通过实例对生态住宅设计探讨.doc

1、通过实例对低技术生态住宅设计探讨摘要：通过对3个国外单体生态住宅建筑的分析，探讨对于生态住宅建筑设计的方法以及生态住宅在太阳能利用未来发展的趋势。关键词：低技术生态住宅 太阳能 随着经济的迅猛发展,以及人们环保意识的提高,住区环境质量越来越受到更多人的重视。住区内的空气质量、室内的空气品质、噪声水平以及交通状况都是人们购房时所要考虑的问题，而从建筑本身而言，住宅建筑的合理设计也是影响住宅内生活品质的重要方面，下文就从独立住宅的设计来探讨下生态住宅的设计。 1、生态住宅的概念和发展所谓生态住宅,是根据当地的自然环境,运用生态学、建筑学的基本原理及现代科学手段,合理安排并组织住宅建筑与其他相关因素

2、之间的关系,使住宅和环境等成为一个有机的结合体。生态住宅以可持续发展的思想为指导,意在寻求自然、建筑和人三者之间的和谐统一,即在“以人为本”的基础上,利用自然条件和人工手段来创造一个有利于人们舒适、健康的生活环境,同时又要控制对于自然资源的使用,因此生态住宅的特征包括以下几个方面：1）追求舒适和健康是生态住宅的基础生态住宅首先要满足的是人体的舒适性,例如适宜的温度、湿度,以满足人体热舒适。此外还应有益于人的身心健康,如有充足的日照以实现杀菌消毒,有良好的通风以获得高品质的新鲜空气,以及无辐射无污染的室内装饰材料等。在心理方面,生态住宅既要保证家庭生活所需要的安全性、私密性,又要满足邻里交往、人

3、与自然交往等要求。2）追求高效是生态住宅的核心内容所谓高效,是指尽可能最大限度地利用资源和能源,特别是不可再生的资源和能源，也就是在保证住宅内舒适性的前提下，尽量少利用或者不用其他能源。3）追求美观是生态住宅与大自然相和谐的完美境界生态住宅与大自然相和谐不仅体现在能量、物质方面,同时也体现在精神境界方面,包括生态住宅与自然景观相融合,与社会文化相融合。生态住宅立足于节约能源和保护环境,所关注的不仅包括节约不可再生能源和利用可再生洁净能源,还涉及节约资源(建材、水) 、减少废弃物污染(空气污染、水污染) 以及材料的可降解和循环使用等。2、生态住宅的实例分析生态住宅的设计是要根据所处的环境和气候，

4、以及具体的条件来进行设计，而其中最核心、最有生命力的不是某种固定的结论或方法,而是这种思想所蕴涵的设计原则,它包括:1) 生态化。生态住宅首先要遵循的当然是生态化原则,即节约能源、资源,无害化、无污染、可循环。2) 树立“以人为本”的指导思想。人是社会的主体,追求高效节约不能以降低生活质量,牺牲人的健康和舒适性为代价。3) 因地制宜。生态住宅非常强调的一点是要因地制宜,绝不能照搬盲从。4) 整体设计。住宅设计应强调“整体设计”思想,结合气候、文化、经济等诸多因素进行综合分析,切勿盲目照搬所谓的先进生态技术,也不能仅仅着眼于一个局部而不顾整体。例如热带地区使用保温材料和热墙体就毫无意义。对于寒冷

5、地区,如果窗户的热性能很差,用再昂贵的墙体保温材料也达不到节能的效果(热量通过窗户迅速散失) 。在经济拮据的情况下,将有限的保温材料安置在关键部位(而不是均匀分布) 会起到事半功倍的效果。而对于有些类型的建筑(如内部发热量大的商场或实验室) ,没有保温材料反而会更利于节能(利于降低空调能耗) 。由此可见,整体设计的优劣将直接影响生态住宅的性能及成本。以下从建筑设计因素的角度出发，以国外几个生态住宅的设计实例来分析生态住宅的设计理论和设计方法。2.1杨经文和他的roof-roof houseThe roof-roof house是杨经文1984年为自己设计的住宅，建筑位于郊区的码头工人附近一个橡

