建筑生态设计

建筑生态设计第1页/共67页室内生态设计建筑生态设计0102目录Contents第2页/共67页建筑生态设计建筑生态设计概念与特征建筑生态设计原则生态选址及其分析可持续场地设计气候适应性设计策略兼建筑生态设计实践第3页/共67页生态建筑概念与特征第4页/共67页1、概念·所谓生态建筑，就是根据当地自然生态环境，运用生态学、建筑学和其他科学技术建造的建筑；它与周围环境成为有机的整体，实现自然、建筑与人的和谐统一，符合可持续发展的要求。2、特征·节能和利用再生资源·材料的再生利用·减少废物排放生态建筑概念与特征第5页/共67页建筑生态设计原则第6页/共67页1、尊重自然,体现“整体优先”和“生态优先”的原则

建筑作为地球生态系统的组成部分,建筑活动应优先考虑建筑生态系统的结构和功能需要。在建筑活动时,不仅要关注“生物人”和“社会人”的生态需要,同时还要顾及其他生物生存和发展的需要,强调生物物种和生态系统的价值和权利,认为物种和生态系统具有道德优先性。“整体优先”的原则,要求在进行建筑设计时,局部利益必须服从整体利益,短期利益必须服从长远利益建筑生态设计原则第7页/共67页2、满足人和自然共同、持续、和谐发展的需要

生态建筑活动必须以人的需求和发展为基本出发点;但是,不能为了满足“人”的需要而不顾其他自然生物的生态需要,破坏生态环境,也不能为了保护生态环境而忽视或降低人的需要,两者必须并重,才能实现自然与人类和谐共处、共同发展。建筑生态设计原则第8页/共67页3、充分利用自然资源,体现“少费多用”的原则

在目前资源匮乏的现状下,特别强调对能源的高效利用,对资材充分利用和循环利用,充分体现“4R”原则：即:Reduce减少对资源的消耗；Recycle对建筑中的各种资源尽可能地加以回收、循环使用；Reuse在建筑活动中,重新利用一切可以利用的旧材料、构配件、等,以做到物尽其用,减少消耗；Renewable指尽可能地利用可再生资源,例如,太阳能、风能等,它们对环境无害,且是可持续利用的。建筑生态设计原则第9页/共67页4、与周围环境相适应,体现“因地制宜”的原则

首先是与周围自然环境相适应。研究及实践表明,与当地气候、地形、地貌、生物、材料和水资源相适应的建筑,与忽视其周围环境、完全依靠机械设备的建筑相比,具有更舒适健康且更高效的性能。其次是与周围人文环境相适应。体现和延续地方文化和民俗,注重历史文物和建筑的保护,发扬传统精华,并适应人文环境的新需要建筑生态设计原则第10页/共67页5、注意过程环节,体现“发展变化”的原则

在进行生态建筑设计时,注重每一个环节,预测其环境和建筑本身在未来可能发生的变化,并提出相应对策。另外,树立防患于未然的设计意识,具有实践和经济上的双重意义。例如:采用低毒或无毒建筑材料和施工方法,比通过大量通风稀释室内有毒空气成分的方法更加有效。通过设计减少供热、制冷和采光需求,比安装更多或更大型的机械/电力设备要更加经济建筑生态设计原则第11页/共67页建筑生态选址及其分析第12页/共67页

在基址选择中,最主要的考虑就是这个位置是否适合建设,以及建设后是否适合今后的发展。因此,分析和评价基址的各种优缺点就成了生态选址的关键所在。在这一阶段,要分析每个可能的地点,列出它们在可持续发展方面的所有优势与劣势,建筑生态选址及其分析第13页/共67页对具体基址的优缺点进行分析评价时,内容可概括为自然环境和社会环境。自然环境主要由地质、地貌、水文、气候、动植物、土壤六项基本要素组成。它们以不同程度、不同范围、不同方式不仅对建设,包括开发利用、空间形态、市政设施等,产生影响,还影响到建设的投资效益、工程技术措施的采用以及工程建设的速度。建筑生态选址及其分析第14页/共67页1、中国“风水“选址

