浅谈生态建筑中的生态建材及设计方法

Abstract: The status quo of the current lack of resources, sustainable building design is particular emphasis on considering building material between the natural environment adaption and influence, as well as the energy exchange of architecture and natural environment,. This article focuses on the ecological building design.

Key words: ecological construction; design; energy

一、可持续能源与非可持续能源

(一)可持续能源

可持续能源的基本特征是：洁净、安全、永久性，包括太阳能、氢能、水动力能(间接太阳能)、风能(间接太阳能)、沼气、核聚变能、潮汐能、洋流、海浪、地热以及绿色植物能等。其中，潮汐、洋流、海浪、植物能等又属于可再生能源。需要一提的是，可持续能源与可再生能源是两个不同的概念。可持续能源未必是可再生能源，而可再生能源也未必是可持续能源。如太阳能、氢能、核聚变能是永久的、洁净的、安全的，是可持续能源，但不是可再生能源;而柴草是可再生能源，但它对环境产生污染，并非可持续能源。

(二) 非可持续能源

非可持续能源的基本特征是：污染性、不安全、有限性(会枯竭)。煤、石油、天然气、液化石油气、煤气、柴草等均为非可持续能源。

从治本来缓解能源危机，必须积极开发并有效利用可持续能源，以可持续能源取代传统的非可持续能源。在我国，最值得广泛发展利用的可持续能源是太阳能和沼气，这两种能源分布最广，可在不同规模的建筑上加以应用。

二、生态建材选择

对于建筑师来说，在设计生态建筑时应选择恰当的建筑材料，比如生态建材来增加建筑的节能效果，直接或间接的减少对环境的污染;灵活利用废弃的建筑材料进一步节约资源，减少消耗。

(一)选用持久耐用的材料

由于制造业，尤其是建材产业通常是能源密集型产业，所以那些可以使用更长时间的材料或只需较少维护即可正常运行的设备对于能源节约是非常有帮助的;而且，耐久性好的材料同时也能减少固体垃圾的产生量(似乎不必担心建材生产者会因此而无法“可持续发展”)。此外，材料或产品的耐久性对于室内空气质量也是重要的因素。一般来说，耐久性越好的材料，导致的室内污染越少。

(二)选用无须再加工的建筑材料

处理越细致和制造过程越复杂的产品和材料通常要在生产过程中消耗更多无论在什么情况下都应该选择再(如油漆、再加工、防水防火处理等)较少的建筑材料或者选用那些对其的维护只产生最小环境影响的材料。

(三)选择内含能量低的材料

加工的能源，只要耐久性和形象能够得到保证，就尽可能地选用内含能量低的原材料。

(四)尽可能使用由再生原料制成的材料

由再生原料制成的建材产品可以减少固态垃圾以及制造业里的能量消耗。并且节省自然资源，其好处是显而易见的。

(五)积极利用可循环使用的建筑构件和材料

这样做可以减少垃圾掩埋的压力和节省自然资源。但是应该注意检测这些材料的安全，同时避免使用旧的玻璃或洁具，因为它们可能会影响能量效率或用水效率。

三、生态建筑的设计方法

(一)生态建筑的能量利用

目前应用于生态建筑中的可再生能源有太阳能风能地热能等其中以太阳能和风能的利用最为广泛技术也最为成熟。

1、太阳能利用

太阳的辐射能量可直接进入居室或把热量贮存于其他领域散放或备用，利用各种建筑材料有不同的传导性能，吸收、贮存热量的性能而使空气增温。阳光照射建筑使墙壁和屋顶加温，阳光透过玻璃窗直接照射室内，使室内空间的表面温暖，太阳能可整体加热建筑并在建筑地段布局上获取巨大的太阳能量效应。在生态建筑中设置太阳能热水系统，利用太阳能来加热冷水，是一种无废无污、可持续利用的生态方法。我们可以利用目前最可靠的、效果可达9%左右的非晶硅薄膜太阳电池接受太阳能，这样不仅可以为照明设备等供电，还能减少火力发电产生的污染，起到保护环境的作用。

2、风能利用

生态建筑除利用风压来形成自然通风外，还可利用风力来发电。风力发电系统可以集中布置，也可分散使用。集中式的风力发电系统，以建筑群或小区为单位，在小区的上风处设立风车组，既丰富了小区的景观，又为小区提供了能源供应。随着生态建筑的发展，风能利用设备应可设置在建筑中，直接利用风能为建筑物提供能源，尤其在偏远的山区，综合利用风能，有更重要的意义。

