（上海建科建筑设计院）

摘要:面对全球性的生态环境恶化，缓解人类发展与自然界之间的矛盾成为当务之急，也是摆在建筑师面前的一个重要任务，建筑活动消耗大量的资源与能源，是人类重要的生产活动之一。

在我国，目前及今后一个时期内的建筑活动，规模巨大。住宅产业也在蓬勃发展，占建筑行业的半壁江山，住宅建设对生态环境造成的压力不言而喻。选择怎样的发展模式不但关系到人们的切身利益，也影响着我们的子孙后代。

在住宅建设中以生态思想为指导，采用生态技术，走生态发展之路，为我国住宅产业的发展提供一个新的研究角度及思考模式。

本文结合作者所做生态住宅方案案例的分析，力图从住宅的生态使用技术及实现这些技术所需的支持条件两方面进行探讨，试图探索如何将生态技术落到实处，应用于住宅建设。

关键词：生态技术；住宅建设；政策及手段

二十世纪六十年代温室效应学说的提出，促使人们重新考虑能源的利用方式，引起人们对环境问题的关心，七十年代的能源危机，更是引发了人们对能源问题的广泛关注。近年来，随着发展中国家的崛起以及高消耗生活方式的扩展。环境、资源、能源问题进一步突出。许多国家已开始在各方面采取行动。

在我国，随着经济的迅速发展，发展与环境之间的矛盾凸现，近年来频繁出现的水荒、电荒、污染严重阻碍了社会的发展，威胁着人们的健康。国家也在从各方面采取应对措施。参照发达国家的发展历程，建筑业将成为我国国民经济发展的支柱产业之一，它同时也消耗着大量自然资源和能源，产生大量的废弃物。据统计，建筑活动消耗了能源总量的近40%，目前，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。而全球建筑活动产生的温室气体占温室气体总量的50%。①现阶段，以住宅建设为主导的中国建筑业仍是一个高能耗高污染的产业。对我国生态环境的破坏负有很大责任。

针对以上问题，在建筑界，对生态住居建筑的探讨和研究，吸引了越来越多的建筑师参与其中。力图做到在当前及将来，以技术手段缓解环境与住居建设之间的矛盾，实现可持续发展。人创造了建筑，建筑也反过来塑造了人，影响着我们的生活方式与观念。生态住宅的建设，对于改变我们的生活观、自然观和价值观，自觉关爱自然生态，具有长远的文化和思想意义。从实际的物质意义来讲，可为我们创造自然健康的住居环境。地球不只属于我们这一代人，它同样是我们的子孙后代赖以栖身之所，我们有义务与责任减少能源与资源的浪费。

下面将结合作者所做一个生态住宅方案的介绍，从各方面对生态住宅的技术进行探讨。由于仅仅是一个方案，许多想法还比较粗糙，具体的实现手段还需要进一步完善。只是希望借此方案能有一个操作层面上的探索，而不仅限于理论上的研究。也希望起到抛砖引玉的作用。


1、 方案介绍：

1）场地：方案所在龙潭生态住宅开发区为山地，面临龙潭水库，属于生态保护区，植被秀美。

2）气候：该地地处北京郊区，属温带大陆性气候。夏季炎热，主导风向为东南风；冬季寒冷干燥，主导风向为西北风，全年风速较低，日照时间较长。

2、方案目标：

1）采用合理、生态的建材。  

2）节约能源，最大限度使用可再生能源，例如太阳能。

3）节约水资源，加强水的重复使用。

4）节约土地，尽可能实现零占地。

5）保护环境，建造及使用过程中减少对植被的破坏。

6）文脉延续，延续特色住居方式，避免建筑形式的单一。

 
 
  
 

图1 平面图

3、设计构思分析：

 

方案借鉴窑洞及土楼等传统居住形态，延用围合内院的概念，利用太阳能材料及技术，采取掩土建筑方式以达成既定目标。

4、实现手段与技术措施：

 

