高技术生态建筑.docx

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高技术生态建筑

  高技术生态建筑

高技术建筑使建筑中理性和科学的代表。

在上个世纪50年代中，其注意力主要集中在高新技术的采用与构件的装配化、标准化方面；70年代则强调和表现工业技术；90年代开始蜕变，其方向使生态化。

高技术建筑的生态化使建筑对当今世界生态危机积极、主动的反应，使建筑未来的主要发展方向之一。

    在历史上，没有任何一个世纪比21世纪人类面临的环境威胁更为严峻：

温室效应仍在持续加剧，大自然的能源循环体系以被破坏，夏天变得更热，而某些地方的冬天将变得更冷，降雨模式也将改变，干旱和洪水市场威胁着人们的生存。

海平面在上升，大规模的污染在灭绝着某些生物种类的同时也在危及人类自身的安全。

臭氧层破坏、酸雨、土壤衰竭、温室效应等已往的专业用于现在日渐为普通人所知。

全球有限的自然资源正日趋枯竭，石油、煤炭等不可再生的资源行将耗尽。

对这些资源的争夺已经而且确信还将导致纷争和战火。

虽然现在谈论地球的生态机制将突然崩溃似乎有些危言耸听，但毫无疑问，21世纪，人类和环境的关系已进入了一个危机四伏的阶段。

    20世纪的城市基本上建设在功能基础之上，技术的进步和文明的发展使人们聚集倒城市中。

整个世界都相信经济主导的社会，由经济利益驱使而去建设。

在“能源廉价”的时代，人民肆无忌惮地使用我们这个星球上的不可再上的石油、煤炭等能源，同时向大自然排放有害的“副产品“，人类甚至制造了以前自然界从未有过的物质。

经济的发展是建立在生态的破坏之上的，因而是不可发展的，结果就是可使用的资源越来越少，生态平衡正被破坏。

所幸的是，人类现在已感到了这些威胁，并开始积极努力地应对这一挑战。

    比起其他所有的人工产品来，建筑应对自然资源地消耗和环境污染负更多地责任。

研究表明，建设活动消耗了最多的能源和自然资源。

因此，有必要全面地、目光长远地认真审视我们为建设我们的生活环境而付出的代价。

在这样的背景下，可持续发展建筑（生态建筑、绿色建筑）日益得到人们的重视，并试图通过对建筑这一主要的环境问题制造者的改变来维护并改善我们生活的环境。

一个真正富裕的社会不应该依靠超过大自然承受能力的高度生产和消费。

人们必须寻求一种舒适生活和环境保护互相促进的共存互利的关系。

    然而，正如Martin Pawley观察到的，这些年在生态方面的努力和进步并未造成生活方式的巨大变化，并且至少在建筑领域，并没有设计上的革命。

 为了系统的主要成员之一，简。

开普里奇就认为，现在仍然没有真正意义上的绿色建筑，而且，现行的社会思维、法律制度、设计规范、建筑教育中“绿色建筑“的影响仍未普遍，“绿色建筑”甚至在某些著名建筑院校里仍然只被看做和当年的“解构主义”等类同的“一种时尚”。

   具体到中国，在建筑设计过程中真正进行了生态考虑的建筑仍然很少，人民还为建筑形式的追求和探索精疲力竭。

其中的原因是多方面的。

柯布西埃在晚年讲过一句不太被重视的话：

自然是对的，而建筑师错了（The nature is right，the architect is wrong）。

这句话从某种意义上讲也有一定的错误，因为建筑设计并不仅仅是建筑师的事，而是一个牵涉到社会方方面面的活动，任何一座建筑的出现都是多种因素错综复杂地共同作用地结果。

另一方面，建筑设计中地绿色或者说生态元素并不像玩弄主义那么简单，这就牵涉到建筑知识以外地物理、化学、工程学等大量地细节问题。

建筑师在这些方面地只是缺乏以及经验丰富并且态度积极的有关工程师的配合的不足都导致可持续发展建筑仍然只是一种空泛的口号，更不用提决策者、投资方甚至连“生态保护”这样的考虑都没有的情况。

