关于生态建筑的调研报告.doc

生态建筑调研报告 “天人合一”思想是中国最优秀的传统哲学思想。老子“域中有四大,而人居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然”等思想都强调了人与社会、自然的和谐。儒家重人道,道家重天道。这种追求反朴归真、让生活同生命相和谐的方式,实质上反映了以生态为中心的世界观。 所谓生态建筑,简而言之就是将生态学原理运用到建筑设计中而产生的建筑。它是新世纪最具有前途、最具有魅力的建筑形式之一。生态建筑就是根据当地的自然生态环境,运用生态学、建筑学以及现代高新技术,合理地安排和组织建筑与其他领域相关因素之间的关系,与自然环境形成一个有机的整体。它既利用天然条件与人工手段制造良好的富有生机的环境,而又同时要控制和减少人类对于自然资源的掠夺性使用,力求实现向自然索取与汇报之间的平衡。它寻求人、建筑、自然之间的和谐统一。 关于生态建筑的定义不下几十种,有人将生态建筑等同于绿色建筑或节能建筑等等,但是我认为:生态建筑绿色建筑节能建筑,前者比后两者意义更加广泛。因此比较合适的隶属关系应为:绿色建筑生态建筑,节能建筑生态建筑。在强调“可持续发展”和“以人为本”思想指导下,应用给予生态建筑以下的诠释。生态建筑= (绿色+ 健康) 建筑。以上等式,才能够真正反映出生态建筑对自然和人的双重关怀,体现建筑、人、环境的协调与和谐的发展,体现出人对环境的友善。对生态建筑的认识还必须消除两个误区:其一、传统建筑是生态建筑,其二,现代建筑不是生态建筑。另外“, 生态”是一种相对的概念,与时间、地点、条件密切相关。 所谓“绿色建筑”就是资源有效利用的建筑,亦即“4R”建筑,即减少(Reduce) 建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用;利用可再生(Reproducible) 能源和材料;利用回收(Recycle) 材料和排水,设置废弃物回收系统;在结构允许的情况下重新使用(Renew)旧材料。健康建筑指的是具有满足人们居住或生产等活动要求的适宜的热环境、光环境、声环境和空气环境的建筑物。 生态建筑这种建筑将古代建筑技术和现代应用技术相结合,采用综合设计的方式,把工程师、建筑师、科学家和未来居住者的种种考虑和要求结合起来,房屋建筑考虑自然生态和社会生态的需要,注重节省能源,减少污染,降低造价和使用费用,注意使用者对自然空间和人际交往的需求等。 生态建筑就是着眼于对综合环境和气候因素的治理和利用，并将其转化为高品质空间、高舒适度和完美的形式。因此，这就要求我们的建筑师在建筑的形式、朝向和开口等方面进行优化处理。注重对热惰性力量和被动式太阳能的开发， 对太阳能的有效应用，使其向热能和电能转化，积极应用有利于建筑运作的智能系统，同时，更要着重强调对自然循环中再生的天然材料（如木材等）的应用。在景观与环境的关系方面，要特别注重人造物与自然之间的新结合，在建筑物与环境之间努力建立起一种恒久的对话关系，将环境因素变为有自身权利的主体。创造出一种与树木、气候、地形并存的建筑，而不是模仿现有的自然形态或者与自然完全割裂的建筑。努力使建筑成为环境中的“另一个”环境。 以建筑设计为着眼点，生态建筑主要表现为：利用太阳能等可再生能源，节约建筑能耗，注重自然通风，自然采光与遮阴, 为改善小气候采用多种绿化方式, 为增强空间适应性采用大跨度轻型结构, 水的循环利用, 新型建筑材料的选用，垃圾分类、处理以及充分利用建筑废弃物等。由此可以看出筑师必须以生态的观念、整合的观念, 从整体上进行构思。 在我们的生态科教楼中，我认为可以通过以下手段达到目的：1、空间组合 在科教楼的空间组合上，我们可以选用内廊式、外廊式、中间核心筒式、带内院式、以中庭为核心的科教楼等方式。不同的空间类型有着不同的体型和组合，决定了各自不同的耗能方式和耗能程度。在设计过程中，还应考虑当地的地域特征和当地的气候条件，采用不同的策略，营造合理的办公环境。如我们的科教楼是在以保温为主的北方地区，科教楼应采用紧凑的组合、规整的平面较为适宜，这样建筑热损失面积小，同时还要考虑日照充足、通风好。可直接节约能源。