裝配式建筑工程知識分享：生態(tài)技術(shù)在建筑中的實踐

1 生態(tài)建筑理論與研究

生態(tài)建筑以及建筑的可持續(xù)發(fā)展已成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點,在氣候異常與能源危機越來越突出的今天,探索建筑氣候設(shè)計分析方法和設(shè)計策略顯得日益迫切。由于我國特殊的地理特征,南北緯度差異大,海陸差別大,高度差別大,地形十分復(fù)雜[1],適應(yīng)氣候的建筑形式也有所不同。1982年李道增從川西農(nóng)村和菲律賓農(nóng)場的基本生態(tài)循環(huán)談起,舉例論證了“技術(shù)圈”對“生物圈”的沖擊,強調(diào)“生態(tài)學(xué)本是研究生物特性、生物與生物之間、生物與環(huán)境之間關(guān)系的一門科學(xué)。而生物既是環(huán)境的產(chǎn)物,又是環(huán)境的改造者。城鄉(xiāng)規(guī)劃、建筑設(shè)計都是一種環(huán)境設(shè)計,我們對生態(tài)原則在規(guī)劃中的運用這一問題也應(yīng)引起重視”。

生態(tài)(綠色)建筑的標(biāo)志與標(biāo)準是:在生理生態(tài)方面有廣泛的開敞性,采用無害、無污、可降解的建材,按生態(tài)經(jīng)濟開放式閉合循環(huán)的原理設(shè)計建筑,合理的主體綠化,利用清潔能源,應(yīng)富有生態(tài)文化及藝術(shù)的內(nèi)涵[3]。建筑師應(yīng)建立新的建筑觀,即可持續(xù)發(fā)展的建筑觀、生態(tài)建筑觀,在建筑設(shè)計的思想上樹立“遵循自然、回歸自然”的意向,尤其要考慮建筑與氣候、建筑與環(huán)境的相互關(guān)系,利用其有利因素,達到自然、社會、經(jīng)濟效益三者的統(tǒng)一。

2 生態(tài)建筑設(shè)計及技術(shù)

生態(tài)建筑設(shè)計主要表現(xiàn)為利用太陽能等可再生能源,注重自然通風(fēng),自然采光與遮陽,為改善小氣候采用多種綠化手段等,其主要設(shè)計思路為氣候控制:室外實際氣候條件—熱舒適環(huán)境=需要的氣候控制通過氣候分析,提出應(yīng)對策略,在建筑總體布局、單體及構(gòu)造設(shè)計上充分考慮利用太陽能、自然通風(fēng)、遮陽設(shè)計等措施,達到利用自然氣候、通過建筑的形式、窗戶的朝向、運用恰當(dāng)?shù)牟牧?使建筑在夏季自然通風(fēng)、冬季利用太陽能,以解決基本的熱舒適需求。

3 生態(tài)技術(shù)在建筑中的實踐

建筑的一個主要目的是改變微氣候,建造的目標(biāo)在于創(chuàng)造適合于人類生物舒適感受以及生存的環(huán)境,人類幾千年來依賴自然的能量資源和可以獲得的地方材料,結(jié)合個人的人類生物舒適感受需要,營造自己的住宅,并在此過程中學(xué)會適應(yīng)周圍的氣候條件,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)、新材料、新方法不斷地應(yīng)用到生態(tài)建筑設(shè)計的實踐中,通過改善建筑的通風(fēng),在屋頂進行綠化或設(shè)置水體,確定合適的建筑物朝向與體型,根據(jù)不同自然環(huán)境確定窗墻比,采用特種玻璃與遮陽板,對綠色照明、太陽能等潔凈能源的利用,創(chuàng)建節(jié)能建筑。

3.1 通風(fēng)

空氣流動增加了人體與周圍空氣的對流換熱量以及人體的汗液蒸發(fā)量,從而使人體在熱環(huán)境下的舒適感。我國南方地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向是東南季風(fēng)和西南季風(fēng),應(yīng)使建筑物朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向,當(dāng)建筑群成排布置時,宜與主導(dǎo)風(fēng)向成30~45°,并采用前后錯位、斜列、前低后高、前短后長、前疏后密等布局措施,使整個建筑群收益。采用敞開的樓梯間、底層架空等措施,以利于后排建筑物的通風(fēng)。在小區(qū)規(guī)劃時應(yīng)因地制宜利用和引導(dǎo)水陸風(fēng)、山谷風(fēng)、林原風(fēng)、街巷風(fēng)、天井風(fēng)、庭園風(fēng)等改善小區(qū)微氣候。

實驗研究表明,對夏季靜坐情況下,穿輕薄服裝的人們,在風(fēng)速1m/s、相對濕度50%時,即使室內(nèi)氣溫達29℃,人仍然感覺舒適。在風(fēng)速2m/s、相對濕度50%,舒適溫度可提高到30℃,風(fēng)速6m/s時,舒適溫度上升到34℃。

3.2 建筑物朝向與體型

不同氣候條件下,建筑的主要立面朝向不同,受太陽輻射的大小不同,應(yīng)盡量爭取南北朝向,避免東西朝向。

建筑物體型系數(shù)定義為建筑物外表面積F與其體積V之比,體積一定的建筑物若體型系數(shù)大則外表面積大,通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱就多,應(yīng)當(dāng)將體型系數(shù)控制在0.35以下,高層建筑采用較大體型系數(shù)時,應(yīng)增加外墻熱阻。寒冷地區(qū)出于防風(fēng)考慮,建筑物邊長比可取為1∶1,夏季干熱地區(qū)為了遮陽需要,建筑物邊長比可取為1∶2,夏季濕熱地區(qū)為了夏季通風(fēng)需要,建筑物邊長比可取為1∶3。