作为一个例子，某些房地产项目的广告上，“生态保护”被作为耀眼的“概念”和销售的“亮点”，而实质内容不顾失大面积的草坪和大量的树木种植。

非常低的建筑密度而已。

如果社区建成后真的和广告所说的一样（中国的消费者也许知道，很多地产广告总是做得比实际要好），从生态角度来讲，这样的社区以其大面积的土地浪费、草坪植被的养护所需要的水资源消耗及化学药品污染反而回增加环境的负担。

这个例子也许只是个别的，但管中窥豹我们社会中对于生态建筑和可持续发展的真正涵义和技术层面上理解的贫乏，仍然可见一斑。

    然而，建筑师绝不应该以建筑设计活动的复杂性为借口来逃避自己在生态保护方面所应负起的主导性责任。

由于科技应用水平的提高以及改造生态环境的迫切，生态建筑将成为我国新一轮城市和建筑设计的主题。

建筑师或其他建筑相关工作者有责任首先在自己的思想意识中树立起生态的概念，并积极的了解和学习将生态的概念转化为实际建筑的方法，锻炼自己着眼于建筑的综合环境和气候因素并将其转行为高品质的空间、高舒适度的环境和完美形式的能力 。

   对建筑师而言，具体的专业知识，如关于能耗的计算、通风/光照效果的设计等并不需要也很难有非常精深的掌握。

然而了解一些基本的技巧和要点对促进我们将生态意识转化为建筑的实体是非常必要的。

本书就是基于这样的观点，用建筑实例来讲述建筑设计中的诸多方面，从设计前的环境影响评估到设计中的总图布局考虑、内部空间和流线设计、建筑材料的选择以及建筑的通风、自然光照、外墙系统、供暖/降温设计、植物绿化等到建设过程中的施工能耗节减、建筑垃圾管理以及建成后的建筑运营管理、室内空气环境质量控制等等，以期能给建筑师或其他相关工作者一个基本的概念，并强化建筑师们对生态问题的敏感性和责任感。

    事实上，生态建筑并不是新近发明的新鲜概念。

人类和自然的关系贯穿了整个建筑的历史，而只是今天我们面临的环境问题使得这一方面更为紧迫。

古希腊人在他们的庙宇周围设置柱廊来纳凉并制造空气的对流；阿拉伯人在房屋上设置斗形风口，将气流汇集到室内；著名的罗马万神庙利用产生“烟囱效应”的气压原理在穹隆上方形成低气压，通过外墙上的门洞将新鲜空气吸引到室内来。

尊重自然是中国建筑最基本的传统之一，而现在是返回原来的出发点去加深我们对于环境的理解，并改正我们对地球生态环境的错误做法的时候了。

---------摘自<高技术生态建筑

自然通风技术在生态建筑中的应用研究

摘要以在建的生态建筑示范楼为对象，对自然通风技术在生态建筑中的应用进行了分析。

通过数值模拟，计算了在设置排风烟囱时不同的烟囱高度对自然通风的影响以及比较了改烟囱为屋顶大面积排风口后不同的自然通风效果。

通过分析得出，与设置专门排风烟囱以加强自然通风的做法相比，采取保证生态建筑足够的排风口面积和开窗面积能够对加强自然通风起到更加明显的效果。

关键字生态建筑；自然通风；数值模拟

1引言

    上海经过10年的高速发展，人均GDP已达4500美元。

人民居住水平亦有了显著的改善。

到2001年上海人均居住面积已达12.4平方米，比十年前增加了85％，较成功地解决了住房困难问题。

随着人民群众对生活质量需求的不断提高，城市建设面临生态转型。

上海市政府已规划用5个3年的时间实现生态城市的建设目标。

在此背景下，近年来生态建筑方面的研究逐渐得到了各方面的重视。

    近十年来，不少发达国家根据各自的特点，已在生态建筑方面进行了不少的研究和实践，提出了很多建设生态建筑的技术措施。

由于采用自然通风不仅可以改善室内空气品质、提高环境舒适性，而且可以缩短空调系统的运行时间，减少空调能耗，所以在已建设成的生态建筑中，人们对自然通风的应用已经做了很多尝试。