2、提高外围护墙体的保温隔热性能 科教楼的外墙分为承重墙和非承重墙，在具体工程中，无论选用哪种外墙，根据建筑节能的标准要求，墙体必须要做保温和隔热，一般可采用以下几种方式：选用导热系数小、强度高的建筑材料，如各种新型的保温砖块、混凝土小型空心砌块、加气混凝土等作为围护结构的墙体材料；优化建筑表皮的构造设计，即采用强度高的承重材料和导热系数小的轻质保温材料进行复合。 在一般的办公建筑设计中，我们常选用后一种保温方法。目前这种复合保温墙体是节能建筑中应用普遍、技术成熟的围护结构做法，其构造主要分为外保温、内保温和夹心保温3种。其中外保温做法效果较好，是目前较常见的一种保温构造做法。外保温构造不仅冬季保温性能好，还能防止冷(热)桥的产生，而且夏季隔热性能优良，目前国内常用的外保温材料有聚苯颗粒保温砂浆、聚苯板、挤塑板和硬质聚氨酯板等。国外也有使用岩棉等高效外保温材料，但是要处理好防水问题。我们也可以采用250mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块作为外围护墙，这种材料是利用火力发电厂排放的粉煤灰作为主要原料，采用先进的生产工艺及装备生产的新型墙体材料，这种材料可以有效地减少建筑垃圾，利于环保和减少资源浪费，是一种真正的绿色建材产品。在已经满足保温节能要求的情况下，又增加了一层30mm厚的有机硅保温砂浆，从而减少了外围护结构的传热系数。3、采用新能源 太阳能是我们可利用的最清洁、最丰富的能源，在屋顶安装了太阳能电池发电系统，可以将太阳辐射能直接转换成电能，利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能，并可以随时向用电设备供电，从而满足楼内的动力和照明系统的用电需求。太阳能电池发电技术具有许多优点，如安全可靠，无污染，不消耗常规燃料，不受地域限制，维修简便，适合在建筑物上安装等特点，因此它是当今世界上最具有发展前途的新能源利用技术。 建筑内的空调系统全面采用了地源热泵技术，它利用地表浅层中蓄存的能量，室外空气温度波动很大，但地表面几米以下的地温全年相对恒定的特点（地球表面温度通常保持在15左右），在夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收，使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术具有低能耗、对环境影响小、维护费用较低以及设计灵活等突出特点，是一种高效、环保的能源利用系统。同济大学的教学楼改造就成功将地源热泵应用到了实例中去。将光导纤维技术用于室内照明，在屋顶架设了风力发电系统等多项节能环保措施的应用等都可以作为节约能耗的方法。4、采用屋面绿化，创造舒适环境 科教楼一般平屋顶的形式较多，屋面常铺设保温板进行保温处理。目前用得较多的是倒置式的保温屋面，效果较好，但保温材料最好选用防水性能好的挤塑型泡沫塑料板或者采用现场发泡的聚氨酯保温屋面做法，以及其他的保温材料做法。除此以外，在现代建筑中做植被屋面已被越来越多地采用，因为屋面绿化不仅可以使屋顶具有更好的保温隔热性能，改善室内热环境，而且也为建筑内的工作人员在顶层提供了一个室外休闲的绿色花园，同时建筑立体绿化对美化城市也可起到了一定的作用。5、采用高性能的节能窗和新型幕墙 在科教楼围护结构中，窗的朝向和面积对空调降温采暖能耗的影响很大。建筑的窗墙比较大，热损失是个较为突出的问题。为了获得良好的景观视野和满足充足的采光需求，增强立面视觉效果，常常采用大面积开窗和成片的使用玻璃幕墙。这样就使透明的围护结构占据了整个外墙面的很大一部分，而这些透明的窗户也经常是建筑的冷(热)桥所在。测试表明：在一般的办公建筑中，外窗和幕墙占房间总耗热的30左右。 近年来国外广泛应用的节能玻璃，除中空玻璃外，还使用Low-e膜玻璃，这种玻璃对可见光保持较高的透过率，而对红外长波段透过率却很小，几乎为零。此外，由于镀上Low-e膜的玻璃表面具有很低的长波辐射率，可以大大增加玻璃表面辐射换热的热阻，从而具有良好的保温性能。