业建筑 2002 年第 32 卷第 5 期24 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 估 。我国水资源分布差异较大 ,北方缺水已是众所周知 ,其 中几个大城市如北京 、天津 、西安等更是滴水寸金 ,虽然南水 北调已进行了最后论证 ,但就算该方案实施后也只是状况稍 为缓解而已 。因为水资源丰富的南方由于工业污染 、过度开 发地下水以及节水观念淡薄已导致淡水告急现象 ,上海 、广 州已深受其苦 。本指标希望能积极利用雨水与生活杂用水 的循环再利用方法 (开源) ,并在建筑设计上积极采用省水器 具 (节流) ,来达到节约水资源的目的 。由于目前关于水资源使用调查大都偏重于住宿类建筑 , 其他类建筑用水量资料尚缺 ,而住宿类建筑也是最主要的民 生用水对象 ,因此本指标对于住宿类建筑采用自来水节水率wr 的计算为主 ,而对于其他类建筑则以简易的省水器具采用节水率 we 来衡量 。据研究 , 当 wr 018 或 we 018 时 才可达标9 。(4) 日常节能指标建筑物的生命周期长达 5060 年之久 ,从建材生产 、营 建运输 、日常使用 、维修至拆除等各阶段 , 皆消耗不少的能 源 ,其中尤以长期使用的空调 、照明等日常耗能量占极大部 分 ,这部分就是本指标所涵盖的耗能量范围 。所谓“日常节 能指标”就是夏季尖峰时期空调系统与照明系统的综合用电 效率 。我国国民经济和社会发展“九五”计划和 2010 年远景 目标纲要规定“; 对于能源要坚持节约与开发并举 ,把节约 放在首位 。”建筑节能可以减少矿物燃料的消耗量 ,对生态环 境的可持续发展有举足轻重的意义 。日常节能指标公式 :ei = (外设热负荷比 空调效率比 空调照明比 + 照 明节能比) (110 - 再生能源比 a - 能源管理节能效率)当 ei 0164 + 018 时可达要求 。 (5) 废弃物减量指标 所谓废弃物系指建筑施工及日后拆除过程所产生的工程不平衡土方 、弃土 、废弃建材及逸散扬尘等 。建筑业是高污染的产业 ,它不只在水泥 、炼钢等生产阶段 ,而且在营建及 日后拆除过程都非常严重 。现在欧美发达国家对于建筑物 均有“建材回收率”的规定 ,指定建筑物必须使用 30 %40 % 以上的再生玻璃 、再生混凝土砖 、再生木材等回收建材 。1993 年日本混凝土块的再利用率高达 70 % , 营建废弃物的50 %均经过回收再循环使用 ,有些欧洲国家甚至以 80 %回收 率为目标 。图 5 为美国南加州瓦斯公司使用回收建材建成 的生态建筑 。反观我国的建筑业 ,很少使用回收再生建材 , 目前除了高价的铝 、钢筋的回收率高达 80 %之外 ,对于混凝 土 、磁砖 、玻璃 、木材 、塑胶等几乎不回收使用 ,造成各地垃圾 成堆 ,也使得新建建筑物不但浪费能源与资材 ,更使环境污 染加剧 。有鉴于此 ,本“废弃物减量指标”以废弃物 、空气污染减图 5 美国南加州瓦斯公司使用回收建材建成的生态建筑量及资源再生利用量为指标 ,以倡导更干净 、更环保的建筑施工为目的 , 进而增进生态环境品质 。废弃物减量指标公 式 :pi = 工程平衡土方比例 + 施工废弃物比例 + 拆除废弃 物比例 + 施工空气污染比例 - 公害防治加权系数当 pi 314 时基本满足要求 。 (6) 污水 、垃圾改善指标 关于污水处理设施及垃圾清理系统 ,目前已有严格的法令规范 ,并已纳入政府管制监督范围 ,本文不再论述 。5 结束语我们的祖先虽然为如何利用大自然作了良好的阐释 ,但 必然受到当时技术条件的严格限制 ,所以传统的生态建筑并 非真正意义上的生态建筑 。现代生态建筑以其强有力的生 态技术体系为支撑 ,把入住者的健康与舒适同