鄂尔多斯生态建筑设计策略分析

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摘要：新时代，人们不得不重新审视人、建筑和环境的关系，建筑师开始思考从根源上解决建筑对能源和环境的影响，生态建筑应运而生。鄂尔多斯地区在经济建设飞速发展的同时，尊重对自然环境及人文环境的保护。文章从分析地理状况、气候特点、资源能源及人文特征入手，希望找到适合鄂尔多斯地区发展生态建筑的策略，为实践提供一定的指导意义。

关键词：生态建筑；建筑设计；应用策略

1人、建筑、环境的相互依存关系

c建设，每一个建筑都消耗着各种资源，如何平衡这一关系，已成为人类不得不面对问题。另一方面，环境不同，对建筑也产生了极大影响。如在我国纬度较高的东北地区，太阳入射角很小，冬季漫长，建筑朝向注重争取更多的太阳辐射，避免相互遮挡，形成了东北大院；华南亚热带地区，夏季在副热带高压控制下，空气湿度大，热量不易散发，因此，该地区的宅院的主要目的为遮阴、避阳，建筑物间距尽可能缩小，借助建筑间互相遮挡获得较大的阴影区，因此这一地区的合院就演变成了明堂；而热带地区合院民居的院落演变为小小的采光天井。除了采暖、遮阳、通风等基本功能外，即使在同一气候区其他条件的变化，也使得建筑的构造形式或功能处理也存在一定的差异，如水文、地质、人文等条件的不同。因此人类既不能无休止地因建筑而消耗其他资源，也不能用一种建筑和构造形式去适应所有地区，因而这就需要从具体情况出发，根据不同地区的地理状况、气候温度、资源环境、生产力水平、人文特质等因素来考虑建筑的空间布局、能量转换、材料结构、建造技术手段等要素。

2生态建筑要点

通过对鄂尔多斯地区环境的分析，得出其以高原、山地结合等地形地貌为特点，具有风大沙多，雨雪较少而集中，空气干燥，冬季漫长夏季短促，夏季阳光充足的气候特点，经济发展速度快，能源丰富且储备量大，游牧与定居的双重人文特征。在设计过程中尽可能尊重和保护留有原生态要素，维护其完整性，使建筑环境与自然环境融合共生；建筑设计应遵循整体有序、平衡、循环再生的原则，实现低能耗，从而降低自然生态系统的物质与能量输出；环境气候的变化也对地方文化的发展有深刻影响，甚至地域文化是在千百年来环境气候的影响下形成的。