在我国，随着节能工作的深入开展，这种节能型玻璃已逐渐被人们所认识，现在各种高性能的节能玻璃窗层出不穷，如采用双层中空LOW-e玻璃窗、多层LOW-e玻璃窗等。 除此以外，提高大面积窗户保温隔热性能的另一个重要环节就是提高窗框的保温隔热性能。窗框型材的不同，会使窗户的性能特点有相当大的差别。现在最常见的节能窗是塑钢窗，塑钢窗保温隔热性能较好，但也存在不耐燃烧和易老化的问题。在办公建筑中另一种节能窗是经断热处理后的铝合金窗框，其保温性能比材料断热前可提高30%50%。目前我国已研发出多种断热铝合金窗，它的特点同样是隔热、保温性能好，并优于一般的塑钢窗框。今天在办公楼建筑上，断热的铝合金窗已应用较多，但此窗仍然要注意密封和防晒的问题。 为了使办公建筑立面比较明快、挺拔、美观，玻璃幕墙是较为常见的一种建筑表达形式，但同时也是热交换、热传导最活跃的部位。由于玻璃的保温性能远比不上保温外墙体，其冬季热损失将是外墙体的几倍。有资料表明，普通单层玻璃幕墙所损失的热量可占整个围护结构采暖能耗的40左右，而在夏季，普通单层玻璃幕墙得热过多造成室内过热也是增加空调能耗的主要因素。虽然通过改善玻璃性能可以缓解冬季的热损失，但仍不能解决夏季得热过多的矛盾。因此，幕墙的节能设计也是办公建筑节能设计中的一个重要内容。现在，很多办公建筑幕墙的保温隔热处理是通过采用双层通风幕墙或在幕墙外安装遮阳设施来解决的。再如北京中青旅大厦的立面采用双层皮的处理，达到隔热保温的效果，而且建筑看上去非常的光亮和现代。双层通风幕墙由内、外两道幕墙组成，内外幕墙之间形成一个相对封闭的通风换气层，它不仅能有效的阻挡强烈日照，并保证室内采光，还可在两层幕墙中间形成空气通风层，将热空气排出中间夹层，从而大大减少夏季空调系统能量消耗。 另外，根据空气层通风组织形式的不同，可分为 “封闭式内通风幕墙”和“开敞式外通风幕墙”两种。封闭式内通风幕墙从室内的下部吸入空气，在热通道内上升至上部排风口，从吊顶内的风管排出，这一循环在室内进行，外幕墙采用全封闭构造。开敞式外通风幕墙外层是单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙，内层是由中空玻璃与断热型材组成的幕墙，内外幕墙形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，通道内也可设置百叶等遮阳装置。从两个系统比较来看，“开敞式”幕墙系统不仅具有“封闭式”幕墙系统在遮阳、隔声等方面的优点，而且在节能舒适性方面更为突出，并且使高层建筑上段的自然通风成为可能。据统计，双层通风幕墙与普通单层幕墙相比，在采暖时节约能源42%52，在制冷时节约能源38%60%，成为解决办公建筑节能的一个新方向。但是，由于双层通风幕墙具有双层结构，技术含量高，一次性投资较单层幕墙高，此外双层通风幕墙的有效建筑面积比单层幕墙要损失2.53.5，这也是影响它被普遍使用的因素之一。6、合理的遮阳系统 为了改善现代化建筑的室内热环境，采用遮阳技术无疑是一项重要的技术手段，它不但可以防止眩光，还可以在夏季阻挡直射光透过玻璃进入室内，防止阳光过分照射造成围护结构温度过高；在冬季又能允许阳光进入室内，提升温度，减少空调的能量消耗。 内遮阳与外遮阳是两种比较常见的遮阳方式，但是在隔热性能上两种遮阳方式存在着很大的差异。在采用相同遮阳百叶的情况下，对于外遮阳来说，由于遮阳百叶在窗户外侧，主要的太阳辐射热被挡在了室外；而内遮阳由于遮阳百叶在窗户内侧，大部分的太阳辐射热已经进入室内，尽管有一部分经遮阳百叶反射到室外，但还有很大一部分透过遮阳系统进入室内。由此可见，在隔热性能方面，外遮阳具有非常明显的优势。 在我国现阶段的条件下，中空玻璃与断热型材组成的单层幕墙和活动式外遮阳系统相结合的透明围护结构是值得推广的一种方式。外遮阳系统作为一种灵活的立面元素，与幕墙系统相结合，形成具有动感的建筑形象，从而使办公建筑的造型更具现代化与人性化。7、充分利用自然采光与自然通风 生态科教楼设计除了初期的的空间组合设计和建筑围护结构设计外，利用自然采光和自然通风也是决定能否真正实现舒适的室内环境，减少能量消耗的关键之一。 