但是自然通风技术往往也和生态建筑所在地的气候、建筑形状等息息相关。

本文将结合上海市建筑科学研究院有限公司在莘庄建设的生态建筑示范楼，对自然通风在该生态建筑中的应用进行分析。

2研究对象和主要问题

    本文所分析的在建生态建筑示范楼总建筑面积约2000平方米，为一座南面二层半、北面三层的斜屋面建筑，内部主要为办公房间，其中建筑东半部和西半部各有一个中庭。

设计之初，参考了国外一些已建成的生态建筑组织自然通风的设计方法，初步方案为在将建的生态建筑的北屋顶设置5个排风烟囱（如图1），希望通过这些烟囱对自然通风起到明显的强化作用。

    但是设计之初我们对这些烟囱是否必要；如果必要，需要设计多高；对自然通风能起到多大的强化作用并不清楚；为此，下面本文将主要针对这些问题进行分析。

3主要分析方法及主要结果

    自然通风的推动力有风压和热压，已经通过分析发现，在当地的室外主导风向下，通过风压作用，本生态建筑能达到比较好的自然通风效果。

本文主要对热压作用下的自然通风进行考虑。

    在下面的分析中，考虑室内温度30℃（作为自然通风条件下人体维持舒适条件可以接受的最高温度），室外温度28℃，以室内外2℃温差时造成的热压作为自然通风的推动力。

利用区域模型（zonemodel）和流体网络理论，分别对两种情况下整个生态楼各房间的自然通风情况进行模拟分析：

不同的烟囱高度对自然通风的影响；将烟囱改为大面积的排风口，比较两者的自然通风效果。

3.1不同烟囱高度对通风的影响

    考虑生态建筑外窗有效通风面积1.7m2，内窗有效通风面积1m2，所有内、外窗全开。

生态建筑设计5个自然通风用的烟囱，每个烟囱的断面尺寸0.64m2，生态建筑典型区域在烟囱高度分别设计为0米、5米、10米时不同的自然通风效果如表1。

可以看出，和排风烟囱的设计初衷相反，设计5个高出屋顶的排风烟囱对强化自然通风的效果并不明显。

即使设计5个高出屋顶10米的烟囱，东、西中庭和一层的演示室、104等典型房间的自然通风量仅比烟囱高度为0米时（即只在屋顶开同样断面积的5个排风口）多5％左右。

    这主要是因为屋顶本身高度有近17米，设计高出屋顶10米的烟囱并不能成倍地增加空气热压，同时流量只近似和热压的0.5次方成正比关系，所以即使设计很高的烟囱也并不能对自然通风起明显的强化作用。

    最后，表1中随着烟囱高度的增加，第二层房间（203）和第三层房间（304）的自然通风效果反而恶化，主要是原来整个建筑自然通风的中和面在第二层房间的窗户以下，随着烟囱高度的增加，中和面上升导致二、三层房间的通风效果反而恶化。

3.2不同的屋顶排风口面积对自然通风的影响

    生态建筑外窗有效通风面积1.7m2，内窗有效通风面积1m2，所有内、外窗全开的条件不变，取消初始设计中高出屋顶的5个0.64m2排风烟囱，但增大屋顶的排风口面积，在北屋顶设计一条长34米，宽0.5米，断面积为17平方米的大面积排风口。

同样设定室外28℃，室内30℃时生态建筑各典型区域的自然通风效果和前面设计5个5米高的烟囱时相比的结果如表2。

  从表2可以看出，在屋顶设计大面积排风口后，生态楼的自然通风效果与原来设计5米高的排风烟囱时相比有了非常大的提高。

例如东中庭的自然通风量增大了近25％，而西中庭的自然通风量增大了近60％。

3.3主要结果

    从上面的分析可以得出如下结论：

在强化生态建筑自然通风的效果上，用增大自然通风各通风口有效通风面积的方法要比设计烟囱或者增加烟囱高度等方法好得多。

为此，在将建的生态建筑中，对原设计进行了修改，取消了初始设计中的5个排风烟囱，而在北面屋顶设计了一个17平方米的大面积排风口以强化自然通风。

修改后最后的建筑如图2所示。

    最后，利用区域模型（zonemodel）和流体网络理论，同样可以对建筑的内、外窗应该设计多大合适；办公室外窗的开、关将对本建筑最重要的区域东、西中庭的自然通风效果产生多大影响等问题做类似的分析，在此不再做进一步讨论。