“风水”理论是中国古代建筑选址、规划、营建所遵循的理论法则。避开其迷信的一面,它实际上是现在称为地理学、气象学、景观学、生态学、城市建筑学等学科的综合体现,是一种从整体上把握建筑选址、规划、营建的学说。“风水”理论是基于中国古代“天人合一”的整体性朴素生态观而产生的,“阴阳”和“五行”学说是“风水”理论建立的基础。将风水理论用于建筑选址,就是要审慎考察自然环境,顺应自然,有效地利用自然,选择良好健康的适于人居的环境。建筑生态选址及其分析第15页/共67页建筑生态选址及其分析风水理论中的“穴”是最佳的建筑基址,作为人居环境,它容易在农林、牧、副、渔的多种经营中形成良性的生态循环,自然也就变成一块吉祥福地了。第16页/共67页2、自然地理条件对选址的影响

地形地貌与地质

不同的地形条件,对建筑和城市的功能布局、平面布置、空间形态设计、道路走向、管线布置、场地平整、土方计算、施工建设等都有一定的影响。例如,地面的坡度对于确定制高点的利用、进行竖向平整、排水及防洪等有重要影响。地形还与小气候有关,如山脉或河谷会改变主导风向、向阳坡地有利于日照和通风等,不利的地形也会引起静风、逆温现象等不良小气候。因此,分析不同地形以及与其相伴的小气候特点,将有助于以后合理地进行布局与设计。建筑生态选址及其分析第17页/共67页

地形图是反映基址地形、地貌最重要的基础资料,它在道路与管线纵坡设计、土石方计算及场地平整中有广泛的应用。用地形图还可确定基址的用地范围,因为各种建筑物与设施都要求建造在不大于某一特定坡度的相对平缓的用地上。建筑生态选址及其分析地形第18页/共67页建筑生态选址及其分析

地质对基址选择的影响主要体现在其承载力、稳定性和有关工程建设的经济性等方面。基地的地表一般由土、砂、石等组成,将直接影响到建筑物的稳定程度、层数或高度、施工难易及造价高低等。

基址选择还要尽量避免不良地质因素。不良的地质主要有:冲沟、滑坡、崩塌、岩溶、地震等。地质第19页/共67页

气候条件对基址的影响有不利与有利两方面,它的作用往往通过与其他自然环境条件的配合,而变得缓和或是加强,尤其在创造适宜的工作和生活环境、防治环境污染等方面更有直接的影响。此外,还应注意到基址所在小地区范围内可能存在着地方气候与小气候。影响基址选择的气候因素主要有太阳辐射、风、温度、湿度与降水。建筑生态选址及其分析气候第20页/共67页3、社会环境条件对选址的影响

现有建筑及设施现有社会及经济条件现有绿化与环境保护建筑生态选址及其分析第21页/共67页4、“千层饼”生态选址分析方法

“千层饼”生态选址方法是麦克哈格在20世纪70年代提出的一种生态主义规划方法。它全面体现了自然环境、社会环境以及景观各种因素对生态规划即选址的影响(见图)。在“千层饼”模型图中,麦克哈格将生态因子分为人、生物和非生物三个大类,然后再往下细分。建筑生态选址及其分析第22页/共67页“千层饼”生态选址分析方法

建筑生态选址及其分析第23页/共67页小结

生态选址及分析是建筑生态设计的首要基本问题，对于具体的基址选择,必须针对实际情况,结合当地气候、地理特征以及现有各种社会条件进行具体分析。建筑生态选址及其分析第24页/共67页可持续场地设计第25页/共67页定义：

可持续场地设计,就是结合已选场地内外自然条件和社会条件,充分利用现有的各种资源,实现对环境的最大保护和对生态的最小破坏,合理布置场地内的各种建筑物、构筑物和交通道路等,使其本身成为一个有机的整体,并与周边环境协调一致,从而使项目取得最佳的经济效益、社会效益和环境效益,实现自身的可持续发展。可持续场地设计第26页/共67页内容·可持续场地布局主要包括总体布局、建筑组合和外环境布置三方面目的·要在建造过程及以后的使用过程中尽量减少资源的消耗。在场地的前期处理以及生态恢复过程中,最初的投入费用可能要高于正常情况,但可通过不断发展和完善景观管理来加以平衡。可持续场地设计第27页/共67页地理纬度和太阳辐射