(二)自然通风

在建筑地段设计中，空气的流动是另一个重要的气象因素，各地区的气象资料均可提供当地不同季节的主导风向和风速，是设计的依据。影响风的环境因素有地形、坡度、朝向以及当地的植被情况及相邻的建筑形态。在任何地段上风的流动都会影响建筑内部的冷暖和内外气候环境。由于通风可增加建筑的散热，由于风压可增加建筑的渗透，夏天的穿堂风可使居室凉爽舒适，因此热天可利用通风使建筑降温，冬季则需要避风措施。

控制气流的基本方法是降低流速和分解流向，建筑在地段上的落位要充分利用自然地形条件，创造利用当地风效应的特点取得环境气候效益。在冬季建筑体的尖角指向风力的方向，使其速度分解，建筑散失的热量有时比用墙体挡风的效果还好。合理地布置车库或种植树木都能起到保护建筑中热量的作用。覆土或利用天然的地坡也能减少由于风力给建筑造成的热量损失。夏季的风向较冬季有较多的变化，建筑希望引入夏季较多的凉风，又由于季节不同，风的方向各异，既要控制冬季的强风又要不阻碍夏季的凉风，因此在不同地域应采用不同的降温、保暖或通风措施。

(三)生态建筑的遮阳设计

1、水平遮阳

人类早已发现太阳的运行有规律可循，太阳高度角和方位角在一年四季循环往复地变化着，建筑遮阳也由此产生。在不同的太阳方位角和高度角状况下，遮阳构件产生的阴影区也随之改变。因此，水平遮阳时要仔细考虑不同季节，不同时间的阴影变化。在低纬地区或夏季，由于太阳高度角很大，建筑的阴影很短，水平遮阳就足以达到很好的遮阳效果。

2、垂直遮阳

决定垂直遮阳效果的因素是太阳方位角，由于它能够有效地遮挡高度角很低的光线，因此适合用于东西方向。柏林的墨西哥大使馆主立面和入口朝东，垂直遮阳能够最有效地发挥作用，18m高的主立面上，最为突出的是从上到下贯穿整个高度的垂直遮阳构件，这些混凝土遮阳板位于玻璃幕墙之外，不仅能够有效遮挡阳光，而且倾斜角度逐渐加大，给人一种韵律感。

3、格栅式遮阳

格栅式遮阳兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。在这一方面，柯布西耶设计的昌迪加尔议会大厦及高等法院是当之无愧的典范，其风格粗犷的混凝土面层、奇特形体和遮阳格栅独树一帜，影响深远。今天，其追随者仍然在使用混凝土设计以遮阳格栅为主要建筑语汇的现代主义作品。

(四)中水处理措施

1、收集和利用雨水

如果要在室内使用雨水，就要把它们引入室内，用一个容器加以过滤和储存。这些容器必须摆放在比雨水檐槽低的地方，以利用重力作用，减少收集雨水时的成本。基于相同的考虑，利用雨水的洗衣机和厕所，其摆放的位置也要低于收集雨水的容器。也可以把收集雨水的容器放到地面以下(例如地下室)，但必须用水泵再把水送到卫生器具当中，这样就比利用重力的简易方式，增加了成本和运营费用。

2、回收利用家庭内的废水

在澡盆、淋浴、水池、洗碗机和洗衣机使用过的水，其中包含的主要污染物质，是清洁剂和其他有机物(包括细菌)。污染稍微严重的中水(例如厨房里的水槽和洗碗机排出的水)，需要经过过滤等方式处理，除去杂质以后，才能使用。可以再利用的中水数量不菲，普通的四口之家，每周排放的中水达1450升。而冲洗厕所每周需要用水1200升。污染最少的水来自澡盆、淋浴池和洗手池。这就意味着，最简单的中水收集设备，只需收集浴室里的水就可以了。这些中水要经过过滤和消毒之后，才能储存和使用。收集的中水，要使用氯气或者氧气等化学物质，或者紫外线等其他方式来消毒。水中的微粒，则用砂滤器来过滤。

四、结束语

可持续发展是全人类共同的理想，生活在地球上的每一个人、每一个经济部门都有责任为维护人类的生存环境而奋斗。生态建筑是随着人类对赖以生存的自然界，不断濒临失衡的危险现状所寻求的理智战略与策略。站在21世纪的新起点上，当我们重新审视建筑业在建造和使用过程中的消费方式和其生态意义时，我们不得不抛弃那种高能耗、高污染的传统生产模式;而把具有节约资源、降低能耗、减少污染、提高室内环境质量等性能的生态建筑作为新世纪建筑设计的方向。