4结论

    通过对在建的生态建筑示范楼自然通风效果的分析，得出在生态建筑中照搬国外某些生态建筑的模样，通过设计专门排风烟囱以加强自然通风的做法并不可取，而保证生态建筑自然通风流向上足够的有效通风面积对强化自然通风更加有利。

——————摘自中国建筑能源网

现代自然通风的建筑形式的实例的浅析

诺曼"福斯特的新德国议会大厦的修复工程充分利用了自然光和自然通风，并结合共生和热能再生系统，以最低的费用、最少的能耗获得最大的收益。

议会大厦的圆穹顶是自然采光和自然通风的节能策略之关键。

圆穹顶的核心是一个圆锥形。

圆顶将上层较热的空气抽出，同时，轴向风扇和热交换器从废气中获得循环的能量。

新鲜空气由室外从西门廊的顶部进入，以低速风的形式穿过整个会议厅，在大厅中缓缓上升，在浮力和抽风机作用下逸出穹顶上的开口。

清华大学伍舜德楼，在其南侧又设一边庭，内植花木，既净化空气，又美化环境，在其南北顶部各置一条形天窗，可根据四季的不同，需要开启和关闭，自然通风，冬暖夏凉，节省能源，外置遮阳板，夏日遮阳降温，西面入口置一实墙面，夏防西晒，冬挡寒风。

欧洲最大的自然通风建筑——斯特林设计的莱斯特大学工程馆与德"蒙特福特大学工程馆。

莱斯特大学工程馆把机械空气处理系统强行独立出来，有意地将其作为技术形象的一部分。

整个建筑明确讲究实效、合乎功能逻辑，带有机器时代的特点。

德校工程馆却是以空气动力学来决定建筑的形式：

通风烟囱直截了当地耸立在屋顶上；建筑的体块构成是为了有利于穿堂风的形成。

建筑采用了尖坡顶，外墙的砖饰具有装饰意味，其整体形象与英国典型的古老校园相协调。

巴黎亚洲艺术博物馆据展览要求要需进行改造，改造极为自然，利用自然采光，自然通风；空间通透，上下空间自然连通，展室背景不封闭，有的以旋鼓楼体为展品背景，视觉空间散透，自然新颖；色调简洁淡雅，自然舒适，突出展品，

德国法兰克福商业银行大厦作为生态高技术建筑的成功例证，其生态设计手法为高层、高密度城市生活方式与自然生态环境相融提供了宝贵的经验。

福斯特的方案大楼平面呈三角形，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。

温室中的植物配置依据方位而变化:

西向配置北美枫树、杉树;东向配置亚洲松树与竹子;南向配置地中海沿岸的橄榄树。

建筑内所有的梯道和管井均集中布置在三角形平面的三个角落。

办公和花园空间则相对集中，令使用者宛如回归自然。

霍普金斯事务所设计的伦敦新国会大厦采用了许多先进的构思，如多功能楼板、旋转式“风塔”，中空外墙通风系统，并把它们组合成一个微型生态系统，创造了一个紧凑的、能对气候做出反应的建筑。

由以上的对比可见，自然通风的建筑并非以最终形式作为自己的设计成果，它更加关注的是生态意识在建筑设计中的贯彻，是与技术要求更好地配合、协调。

它在建筑的最终形式上并未像现代主义建筑那样具有明确的要求与标志。

它更注重的是适应环境，这也是其设计宗旨的体现，它给生态建筑的创作带来了更广阔的空间。

城市化进程的不断发展，城市地面交通和建筑之间的日益融合，我们寻求人、建筑（环境）、自然之间的和谐统一。

而自然通风技术将再度成为城市生态建筑形式的主流。

未来的建筑发展趋势------自然化

参考文献

宋晔皓《欧美生态建筑理论发展概述》世界建筑1998-1

毛刚《结合气候的设计思路》世界建筑1998-1

吴良镛《关于建筑学未来的几点思考》建筑学报1997-2

董卫王建国《可持续发展的城市与建筑》南京东南大学出版社1999.

H-U"汗《20世纪世界建筑精品集锦》（中，近东）北京中国建筑工业出版社

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