影响建筑布置与组合、形态与大小、朝向与间距、采暖与制冷、保温与防热、道路布置和走向,是评价室外人体舒适感及建筑的气候适应性设计的重要因素,与采暖制冷负荷大小有关决定建筑的位置,以便能最大限度地利用日光资源进行被动式采暖、采光和发电可持续场地设计阳光通道第28页/共67页风速风向分布

影响建筑布置与组合、形态与大小、朝向与间距;影响采暖与制冷、保温与防热;影响道路布置和走向;通常要避免截留阴冷潮湿的空气并在酷热时节促进通风;在设计室内空气处理系统或使用被动式太阳能制冷策略时,认真测量风荷载和风压差是十分必要的;是评价室外人体热舒适感及建筑的气候适应性设计的重要因素,还与建筑的通风和防风设计及绿化有关。影响建筑布置与组合、形态与大小、采暖与制冷、保温与防热、设备配置大小;有时会影响项目建设与施工;是评价室外人体热舒适感及建筑的气候适应性设计的重要依据可持续场地设计空气温度和湿度分布第29页/共67页地形和相邻的土地情况

影响建筑布置与组合、形态与大小、朝向与间距、采暖与制冷、保温与防热、道路布置和走向,是评价室外人体舒适感及建筑的气候适应性设计的重要因素,与采暖制冷负荷大小有关决定建筑的位置,以便能最大限度地利用日光资源进行被动式采暖、采光和发电可持续场地设计降水分布第30页/共67页·规划场地空地和绿化,充分利用太阳能和地形条件·确定建筑的朝向,以便在被动式和主动式太阳能系统中利用太阳能·在寒带和温带地区,尽量减少太阳阴影·将建筑和停车场与景观地貌合理匹配,可以减少土地平整和场地清理量·提供一个能使热量损失达到最小的北墙设计·提供一个能最大限度地保证安全和通行方便的建筑入口可持续场地设计2、策略第31页/共67页·利用太阳能、空气流动、天然水资源和地形特性来控制建筑的温度·使用现有的植物来调节气候条件,并为当地野生动物提供保护·在炎热气候条件下,设计道路、景观和附属结构使风朝向主要建筑,以降低温度;或在寒冷气候条件下使主要建筑避开主导风向以减少热损失。可持续场地设计策略第32页/共67页气候适应性设计策略第33页/共67页

建筑的产生,原本是人类为了抵御自然和气候的侵袭,以获得安全、舒适、健康的生活环境而创建的“遮蔽所”,遮风、挡雨、安全、健康是建筑最原始、最基本的功能因此,建筑从一开始就与气候息息相关。从世界不同国家、不同种族和不同气候区来看,传统民居都有一定程度的气候适应性。气候适应性设计策略第34页/共67页气候适应性设计策略寒冷地区的建筑显得封闭厚重,且建筑之间常以围合连接、布置紧凑,这是与寒冷地区的需要日照、避风保温要求相适应的。干热地区建筑也显得厚重,但布置就不像寒冷地区那样紧凑,这是与气温昼夜变化大,需要遮阳、通风散热相适应的。第35页/共67页气候适应性设计策略湿热地区建筑,常显得轻巧、通透、开放,这是与通风降温、降湿要求相适应的。在台风活动频繁地区,建筑常用石头建成,屋面挑檐很短或不做挑檐,这是与防台风危害相适应的第36页/共67页气候适应性设计策略华盛顿特区的辐射是街道岭南冷巷·利用通风廊道降温·利用建筑群相互遮荫降温·注意高层建筑形状引起的各种风效应·利用玻璃顶街道实现内外空间转换和采光·安排建筑的疏密以促进或阻滞空气流动第37页/共67页气候适应性设计策略·顺着寒风渐高布置可减少建筑的热损失生态农宅中的渐高布置·利用采光罩保证邻近建筑的天然采光建筑的空间视角第38页/共67页气候适应性设计策略·建筑群沿东西向延伸布置有利于冬季采暖·利用绿化或水体冷却空气·利用防风物或建筑抵御风的侵袭奥地利“太阳城”规划断面示意图第39页/共67页气候适应性设计策略·利用顶部遮阳抵御夏季太阳暴晒

