探讨高层建筑中的生态节能设计理念

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摘 要：建筑节能对缓解我国能源紧缺矛盾、改善人民生活工作条件、减轻环境污染具有十分重要的意义，它既是促进经济可持续发展最直接的根本措施，又是深化经济体制改革的一项重要组成部分。作为建筑设计师，应从不同角度，依据不同的准则，加强生态节能设计的实际应用，为社会经济的可持续发展、建筑科学的繁荣进步，创造良好的技术条件。

关键词：高层建筑 可持续发展 生态节能

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

一、高层建筑与可持续发展的矛盾

随着生产力的飞速发展，人类在适应自然和征服自然上取得了日新月异的成就，但是也付出了高昂的代价—资源的枯竭、环境污染、气候变暖等。

（一）高层建筑对环境的影响

高层建筑是当今所有主要城市普遍存在的形式，巨大的体量、杂的功能，让它在环境中具有举足轻重的影响。高层建筑的环境包括外部环境与内部环境。

外部环境主要是指建筑与城市的关系，尤其是与邻近建筑，道路的关系，由于规划设计失误而造成城市物理环境恶化：高容积率和高密度建筑在诸如日照、电磁辐射、风环境等对城市造成不良影响；高度密集的高层建筑使城市的“热岛效应”日趋增强，加速大气污染向城市中心聚集；高层建筑将大量人员聚集在一起，给城市交通带来巨大的压力。对城市的空间形态，视觉景观、自然生态、交通体系的影响是不容忽视的。

内部环境着重指高层建筑为在其中的使用者提供的环境质量，具体包括：空间质量、技术质量以及居住质量（气候、光线、声音等居住的舒适性），环境质量直接影响使用者的工作效率，身心健康和生命安全。

（二）高层建筑对能源的影响

统计表明，建筑耗能占人类总能耗的 30%，而高层建筑的耗能可能高达普通建筑的 6-8 倍，20 世纪 70 年代出现的能源危机为人类敲响了警钟，能源问题已经成为当今世界所面临的严重挑战。

二、高层建筑可持续发展的探索

虽然高层建筑有许多弊端，但它有其他建筑无法比似的优越性：空间高度集中，增加土地利用率，节省土地，并增加城市中心的绿化率。因此，在我们创造出一种可行的替代形式之前，通过设计和建造来改善高层建筑的不利影响就有重要意义。因此，本文从高层建筑的环境和能耗问题出发，从建筑内部空间的角度，进行以可持续发展为目的的生态节能探索。

（一）生态学与高层建筑

生态建筑是指根据当地的自然生态环境，运用生态学和建筑科技的原理，合理的安排组织与其相关因素，使建筑与环境成为一个有机的结合体，同时并有良好的室内气候条件和较强的生活气候调节能力，使人、建筑与自然环境之间形成一个良性循环。

（二）生态建筑在当前的应用

在实现建筑生态化的过程中，技术是不可忽视的因素。目前，学术界对于生态建筑设计有三种看法：1）从建筑所在地域出发，提倡利用本地材料和传统技术的乡土设计手法；2）注重地方性，又适当引入较新技术的折衷主义手法；3）结合当地自然生态条件，充分利用新技术和新材料来解决生态的问题的高技术设计手法。从目前来看，生态高技术建筑还主要集中在欧美发达国家，对于发展中国家来说，由于使用生态高技术的成本和造价问题，尚不能普及，属于未来的发展趋势。前两种类型虽然属于被动式方法，要求建筑师在了解当地自然环境的基础上，学习传统建筑中的生态思想，采用低成本、低造价的使用方法，此种方法具有较经济、易普及的特点，在发展中国家值得推广。

（三）生态建筑的设计策略探索

生态建筑重在通过设计，努力减少建筑对于自然环境的负面影响，从以下几个方面相互结合，共同实现建筑的可持续发展。

1服务核位置的合理设置

高层建筑由楼梯、自动扶梯、电梯、货物升降机和所有垂直通道组成的垂直循环系统，成为一个“服务核”设置在建筑中，是高层建筑的最重要部分。在设计中，服务核的位置是关健性的因素，它决定了建筑的整体造型、外墙和开窗的部分的位置，从而决定建筑的隔热性能。服务核的位置通常有 3 种方式可供选择：中心核、双侧核和单侧核，设计者在服务核布置中，必须结合其他因素考虑太阳光路径和当地风向。在湿热气候中太阳运行的轨迹是东西向的，因此，服务核最好位于建筑的东西两侧，为内部的使用空间提供“隔热带”，阻止阳光的直接射入，增加热量的散发，从而减少空调的负荷。当服务核位于建筑的一侧时，在实墙上开小窗可以为交通厅提供良好的视野和自然通风，避免了中心核，所必需的机械通风和人工照明而产生的大量能耗，同时，与封闭的交通核相比，人们从电梯出来后能立刻欣赏到建筑周围的自然景色，而不是穿过枯燥的封闭式走道直奔办公室，空间的视觉舒适感明显提高。因此，不管服务核布置在一次还是两侧，都可以带来以下两个方面的利处：一是可以使电梯厅、楼梯和卫生间都能得到自然采光和自然通风；二是可以在外部与内部空间之间形成稳定的“缓冲区”。