1）建材：采用混凝土及建筑场地开挖所得石料，使用当地材料，可以节省材料运输耗能。玻璃顶棚采用钢骨架，钢材可以循环使用，力学性能优良，可以以相对少的材料耗费达到承载要求，符合建材的3R 原则。

 

2）节能：封闭的玻璃顶棚可以起到太阳房和拔风的效果，改善采光和通风状况并有效利用太阳能。结合通风井安装太阳能电池板，作为日常电力部分来源，部分存于蓄电池，供阴雨天使用。

  

图2 侧立面图
 
 

图3 南立面图
 
 
 

图4 剖面图

 

玻璃顶棚的设计，旨在促进空气自然流通，达到自然空调的目的，以节约空调运行能源。玻璃顶棚为双层构造（图5），双层玻璃中间为可调节式百叶，单面涂覆高反射型材料，如铝箔。

 

在夏季白天（图6，图12），百叶的反射面朝向室外，反射阳光。玻璃顶棚下方为单向流通式吊顶百叶（图7），气流只可以由下方往上方流动，不能由上方向下方流动。玻璃顶棚上方的空气被加热上升，由顶棚上方排出，形成负压。促进室内空气流通。

 

新风由多向引风道（图10）导入，多向引风道可以保证捕捉到各方向的风，导入的新风经过引风道内雾化水喷头的加湿降温，且在负压的吸引下下沉，经由处于房间下方的进气口流入室内，这样，室内下方空气温度较低，经人体散热和室内热量加温后，上升由顶棚排出，保证环境温度的舒适与空气清新。

 

夏季夜晚，（图13）顶棚开启，由于该地位于山区，下有大面积水体（水库），在夜间和日间会有山地风形成，夜晚，山风将由山顶吹向山底。一方面山地风穿过顶棚上方，会在室内形成负压，促进室内空气流通。另一方面，山风可由引风道进入室内。形成适宜的室内温度。

 

冬季白天（图8，图14），通过百叶角度的调节，可将阳光引入中庭，将室内加热，同时，带有夹层的双层玻璃结构，可以有效防止热量散失，形成太阳温室，不用额外采暖。同时，顶棚的热空气由空气泵导入地下室，加热卵石床，将热量储存起来，以备阴雨天气和夜间使用。

 

冬季夜晚（图9，图15），百叶关闭，覆有反射涂层的一面朝向室内，防止室内热量散失。地下室卵石储热床在白天储存的热量散出，加热空气，热空气由风扇通过管道送至各房间。部分顶棚处安装太阳能电池板，发出的电可以用来照明以及提供循环风扇的使用。

 

3）水利用：设雨水收集系统，厨房及卫生间灰水收集后进行简单生物处理，可供卫生间冲洗、绿化灌溉、洗车、洒扫等用途。

 

4）节地：建筑大部分嵌入山体中，基本实现零占地。

 

图5 双层玻璃结构示意图   图6 夏季白天百叶工作示意  图7 单向流通式吊顶百叶

5）环境：屋顶可覆土绿化以恢复原有植被，减少了对室外环境的破坏。室内空气环境的优化由排风管完成。风向标式排风管（图11）自动指向下风向，并由风扇形成负压，吸引室内污浊空气排出。排风管室外部分涂黑色吸热涂层，利用日光加热管口空气，有利于形成负压，促进空气流动。

 

6）绿化：在住宅北侧及西侧种植常绿树，可在冬季有效的抵御寒冷的西北风。在南侧种植落叶树，夏季的枝叶形成绿荫，遮挡阳光，防止室内过热；冬季落叶之后可以减少对阳光的阻挡，有利于阳光射入室内，提高室内温度。

 

 

 

  

图8 冬季白天百叶工作示意   图9 冬季夜晚百叶工作示意

 

    

 图10 多向引风道工作示意 图11 风向标式排风管

 
 