3鄂尔多斯地区生态建筑设计应对策略

3.1风对建筑形体的影响和利用。环境气候的变化也对地方文化的发展有深刻影响，甚至地域文化是在千百年来环境气候的影响下形成的。草原蒙古包就是反映建筑形体与风环境关系最生动的例子。蒙古包的形体是智慧的蒙古族人在长期的游牧生活中创造出的一种独特的建筑形式，被称为哈那墙的木龙骨，它可以轻松打开与合拢，便于移动安装的同时保持了极轻的结构状态，在受到风荷载的时候，依靠自身的弹性抵抗风力，整体性的支撑结构及曲线的表现随风力的变化而出现弯曲，可以较好地化解风对建筑的影响。蒙古包圆形的平面与类锥形的屋顶在获得最大空间的同时围合成较少的外表面积，多曲率的形体也减弱或化解了风的不利影响，是轻质结构利用整体结构和形体选择适应环境的完美建筑，多年来一直是国内外建筑学界热衷的研究对象。此外建筑还可以利用特殊的地形、植被等减少风对建筑的不利影响，如遮挡、覆土、设置风障等。总的来说，鄂尔多斯地区寒冷，受开窗面积不宜过大、建筑平面尽量规整的节能要求影响，建筑的形式受到较大的制约，如此一来，利用更为有效的通风方式不仅可以使建筑从形式中解放出来，如设置可调节的通风口、利用风井、中庭等空间来组织通风，高效的同时使建筑产生丰富多样的建筑形式，也有效控制了风大、沙多等不利因素的困扰，并且风井、中庭等空间与其他外在条件的组合也可为建筑带来众多的附加效益，如除沙、过滤、加湿、加热或冷却空气等，起到了“自然空调”的效果。多数情况下，建筑通风是比较复杂的，由于风是受温度差及气压差所产生，研究建筑通风的前提就必须了解风流动的特点及规律，这其中主要有热压通风、风压通风、混合通风等。（1）热压通风：理论上建筑物的通风口满足进风口低于出风口时就会形成热压通风。利用热空气上升的原理，在建筑较低地方设通风口可将上升的热空气从室内排出，而室外新鲜的冷空气则从建筑底部较低的通风口被吸入。通风的效果与进、出风口的高差和室内外的温差有关，室内外温差和进、出风口的高差越大，则热压作用越明显，这种的通风方式常用于有足够高的室内空间，如厂房、体育馆等。（2）风压通风：风压通风是指风在吹向建筑时，建筑的迎风面会承受正压力，受建筑的遮挡风会在绕过建筑的同时在各个侧面及背面产生负压。如果利用建筑设计在不同方向的表面设置不同的通风口，或利用形体设计控制通风的形式，就会放大或减小这种通风的效果。在鄂尔多斯地区，冬季漫长寒冷，传统民居建筑中往往会在南向开较大的窗户以获得冬季的日照，北侧的窗户非常小，以减少冬季散热，而夏季则有凉爽的“穿堂风”，就是利用了不同迎风面与背风面的压差，设置不同的大小洞口，很好地满足了冬季的保温与夏季的通风需求。（3）混合通风：在日常的生活中，建筑热压通风与风压通风常常是一起出现的，两种作用相互叠加，相互影响，有时会放大通风的效应，有时则会相互抵消。由于风压受季节、风向、环境、建筑物外形等影响，风压与热压的通风作用会呈现千变万化的效果，并不是简单的线性关系。如夏季在利用“穿堂风”形成通风效果时，要注意建筑的迎风面要与夏季主导风向形成一定的角度且不宜小于45度，群体建筑的布局也应优先考虑错列式、斜列式等布置方式。在鄂尔多斯这样的寒冷地区还应该考虑冬季通风口的保温措施。3.2“烟囱”效应的利用。传统的烟囱是利用气压在空间中产生“抽拔”效应的典范，这在鄂尔多斯地区乃至北方都极为普遍。同时这一形式的意义也包括气井、风井、通风塔等多种建筑元素。在鄂尔多斯地区受气候和地区习惯的影响，夏季室内空气干燥，冬季则很少开窗通风，很难保证室内空气的舒适性。如果将气井、风井等要素引入建筑中，不仅可保证室内的新鲜空气流通，在釆取一定的控制措施下，还可解决室内舒适性的问题，如在一些公共建筑中利用形体设计将风引入地下，冷却的风带着地下潮湿的空气通过风井进入室内，起到室内通风及加湿的效果；冬季如果在建筑外墙设置有气流控制阀的通风口，经过风井将新鲜空气导入地下室升温后再进入室内，即使在冬季保证门窗气密性的情况下也可保持室内自然通风。