6、胶种植园，马拉西亚吉隆坡位于低纬度地区，盛行南风和东南风，强烈的太阳辐射是最不利的影响因素。在设计中，杨经文把建筑对气候的适应作为一种设计的文化，游泳池、设有遮阳格片的屋顶、可控制的门窗、室内通风井和屋顶的通风器等所有这些都是专门针对当地的气候而设置的，所有这些起到很好的节能作用并形成了建筑自身的特色。1、建筑朝向及主导风向建筑南北向布置，在建筑平面布局中，一方面将起居室、餐厅、和家庭活动室布置在北侧，避免这些区域因为白天的太阳直射而导致过热；另一方面，也可以最大程度的利用南向和东南向的主导风。这些都是平面设计时最主要的考虑因素（如图1、2）。图1图22、游泳池的温度调节作用（如图3、4）为了

7、加强自然通风的作用，在建筑的东南侧的阴凉处布置了一个游泳池，游泳池可以起到一个温度调节器的作用。在夏季下午，由于游泳池的水升温慢，主导风先经过游泳池的降温作用再进入室内；而如果是在寒冷的夜晚，由于水失热慢，风经过游泳池的升温作用再进入室内。3、穿堂风的运用图3图4为了进一步运用穿堂风，建筑进行了特殊的设计。例如在首层的入口大厅的走廊的尽端设有装有百叶的通风装置能有效的组织穿堂风。另外在联系起居大厅和阳台屋顶的玻璃门，可以通过玻璃门的开关，使穿堂风在整个建筑中加强（如图3、4）。二层的家庭活动室和一层的家庭活动室有通风井联系，最后通过屋顶的通风器来组织通风。这样就可以保证空间的连续性，形成通风廊

8、道能迅速带走热量，并能带来更多新鲜的空气。4、屋顶在本建筑中最有趣的是在建筑的屋顶设置了类似于遮阳百叶的遮阳格片起到了光线过滤器的作用。，在炎热的中午，格片起到有效的遮阳作用减少了屋顶的受热，而在早上和傍晚的时候光线可以进入室内，充分的运用自然采光。此外，通过可移动的玻璃隔板和面板可以避免阳光的直射，导致室内产生温室效应，另外通过这些构件还能有利于通风和控制风量（如图5、6）。图5图62.2雷根斯堡住宅该项目位于德国的雷根斯堡。雷根斯堡气候属海洋性，雨量充沛。7月最热，12月最冷；一般年份最热时32.5，最冷时零下20.5，气候温和。在温度分区上属于寒冷地区。建筑热工方面主要考虑的是冬季采暖，

9、适当兼顾夏季防热。1、平面布置与温度分区整个平面布局被分成若干平行区域，入口设计在建筑的北面，在建筑的内部安排了辅助空间和服务设施，接下来是南面的主要空间，然后是面向花园的温室（如图7、8）。整个布局遵循了温度分区的原则，将对温度要求高的起居室，卧室放在中间，北侧对温度要求低的卫生间和厨房较为封闭冬季起到绝热作用，南侧的温室在夏季则成为主要空间的温度缓冲区。图7图82、太阳能的利用 建筑采用了附加日光间系统来利用太阳能采暖，是被动式太阳能设计的成功案例也是本方案中最典型的特点。在建筑南侧的温室相当于阳光间对住宅起到气候缓冲区的作用以调节建筑的微气候。1）冬季白天（如图9）太阳辐射通过玻璃顶棚使

10、温室内部迅速升温，热量一部分被温室底部的砾石储存起来，另一部分形成温暖的上升气流，加热上部的空间，改善室内舒适条件。2）冬季夜晚（如图10）砾石内除存的热量开始缓慢释放，保持室内空间温度顶棚的双层玻璃以及遮盖物能有效的防止热量散失。图9图103）夏季白天（如图11）建筑底部和顶部的通风口开启。温室的空气上升，从顶部的通风口排出，带走多余热量形成拔风，从水面和北面吹入的凉风有效改善室内热环境。同时，遮阳帘放下，阻挡过多的日光辐射。4）夏季夜晚（如图12）进风口和排风口之间的高差使建筑有良好的通风，带来舒适的热环境图11图123、植物（如图13）树是整个设计概念的一个组合部分，起到了遮阳系统的作用