 

图12 夏季白天工作示意图
 
 
 

图13 夏季夜晚工作示意图

 
 
 
 

图14 冬季白天工作示意图
 
 
 

图15 冬季夜晚工作示意图

 

设计的过程中自然考虑到方案的可实现问题，通过这个方案的设计，认识到在实现过程中可能遇到的一些问题：

 

首先，生态设计在建筑设计之外，最多涉及的问题是技术和材料问题，它们对于生态目标的实现具有至关重要的意义。

 

在建材方面，我们应该根据实际情况，选择适合国情的绿色材料，比如木材，本来是优质可持续发展的生态建材，它是自然作用的产物，力学性能良好，易于加工，在废弃后可以自然腐烂分解，不会对生态环境造成破坏。国外也有成熟的木建材产品和木结构住宅体系。并已有大量建成建筑。但我国森林资源几十年来遭到恶性破坏，不得不限制木材的使用。而竹材在我国极为丰富，我们也有利用竹材的传统，大到竹楼，小到竹筷，在日常生活中竹制产品随处可见。竹子是一种速生植物，力学性能也比较好，是一种比较理想的生态材料。我们是否应该对竹材加以研究开发，充分发挥它的长处。使之能够形成体系，广泛应用。

 

随着科技的发展，新型材料的出现也为生态目的的实现提供了更多的选择。比如在节能方面，新材料不断涌现。

 

其中，TIM 材料（Transparent Insulated Material 简称TIM），由K·泰瑞·霍兰德博士（Dr. K. TerryHolland）领导研制，90 年代付诸实际应用，是一种透明的绝热塑料。目前也用于建筑，使用TIM的建筑据统计每年可节约能耗的200 千瓦·小时／米2（kw·h/m2）,已能完全或部分地取消常规采暖。

 

门窗是建筑保温的薄弱环节，玻璃材料的保温技术是生态建筑节能的关键之一。随着现代化科技的不断发展，这一领域陆续出现了吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、电敏感玻璃、调光玻璃、电磁波屏蔽玻璃等各种新型玻璃材料。设计人可将它们组合成复合的构造形式，来达到生态建筑的保温和采光要求。

 

在建筑中利用太阳能为建筑提供能源，既无污染，又无噪音，并可替代常规能源。太阳能光热和光电材料在国外的建筑中也有一定的应用。但由于价格的效率的制约，在建筑中一直不能得到推广，尤其是太阳能发电，目前仅在一些试验性的生态建筑中使用。要改变这种状况，就需要要改进技术，大幅度降低成本。建筑中，当今最先进的太阳能技术就是创造透明的太阳能光电池，用以取代窗户和天窗上的玻璃。世界各国的试验室中正在加紧研制和开发这类产品。日本的一些商用建筑中，已试验采用半透明的太阳能电池将窗户变成微型发电站，将保温--隔热技术融入太阳能光电玻璃，预计10 年后将取代普通玻璃成为未来生态建筑主流。

 

智能控制和计算机模拟技术也是实现建筑生态所需的技术条件。通过计算机模拟技术我们可以预先以数学模型模拟建筑在建成后的气流状况和室内温度、湿度和采光等情况，并反馈于建筑设计当中，对设计提出优化和改良。智能控制则可以根据室内外的环境状况对通风采光进行自动模糊控制，使能源的利用和室内环境达到最优化。

 

除了技术和材料问题之外，生态住宅所触及的不仅是建筑本身，还有一系列其他社会问题。

 

思想方面，尽管当前大家对环保和生态的意识已有所加强，然而，当真正涉及到个人利益时，还是不惜以牺牲环境为代价的。这一方面是经济因素，一方面是人的素质问题，问题的解决需要假以时日，当前，可以以强制手段作为过渡措施。

 