科教楼由于各层面积较大，因此，在很大程度上依靠机械通风和人工照明，这种过分依赖机械、电气设备的工作空间看似带来了恒定的气温、较好的工作环境，实际是在损害人们的身体健康。在生态节能理念越来越受到重视的今天，如何最大限度地利用自然采光与自然通风也逐渐受到人们的关注与重视。 在建筑中，窗户是阳光进入室内的通道，在现代化大进深的集中型办公室里，人们选择办公桌的位置时，喜欢靠近窗户，就是希望获得阳光和新鲜的空气。然而，侧窗采光由于光线不足，很难满足大进深办公建筑的要求。为了解决这个问题，可以通过用辅助的光反射系统来补充，或是利用中庭采光。 利用辅助反射系统的一个典型案例是由日建设计事务所设计的东京煤气公司NT大楼，该建筑设有一个被设计者称为“生物核”的共享大厅，共享大厅位于建筑北侧，精心设计的玻璃“呼吸外壁”能充分利用自然采光、导入自然通风，并且能最大限度地降低环境的不利影响。为了充分利用南北自然采光，将南侧办公部分的每层吊顶均设计成折线状，可以反射阳光至室内天花，形成均匀的室内漫反射光效果，并减少人工照明的能耗。平时，即使是在阴天，室外照度为15 000 lx时，中央办公桌面自然采光照度依旧能达到300 lx。 中庭空间在现在的建筑中出现得越来越多，这种空间的价值不仅在于增添了建筑的层次性、趣味性，同时也增加了室内绿化、改善了空气质量，更重要的是，它在节能方面具有重要的意义。一方面中庭空间可以引入自然采光，另一方面，只要在中庭顶部设置可开启的玻璃窗，就可以利用热压进行自然通风。此外，建筑中还可利用风压、风压与热压结合的形式保证自然通风的实现。一般来说，对于进深较小的空间可以利用风压直接通风，而对进深较大的空间则可利用热压和烟囱效应来进行自然通风。 实例分析：德意志商业银行总部 诺曼福斯特 德意志商业银行总部，位于德国法兰克福，1994年设计，并于1997年竣工。这座高300米的三角形高塔是世界上第一座高层生态建筑，也是目前欧洲最高的办公楼。除非在极少数的严寒或酷暑天气中，整栋大楼全部采用自然通风和温度调节，将运行能耗降到最低，同时也最大程度地减少了空气调节设备对大气的污染。 大楼平面呈三角形，三面围绕一个中央筒布置，办公室两边的窗户可开可闭，结合自然对流与中央筒体的“烟囱效应”使设计，大厦具有良好的自然通风特性，然而最具特色的是，办公楼每隔三层，设有三层高的温室绿化空间，并呈螺旋状交替向下旋转，由此在任何位置的办公室均能面对一个温室绿化空间。德国柏林国会大厦 诺曼福斯特 1999年国会大厦重建，在这个重生的轮回中，福斯特将自己的大师风范表现得淋漓尽致。自然采光、通风、联合发电及热回收系统的广泛使用，不仅使新的大厦能耗和运转费用降到了最低，而且还能作为地区的发电装置向邻近建筑物供电。被视为柏林新象征的玻璃穹顶不仅有助于采光，还是电能和热能的主要来源，自然通风系统的重要组成部分。此外，生态技术的使用，还使整个大厦设备的二氧化碳排放量减少了94%。 国会大厦顶部直径40米、高23米的玻璃圆顶是这座生态建筑节能、环保的关键。圆顶首先与增加自然采光有关。其中央是一个嵌有360块镜面玻璃的锥形体，圆顶与锥形体二者之间的透光和反光作用，可使国会议事大厅得到充足的自然光。圆顶内还有一面可随日光照射方向变化而自动调整方位的遮阳板，用以避免直射阳光的热度及晃眼的光线对室内的影响。 圆顶与自然通风也有很大的关系。其中央的锥形体类似一个烟囱，滞留在室内高处的暖空气自然地从这里排出去，而附设在锥形体内部的轴流风机及热交换器则从排出的空气中回收能量，供大厦循环使用。暖空气流走后，室外的新鲜空气则由建筑物西侧位置较低的门廊送入，以低速气流在议事堂内扩散，慢慢地到达各个角落，然后静静地上升。锥形体与一系列的其他风口、风道共同构成一套自然的、能耗极低的通风系统。 圆顶还与清洁能源相关。圆顶上设有太阳能发电装置，可作为大厦的部分动力来源。同时，福斯特建筑师还利用地下蓄水层循环利用热能：夏季将多余热量储存在地下蓄水层中，以备冬季使用；冬季将冷水输入蓄水层，以备夏季使用。最后，大厦的动力燃料由矿物材料改为植物油，使二氧化碳的年排放量由7000吨降至440吨。 在改建国会大厦的设计中，由于广泛使用了将自然采光及通风联合发电及热回收组合起来的系统，由此做到了可用最少量的能量、最低的运转费用