3.3 采用特種玻璃和遮陽板設(shè)施

透明的窗戶,太陽輻射可透過玻璃進入室內(nèi),使室內(nèi)溫度迅速升高,這是夏季室內(nèi)溫度過高的主要原因。采用吸熱玻璃、反射玻璃、遮光玻璃,與普通玻璃相比,可分別減少23%、30%和70%的日照得熱。增大屋檐、凹廊、窗戶側(cè)壁、陽臺以及專用遮陽板等遮陽措施,可直接遮擋夏季陽光輻射,遮陽板的設(shè)置與建筑物朝向等因素有關(guān),水平式適用于南向窗口,垂直式適用于北向窗口,綜合式適合于東南和西南向窗口,擋板式適用于東西向窗口;同時遮陽板又可成為建筑立面的一個構(gòu)成元素,豐富建筑物的立面造型。

3.4 重視圍護結(jié)構(gòu)的隔熱性能

與發(fā)達國家相比,我國的外墻、屋頂單位面積能耗為他們的3~5倍,應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)較小的材料;外墻表面采用淺色設(shè)計以反射太陽輻射,為減少屋頂溫度,可在屋頂采用植被覆蓋、蓄水、通風(fēng)等措施,在古巴比倫就連普通的住宅中有屋頂鋪設(shè)泥土種植花草的習(xí)慣,甚至還有完備的灌溉系統(tǒng),顯示出了古巴比倫人在工程技術(shù)和園藝水平的進步。利用種植棚架構(gòu)成屋頂花園,其優(yōu)越性在于:土壤是良好的絕熱體,植被可以遮蔭,減少屋頂吸收的太陽輻射熱量,植被的蒸發(fā)作用可以降溫,屋頂花園可以利用雨水,調(diào)節(jié)雨水的排放量。據(jù)德國《住宅綠化》研究,一般只有30%的雨水通過屋頂花園排水系統(tǒng)排出,截流的雨水將在雨后的時間內(nèi),儲存在屋頂上,并且逐漸地通過蒸發(fā)作用擴散到大氣中。但屋頂花園需要進行相關(guān)的荷載設(shè)計,以保證結(jié)構(gòu)的安全,另外還要進行放水層設(shè)計,無疑增加了建筑造價。

設(shè)計師佐佐木葉二先生以“空中之林”為概念,以細膩的手法在市中心鐵路車場遺址上創(chuàng)造的崎玉新都心櫸樹廣場,以“人與自然共生”等語言,使身在都市的人們時刻都能感受到自然。“櫸樹廣場是以‘空中之林’為主題的城市廣場,面積約1公頃,是距地面7m的屋頂花園。作為崎玉新都心中央樞紐的空中廣場栽植220棵6m×6m呈網(wǎng)格排列的櫸樹。

墻體采用中空結(jié)構(gòu),如墻壁厚度可取為400mm,由兩層150mm厚的墻中間夾著一層100mm厚的聚氨酯泡沫塑料隔熱層構(gòu)成。

馬來西亞建筑師楊經(jīng)文在吉隆坡IBM大廈設(shè)計中,采用“兩層皮”構(gòu)造的外墻,形成復(fù)合空間的空氣夾層,在保溫隔熱的同時,利用夾墻的煙囪效應(yīng)加強自然通風(fēng)。

3.5 綠化與水體華南理工大學(xué)亞熱帶研究室曾對夏天陽光下不同地面的溫度進行實測,結(jié)果表明,綠化相對于硬鋪砌可取得表面降溫6℃的效果,若配以各種水景,如噴泉、水渠、跌水、水池等,利用下風(fēng)向致涼,大面積的水面在蒸發(fā)過程中可以帶走大量的熱量,在夏季位于水面下風(fēng)向的建筑,可進一步改善微氣候。在高差較大的地方置以跌水、瀑布,因地制宜,既增加了園林的靈動,又帶動了空氣流動。

在建筑物的南側(cè)廣植綠化、減少硬地,在夏季可以有效調(diào)節(jié)熱輻射,減少日照反射對建筑的影響。瑞士再保險公司新辦公樓在慕尼黑近郊工業(yè)園落成,其內(nèi)部花園建在地下停車場上方,包圍著兩層主體建筑,中心是開闊的水園,其上是架空的6個獨立辦公建筑,植物由支架支撐盤旋在空中,穿插于建筑之間,把建筑聚為一體。中心庭園不同深淺的水景用四色不同的玻璃馬賽克拼貼,形式與環(huán)繞建筑的四色花園相呼應(yīng),結(jié)構(gòu)清晰,空間組合精巧而舒適。在建筑的立面上,建筑設(shè)計師與景觀設(shè)計師合作,大膽地在辦公樓四周,架起了高17m的“綠色幕墻”,獨特的設(shè)計是由植物與鋼架、鋼網(wǎng)所組成。鋼架支撐鋼網(wǎng),綠色植物綠色攀緣其上,形成一層綠色屏障,帷幕把建筑包裹在其中,隔離嘈雜的外環(huán)境,建筑內(nèi)院形成相對封閉的安靜空間。景觀設(shè)計師選擇了那些便于養(yǎng)護并耐修剪的植物材料,如紫藤、野葡萄等,形成“綠色帷幕”后,設(shè)計師又結(jié)合建筑的具體情況,對“綠幕”進行修剪,“開出不同形式的‘綠窗’,使工作人員能領(lǐng)略窗外的美景。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優(yōu)點都是傳統(tǒng)建筑無法比擬的。以上內(nèi)容就是“裝配式建筑工程知識分享：生態(tài)技術(shù)在建筑中的實踐”，更多精彩內(nèi)容可繼續(xù)關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校!點擊下方免費下載，可領(lǐng)取裝配式精華考點/課程講義。