11、。在夏季，它们为建筑提供了阴凉。冬季，落叶的树木不会阻挡建筑获得阳光。植物作为自然的可变调节器被组织到建筑中去。图134、其他 屋顶不透光的部分有锌钛板覆盖，在有玻璃的区域，用单层加厚玻璃。地板下设有20cm的绝缘层，以便于地下供暖系统的设置（如图14、15）。图14图152.3帕雷克住宅帕雷克住宅最大的特点是设置了两个不同的相互并置的剖面，分别适应不同的气候条件，放置在连续的住宅空间里。住宅呈东西向布置，南北向较长，所以长轴向的东西立面将吸收大量的热量。为解决这个问题在平面中设置了3个平行开间，夏季剖面夹在东面的冬季剖面和西面的服务区开间之间（如图16、17）。图16图171）夏季剖面（如图

12、18）创造出金字塔形的内部空间，使之与天空隔离开来，只有少量的热量侵入，避免夏季的热量进入，适应夏季午后；图182）冬季剖面（如图19）相反，一个倒过来的金字塔剖面形式，即建筑形体像天空开放，适应寒冷季节和夏季夜晚；图19砖承重墙支撑混凝土楼板，屋顶上整个儿覆盖遮阳棚架（如图20、21）。 图20图213、生态住宅实例中的设计方法总结3.1对基地条件的运用充分利用建筑基地本身的特色，利用基地自身的有利条件来满足建筑设计中功能的要求是生态建筑最大的特点。建筑本身是非自然存在，是人类了为了满足生存的需求而后天创造的，在尽可能少的去破坏原有的基地条件，最好的方法就是让建筑去适应基地环境，让基地环境成

13、为建筑的一部分，充分发挥基地的优势为建筑服务，不仅能不破坏环境同时也能满足建筑本身节能和美观的要求。由此可见在生态建筑设计的初期，要对基地的自然环境和地形地貌进行充分的了解和调查才能发挥基地自身的优势和条件。1、根据基地的常年主导风向和日照条件，选择合适的住宅朝向和合理的通风设计。2、根据基地的地形条件等选择合适的基地遮阳，包括绿化遮阳、建筑自遮阳以及地貌遮阳等。在杨经文的roof-roof house的设计中，由于地处炎热地区要充分的利用自然通风，建筑南北向布置就是为了能有效利用来至南部和东南部的主导风向，以便于后面对通风的利用。而雷根斯堡住宅的外部环境最丰富也是保护的最完好的，由于本身建筑

14、位于树林之中，且有一条小溪流过。建筑布置时以保护树木为虑，建筑处于树木的遮蔽下起到遮阳的作用。3.2建筑对气候的适应性气候条件是本身存在且非人力所能控制的，在建中设计中要创造舒适健康的生活条件就必须要让建筑像人一样去适应当地的气候条件，让建筑具有生命力。在进行平面或剖面上的功能配置时，除考虑空间的使用功能外，也对其热产生或热需要进行分析，尽可能集中配置。1、建筑空间的设计建筑的能源需求，包括建筑不同功能空间的对光线和热量的需求，另外建筑的温度要控制在一定的舒适度范围内，就要控制建筑不同功能空间的得热。1）建筑平面的设计雷根斯堡住宅的平面布置中，根据的原则，将对温度要求高的起居室，卧室放在中间，

15、北侧对温度要求低的卫生间和厨房较为封闭冬季起到绝热作用，南侧的温室在夏季则成为主要空间的温度缓冲区。温度分区的原则可以广泛运用与住宅建筑的设计之中，让对不同温度需求的建筑空间合理布置各得其所，而roof-roof house得平面设计中，由于地处亚热带炎热气候区，为了给主要活动空间提供舒适性，而将起居室和餐厅等放置在北侧。而帕雷克住宅中，交通空间位于东侧，活动空间在中间，生活空间位于西侧也是如此。2）建筑剖面的设计帕雷克住宅中，可变剖面对不同气候条件的适应，冬季剖面和夏季剖面，是让建筑具有了生命力的象征。而在roof-roof house的剖面设计中通过通风井和可控的玻璃门，以及入口的通风百叶