目前，许多房地产开发商所感兴趣的是生态住宅或生态住区这块招牌，而对于提高住宅的具体性能，如加强保温、改善通风、采用更加高效的能源系统等方面并不肯投入。这除了观念上的问题外，很大程度上还在于错误地认为生态住宅就意味要采用大量昂贵的新技术、新材料。这在相当程度上阻碍了生态住宅的发展。

 

经济方面，生态住宅由与在舒适度和环境保护方面的要求较高，在造价上一般要高于普通住宅。它的效益多体现在社会效益方面，经济效益方面则一般要在使用过程的较长期才能得以实现。在目前以追求经济效益为前提的市场经济条件下，显然处于劣势。此外，许多生态技术还不完善，在目前以开发商为龙头的房地产开发模式中，多数开发商们都不会冒风险采用不成熟的技术，甘愿走老路。有的生态技术手段较成熟，性能也可靠，但国产化水平低，价格让人却步。

 

政策方面。生态住宅所触及的范围较广，需要各方面协调配合，由于我国的管理制度，条块分割的现象依然严重。电力、燃气、采暖、城建各部门互不协调，许多技术措施难以实施。由于生态住宅效益多体现在社会效益方面，经济效益也体现在使用过程中，投入者得不到当前的回报，国家应制定相关政策，鼓励生态技术的采用，给予经济上的支持。

 

落后的管理体制也对生态技术的运用造成阻碍，例如在我国，通过改善墙体、门窗的性能，建筑师可以很容易地设计出比原有节能标准节能的住宅。但实际的运作情况是“节能住宅”并不节能。其原因是居住小区的冬季供暖方式、收费标准并没有随之改变，用户对供暖量无法调节，采暖量的多少与其经济利益也毫无关系。在供暖量不变的情况下，良好的保温材料使得居室温度偏高，用户只好通过开窗通风来降低室温。“节约”下来的能量就这样又散失到室外，而小区采暖燃料的供应量则依旧居高不下。

 

生态住宅涵盖社会的各个层面，需要许多相关产业和实际技术作为支撑，同时也可带动许多相关产业的发展，在生态住宅发展的初期，需要国家以一定的政策刺激这些相关产业发展，将住宅发展和相关产业的发展纳入良性循环，然后借助市场的推动力，以经济杠杆为主，推动生态住宅产业的发展。国家应加大科研投入，发展生态技术。在增强国内生态高技术的研究和开发力度的同时，选择性地引进国外一些先进的生态高技术。由于生态住宅回报的长期性和社会性，国家可以投资做示范建筑单体或小区建设，引导生态住宅的良性发展。

 

可以预见，经过了理论介绍的热潮和社会的炒作之后，人们对生态住宅的认识将更加轻清楚、务实。随着国家政策的不断完善和相关法规的健全，贯彻生态原则的住宅将不断涌现。在此期间，政策的引导将起到重要作用，这需要在政策制定方面，具有前瞻性，并能够在当前的市场经济条件下，平衡各方面的利益。

参考文献及书目

一、书目：

1、窦以德 等编译，《诺曼• 福斯特》，中国建筑工业出版社。

2、李东华 主编，《高技术生态建筑》，天津大学出版社。

3、洪紫萍、王贵公，《生态材料导论》，化学工业出版社。

4、柳孝图，《建筑物理》，中国建筑工业出版社。

5、清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院编著，《建筑设计的生态策略》,中国计划出版社。

6、邱连璋，《有头脑的房子----21 世纪的建筑》，科学技术文献出版社。

7、单小海等，《走向新住宅》，中国建筑工业出版社。

8、涂逢详，《建筑节能技术》，中国计划出版社。

9、夏云、夏葵、施燕，《生态与可持续建筑》，中国建筑工业出版社。

10、颜洪亮等，《21 世纪建筑新技术论丛》，同济大学出版社。

11、周若祁等，《绿色建筑》，中国计划出版社。

12、朱霭敏，《跨世纪的住宅设计》，中国建筑工业出版社。