2自然通风的有效引导

高层建筑对于风的利用和处置，比一般建筑有其特殊性。高层建筑拥有得天独厚的通风优势，但随着高度的不断增加，建筑上部的风速和风压越来越大，在这种情况下上部直接开窗狂风可能吹袭室内，形成紊流和噪声，而且还会导致建筑与外界热交换迅速增加，不利于建筑中的能量保存，热工能耗增多，这也是众多高层建筑采用全封闭外立面、依赖机械通风系统进行内部空气和温度调节的原因所在。但凡事有利有弊，合理的自然通风设计可以降低成本和节约能源，此外，减少对机械通风和空调系统的需求可以提供一个健康的建筑环境。

对高层建筑进行通风设计，主要考虑服务核的位置设置，和建筑首层、建筑中部、建筑顶层的通风处理。首先，通风设计要结合服务核的位置。前面讲到，合理的服务核布置，为内部的使用空间提供“隔热带”，阻止阳光的直接射入，增加热量的散发，从而减少空调的负荷。

其次，高层建筑的首层地面层要特别考虑入口位置的通风引导，湿热气候中更应全部向外开放，让其成为可以引导自然通风的空间，而不是封闭的空间。作为由外到内，由热到冷的过渡空间，还应注意对风雨的防范。

3幕墙和可调节窗的应用

除了通风引导，处理好高层建筑的外墙也会对节能产生很大的影响。传统的建筑外墙由于是固定不变的，对室外冷热气候无法给予调控。生态学设计认为，建筑的墙面应该像人的皮肤一样，可以自由调节起到保温透气的作用，以适应不同的气候。在外墙窗的设计中，为控制气流，建筑师把开窗设计为能够灵活地开启关闭：当有轻风作用时，可以打开，风顺其吹入室内，形成对流；当有强风作用时，可以关闭，让风围绕建筑表面吹过；当有建筑受到偏风作用时，可以关闭一侧，打开另一侧。这种设计，使建筑能够根据自身情况进行调节。同时结合开放的地面层和内凹的空中庭院，让整栋楼的通风设计更为全面通畅。

在外墙面的设计中，既增加自然采光，又缓解采暖、制冷能耗之间存在着矛盾，“双层皮”玻璃幕墙可以较好的解决此矛盾。它的工作原理是利用双层材料及其中空腔的温室效应和烟囱效应来实现通风与温度调节。这有助于改善靠近外墙的室内部分的舒适度，减少冬季取暖和夏季降温的能源成本。它的热绝缘性能比通常的双层窗要好得多，因为可以通风的空气腔能提供额外的绝缘保护。随着智能化系统技术的发展，“双层皮”幕墙系统能真正成为建筑整体的有机组成部分，并对外界的气候变化随时作出积极的反应，以使建筑的能耗降低到最小并提供舒适的内部环境。要创造真正意义上的生态建筑，不仅需要建筑设计师，还需要关于与其他专业工程师，工艺设计师，气候顾问以及制造商的通力合作。

4垂直绿化和空中庭院的结合

生态设计中的一个关键，是让建筑与生态环境建立一种平衡和谐的关系。通过将垂直园林结合到建筑形式中，高层建筑或大型公共建筑也能达到上述平衡。垂直景观植物可以布置在屋顶、墙面，甚至是入口空间。植物能够降低眩光，其水分蒸发过程能有效地控制建筑外表面的温度，在高层建筑中用一系列相连的格架与花坛组成垂直绿化贯穿整个建筑，使整栋大楼充满绿色与生机，并与周围城市绿化系统有机地联系为一体，这不仅减少了所在地的热岛效应，而且大量的植被还可以产生大量的氧气并吸收二氧化碳及一氧化碳。

三、结语

作为城市的重要组成部分的高层建筑，在城市化建设中，所占的耗能比较大，影响了城市环境的平衡。基于此，设计师应该用生态策略的眼光进行不断的探讨与研究，综合利用当代建筑学、建筑技术科学、生态学及其他科学技术，设计回归自然的绿色生态高层建筑。