16、设计在建筑内部形成一条通风通道满足了建筑对通风的设计。雷根斯堡住宅的剖面设计中，结合南侧温室花园对太阳能的利用和通风的完美结合，通过可开启的通风口设计满足夏季隔热的要求，而温室花园与生活空间之间的可活动式隔断可以充分适应冬季的采暖需求。2、自然通风的设计不消耗能源而取得令人满意的通风效果，是低技术生态住宅的特点之一，但这需要外部气候条件的配合和精心合理的建筑设计来实现，对于建筑的通风设计，可参考如下一些观点：1、对建筑自然通风以及供暖和降温问题的考虑应该从用地分析和总图设计时开始。植物，特别时高大的乔木能够提供遮阴和自然的蒸发降温；水池、喷泉、瀑布等既是园林景观小品，也对用地的微气候环境调节起

17、到重要的作用。2、建筑的布局应根据风玫瑰来考虑，使建筑的排列和朝向利于自然通风。在进行平面或剖面上的功能配置时，除考虑空间的使用功能外，也对其热产生或热需要进行分析，尽可能集中配置。使用空调的空间尤其要注意其热绝缘性能。3、建筑平面进深不宜过大，这样有利于穿堂风的形成。一般情况下平面进深不超过楼层净高的5倍，可取得较好的通风效果。4、尽量使用可开启的窗户，但这些窗户的位置应该经过调配。因为并不是窗户一打开就能取得很好的通风效果。5、在可能的条件小，应充分利用水面、植物来降温。进风口附近如果有水面，在夏季其降温效果是显著的。其他如太阳能烟囱、风塔等装置也有助于提高通风量和通风效率。在气候炎热的地

18、方，进风口尽量配置在建筑较冷的一侧（通常是遮阴的北侧）3、遮阳的设计建筑遮阳是控制建筑过量得热的最有效和最简单的方法，处于炎热气候区的roof-roof house和帕雷克住宅对遮阳的要求更高。两者都在屋顶设置了遮阳装置，可以减少建筑在夏季的得热，为建筑创造舒适的环境。在roof-roof house中设置可活动式的玻璃隔板和面板也是起到遮阳的作用。雷根斯堡住宅处于寒冷地区，要考虑夏季的遮阳和冬季的受热，而利用植物达到这种效果是建筑设计中的很好的方法。4、植物和水的运用恰当的绿化是改善城市和建筑微气候环境的有效生态因素。因此在绿色建筑设计中，应充分利用植物这一因素。建筑周围的绿化在夏季可以有效

19、降低地表温度，从而为室内的自然通风提供可能；浓荫还可以代替遮阳板起到防止太阳热辐射的作用；植被可以吸收二氧化碳而提高空气中的氧含量，是室内空气质量的最佳保证。一般来讲，建筑的绿化可以分为周边环境绿化、墙面绿化、室内绿化、屋顶绿化等几类。水是另一个重要的生态元素。绿色建筑设计所关心的除了尽可能地节约水资源外，就是如何充分利用水这种自然资源来达到改善环境、降低能耗的目的，例如在roof-roof house中利用游泳池的水起到温度调节器的作用。3.3对可再生能源的利用在雷根斯堡住宅中利用南侧的花园温室和玻璃屋顶，作为附加阳光间，利用温室内的砾石蓄热可以进一步的利用太阳能为建筑提供热量，减少对辅助热

20、源的需求。4、可再生资源的利用在上面的实例中，都是从建筑设计的角度出发来进行建筑的生态化的设计，在现在的建筑中可以运用已成熟的建筑技术手段来满足建筑的能源需求。生态建筑的特点就是对于能量的使用，一方面通过合理的建筑设计减少建筑本身的能量损失和对外界能量的需求，但是为了满足使用的舒适性和健康的要求在某些极端气候条件下，如炎热的夏季和寒冷的冬季。因此通过对可再生能源的使用来减少对高品位能源的依赖和使用，成为生态建筑未来发展的趋势。而在众多的可再生能源的使用中，太阳能是现在使用最广和技术最成熟的，像风能、地热能、生物质能也有很多成功的案例。随着太阳能利用技术的推广，商业化程度也越来越高，太阳能利用的