可将风井分为进风井和出风井两种类型（见图1）。3.3建筑中庭设计。（1）中庭的产生。受地区气候的影响（冬季漫长、气温低），这就对建筑内部空间环境的舒适性提出较高的要求。中庭空间的引入，一方面，增加了室内、外空间的多样性，减少了外部空间舒适度较低的遗憾；另一方面，在节约城市用地及节能的要求下，建筑的进深不断加大，而建筑的外界面的量与空间的量存在着一定的对应关系，外界面过剩则产生资源与能源的浪费，尤其是对于寒冷地区；外界面不足时，受经济技术手段的制约（如采光、通风与建筑结构之间的矛盾）就会提出为改善内部环境而进行的人工补偿。这样中庭就成为建筑内部空间体量扩大后，舒适度降低和外界面不足而进行协调的结果。中庭的形式主要有围合型与周边型（见图2）。（2）中庭对外界环境的冷热缓冲作用。建筑中中庭的引入起到了对外界环境的冷热缓冲作用，中庭相当于建筑的温度调节器，夏季，顶部开有天窗的中庭由于烟囱效应加强了室内通风的效果，带走室内热量；冬季封闭中庭的“温室效应”又可以降低建筑的能耗。但鄂尔多斯地区由于昼夜温差较大，夏季的中庭室内的通风效果得到了加强，冬季的夜晚中庭会由于较高空间会将室内热量向屋顶聚集，消耗更多的热量，所以该地区的中庭设计体量不应过大。（3）促进自然通风。中庭的存在相当于减少了建筑的进深，恰当的形式可有效促进自然通风，同时结合局部的水体，有利于调整内部环境的舒适性，但中庭设计时要充分考虑中和面效应的不利影响。在压差的作用下，空气经过中和面以下的洞口从室外流入中庭，再从中和面以上的洞口流到室外。在某些情况下利用中庭烟囱效应只能对建筑的一部分房间实现自然通风，为避免污浊空气的回灌，上层房间与中庭相邻的窗口应关闭，或者将通风窗像烟囱一样高高地顶出屋面，通过提高出风口的高度来提升中和面高度，从而强化中庭的通风效果。（4）中庭中的水。中庭中水的引入，一方面，活化了空间，使其更具趣味性，另一方面，处于气候较干燥地区，水可以为建筑内部增加一定湿度，从而提高了建筑内部的舒适性。3.4建筑能耗的高效性。受鄂尔多斯地区气候特点的影响，建筑的围护体系包括墙体、门窗、屋顶与地面等，对此可釆取以下生态策略。（1）墙体保温技术。建筑外围护结构中，墙体所占比重最大，冬季通过墙体流失的热量，研究表明约为建筑总散热量的20%，这样单一的材料很难满足室内环境舒适的要求，需要通过与其他材料结合起来实现保温的目的。复合墙体保温主要有三种形式：内保温、夹心保温和外保温三种。在围护结构中，应采用轻质高效的玻璃棉、岩棉、聚苯板等作为保温材料。而加气混凝土既可作为承重墙体结构，也可兼作保温结构。在一般墙体材料中，加气混凝土是可以满足50%节能要求的外墙保温材料，但大多外墙材料还需要结合保温材料来达到节能目的。目前，该地区比较成熟的做法是在空心砖、混凝土空心砌块或钢筋混凝土外做聚苯板薄抹灰系统（见图3）在特殊的构造部位采用保温砂浆处理，来达到保温隔热的目的。双层墙，这种墙体由内外双层墙和中间的可调节百叶组成。夏季内层可开启，允许自然通风；春季由在两层之间的百叶墙面调节；到了冬季，百叶窗关闭阻挡寒风的进入。两层通气幕墙系统具有非常大的节能能力，对提高幕墙的保暖、降噪等功能起很大的作用。（2）门窗技术策略。门窗是建筑围护结构中影响室内热环境和建筑耗能的重要因素，研究表明门窗的耗能占建筑围护结构总能耗的40%～50%。这一地区的门窗设计策略中应主要考虑窗墙比设计和窗的材料选用。建筑物开窗过小不能满足采光与通风的要求，过大则造成能源的浪费，经研究，我国的建筑规范中给出了不同类型建筑不同朝向的窗墙比（见表1）。门窗材料选择方面采用保温玻璃，如双层玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃、热反射玻璃、Low-E玻璃等。（3）屋面技术策略。