21、产品也越来越多且效率得到了很大的提高，这对于在建筑中的运用并为实现太阳能建筑一体化提供了条件。4.1太阳能热水技术在住宅中的应用图22图23在于建筑实现一体化结合的主要分体式太阳能热水器的运用，分体式太阳能热水器是一种可直接进入多层或高层建筑中各家住户的新型产品，其集热器与储热水箱分离，可直接悬挂在南墙或南向阳台的外侧；储热水箱可置于室内、自家阳台顶部或阁楼中。由于分体式热水器暴露在外面的只有集热器或集热管，这样，集热器就有可能与建筑结合设计，将其放在坡屋面上、墙面上、阳台上，或作为雨罩、遮阳板等放在建筑适当的部位，布置形式十分灵活，如同建筑的其他构件一样，与建筑整合设计，从而达到与建筑整体的

22、完美结合（如图22、23）。1、坡屋面顺坡分体式太阳能热水器顺坡式这种结合方式比较简单，一般可分两种情况来说：一种情况是在建筑设计时没有考虑将来安装分体式太阳能热水系统，在房屋建造好之后，由太阳能生产厂家单独进行设计与安装，这种情况有一些弊端，比如管道的安装需要在房屋原有维护构件上进行改造，可能会导致保温与防水等问题。而且热水系统的后期维修也比较麻烦。另一种情况是建筑设计时考虑到将来安装分体式太阳能热水系统的情况，预留孔洞，以便热水系统安装人员安装，可以避免前一种情况存在的弊端，但要求建筑师更全面的了解后期太阳能热水系统的安装情况，以便更合理的作建筑设计（如图24、25）。图24图252、坡屋

23、面天窗式分体太阳能热水器针对别墅或复式结构，其南面或西南面坡顶上有天窗的住宅，或带有点斜度的平顶天窗的住户，可把集热器安装在天窗的上面，既是天窗又是太阳能热水器，水箱可放在室内任何地方，由小功率水泵强制循环，带微电脑智能控制器。安装完毕，看起来还是天窗，阳光透过集热管空隙射入室内，天窗玻璃下面还有可遮光的百叶，既实用又气派。这种构造成为很多别墅建筑对太阳能热水器使用的最要方式（如图26、27）。图26图274.2太阳能光电技术在住宅中的应用太阳能光电技术在住宅建筑中的运用也是未来的一个发展方向，利用太阳能发电不仅可以满足建筑自身电器使用的用电需求，还可以将多余的电进行并网。光伏与建筑结合的进一

24、步目标是将光伏器件与建筑材料集成化。若能将屋顶及向阳的外墙甚至窗户材料都用光伏器件来代替，则既能作为建材又能发电，可谓一举两得。当然，对光伏器件来说，同时还应具备建材所要求的绝热保温、电器绝缘、防水防潮，与建筑材料有相同的机械替代部分建材，则可进一步降低光伏发电的成本，有利于推广应用，所以存在着十分巨大的潜在市场。将太阳电池与建筑屋顶、墙壁和窗户相结合（如图28、29），可以充分利用太阳能发电，出现了所谓“太阳电池瓦”、“太阳电池幕墙”、“太阳电池窗户”和“太阳电池遮阳篷”等新型建筑材料和构件，深受建筑界、太阳能界和环境保护界人士的普遍关注。图28图29总之，低技术生态住宅建筑的设计不仅要满足使用的需求，另一方面就是要实现对其他的能源的消耗，实现建筑的自我供给能力。因此，加强对可再生能源的利用来满足建筑的能源需求，是未来建筑发展的趋势之一。参考文献：1、生态住宅及其发展趋势 鲍鹏玲杨锦伟2、生态建筑节能技术及案例分析 高建岭 王晓纯等 中国电力出版社3、太阳能建筑设计 王崇杰 薛一冰 等编著 中国建筑工业出版社4、生态住宅的设计与开发 王善明5、北欧的生态住宅 刘仲华6、高技术生态技术 李华东等 天津大学出版社 7、查尔斯柯里亚 汪芳 编著 中国建筑工业出版社8、托马斯赫尔佐格的作品与思想 中国电力出版社9、杨经文 吴向阳 中国建筑工业出版社第 9 页 共10 页