屋面既承受各种荷载的作用，还要抵御各种环境变化对建筑内部空间热环境的不利影响，主要体现在屋面的热工性能上。屋面保温应选择密度大、传热系数较低的保温材料，应优先考虑就地取材，减少运输的能耗。从传统民居可看出，长短坡屋顶这一形式有利于防水、防裂、防渗，同时由于南向屋顶面积较大能接收较多的太阳辐射，能更好地调节室内温度；而北向的屋顶面积较小，从而减少了冬季的热损失。屋顶绿化可以起到保温保湿、减噪消毒、净化空气，吸附周围的颗粒和悬浮尘的作用。屋顶绿化还有保护建筑物的作用，植被覆满的屋顶能吸收夏季阳光的辐射所带来的热量，可以阻挡屋顶面层温度攀升，免去辐射强烈所引发的热胀冷缩和风沙侵蚀，从而保护顶面而得以延长建筑物寿命。在我国北方冬天花草树木枯死，气候干燥，保温性能显现；而夏季经过绿化后的屋顶可明显降低建筑物周围环境温度。3.5太阳能技术太阳墙被美国机械工程师协会（ASME）评为与蒸汽机、电灯、汽车、电脑等过去两个世纪最有意义的八十件发明之一，是一项用于提供经济适用的采暖通风解决方案的太阳能高科。技新技术（见图4）。太阳墙全新通风供暖系统核心组件是太阳墙板。太阳墙板表面镀有一层热转换效率达80%的高科技涂层，并在板上穿有许多微小孔缝，经过特殊设计和加工处理制成的，能最大限度地将太阳能转换成热能。太阳墙板是太阳墙系统的外表皮，安装后与传统的金属幕墙相似，并且有多种色彩选择，可与建筑形成较好的协调效果。太阳墙系统的工作原理：将室外新鲜空气经太阳墙系统加热后由风机泵入室内，置换室内污浊空气，起到供暖和通风的双重效果。在德国，政府为了体现在可再生能源利用中的表率作用，德国政府大力提倡在政府项目中使用太阳墙系统为建筑提供采暖，并把建筑的节能和减少运行费用作为考虑的头等大事之一。建筑设计关注的问题不仅仅是如何在建筑中使用可再生能源，还是要更多地考虑如何能将太阳能系统与建筑立面有机结合。太阳墙系统作为建筑的可再生能源系统，除了具有供热量大、二氧化碳减排量大的优点，还具有无需维护和无运动部件等特点。太阳墙系统在夏季可以为建筑起到遮阴的作用，相比没有太阳墙覆盖的墙面低5℃左右，间接地为空调节约了能源。由于太阳墙系统增加了墙面的隔热系数，可使室内冬暖夏凉，这是其他采暖设施无法比拟的。太阳墙技术目前已广泛使用于加拿大、美国、欧洲及日本的住宅、厂房、学校、办公楼等不同用途的建筑上。它已荣获多项国际大奖，并被美国能源部评为先进节能供暖技术发明。鄂尔多斯地区作为先行先试推动内蒙古生态文明建设经济的示范区，建筑项目利用独特的绿色能源，有着极为重要的示范意义及社会经济效益。据测算，安装1m2太阳墙板需要1600元，安装1m2玻璃幕墙需要800元左右（高档的玻璃幕墙造价可达1000元/m2以上），用太阳墙板代替玻璃幕墙只需要多花800元。而太阳墙板在冬季会以每天3.9元的回报速度来回馈用户，以此速度来计算只需要205d便能收回太阳墙板的投资。太阳墙板的使用寿命在30年以上，无须维护，按每年能源价格上涨幅度为3%、通货膨胀率为2.5%、银行折现率(长期)为9%来计算，太阳墙系统在30年内给业主带来的平均投资回报率为17.5%。同时每百平方米太阳墙会减少二氧化碳排放约40t，对环保和社会的效益贡献巨大。

4结束语

文章针对鄂尔多斯地区的环境特征，从风对建筑形体的影响和，“烟囱”效应的利用，建筑中庭设计，建筑能耗的高效性，太阳能技术利用这五个方面综合分析了在特定的环境下，建筑设计对环境的回应。呼吁在设计过程中尽可能尊重和保护留有原生态要素，维护其完整性，使建筑环境与自然环境融合共生，并遵循整体有序、平衡、循环再生的原则，实现低能耗，降低自然生态系统的物质与能量输出，增加社会效益。

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作者:朱青松 郑玉彬 单位:1.内蒙古集智建设项目管理有限公司 2.鄂尔多斯市城市地理信息中心