福建泉州中山路骑楼街道麦加某清真寺广场自动遮阳伞第40页/共67页·利用“移动”适应不同时节的气候建筑单体的气候适应性设计策略可“开关”的俄勒冈州GrantsPass的住宅气候适应性设计策略第41页/共67页·利用阳光和风向安排户外空间的位置格罗皮乌斯的自建住宅气候适应性设计策略第42页/共67页Kanchenjunga公寓剖面通风气候适应性设计策略·利用集合式布置减少建筑能耗·利用风压和热压通风冷却建筑物第43页/共67页气候适应性设计策略·利用短进深房间保证侧面采光·延伸东西向平面或利用错层争取日照·利用热分层或热分区布置房间·利用气候缓冲区布置房间·利用光分层或光分区布置房间·利用直接受益或附加日光间采暖·利用对流环路和蓄热墙采暖建筑单体的气候适应性设计策略第44页/共67页小结

气候适应性设计涉及建筑物充分利用气候资源以及室内环境的健康舒适等问题,它直接与建筑能耗有关,是生态建筑设计的重要核心内容之一。此次从建筑的气候适应性设计角度,介绍了建筑气候的基本组成要素、建筑气候区划方法;重点从建筑群体布局和建筑单体设计方面介绍了多种气候适应性设计策略。在建筑群体布局方面提供了13种重要的设计策略;在建筑单体设计方面,提供了17种重要的设计策略。这些策略有些是可单独利用的,但更多的是在建筑中综合利用。气候适应性设计策略第45页/共67页建筑生态设计实践第46页/共67页1、低技术建筑生态实践

悬崖式窑洞建筑生态设计实践下沉式窑洞独立式窑洞第47页/共67页1、低技术建筑生态实践

内向布局的福建省南靖县“顺裕楼”·藏风聚气·良好的内部环境·建筑材料体现生态性建筑生态设计实践第48页/共67页1、低技术建筑生态实践

干栏建筑“傣族竹楼”·可以避免虫害、洪灾等多方面的危险,保护人居安全·可避免对地面进行清理改造,既保护了植被,也便于

在地势复杂地区进行营造

·促进自然通风,扩大建筑表面积以利于通风散热·建筑材料体现生态性建筑生态设计实践第49页/共67页1、低技术建筑生态实践

流水别墅从生态建筑的角度来看,赖特的设计作品除了注重与建筑周围的自然环境有机融合外,还特别重视建筑通过有机利用和适应自然条件来创造舒适的室内外生活空间。1948年建成的“简考布斯住宅”是反映赖特注重室内外环境“被动式设计”的典型作品之(见图1)。建筑生态设计实践第50页/共67页1、低技术建筑生态实践

图1建筑生态设计实践第51页/共67页2、中技术建筑生态实践

戴尔福特技术大学中心图书馆建筑生态设计实践第52页/共67页

戴尔福特技术大学中心图书馆建造地点:荷兰戴尔福特竣工时间:1998年建筑总面积:6700m2设计者:Mecanoo这一设计是将建筑设计和生态技术成功融为一体的范例。草坡材料的蓄热和保温隔热特性,其下的室内空间热环境几乎不受外界气温波动的影响,草坡屋顶使建筑具有独到的生态特性。中心图书馆平面图建筑生态设计实践第53页/共67页

戴尔福特技术大学中心图书馆图书馆中的各种功能空间就被掩盖在草坡之下,玻璃锥顶则同时具有造景和建筑标识的作用为了解决封闭的玻璃屋顶和草坪的结合给通风、采光带来的问题,在建筑高出地面的另外一边采用了整面的生态玻璃幕墙,它能够根据不同的气候作出适当的反应,使建筑有充足的采光和通风。中心图书馆剖面图建筑生态设计实践第54页/共67页

NREL太阳能研究中心(NRELSolarEnergyResearchFacility)建造地点:美国科罗拉多戈尔登竣工时间:1993年建筑总面积:10683m2设计者:JackDebartoloJr这栋建筑是为美国能源部下属的国家可再生能源实验室而建的,办公区的光照设计十分巧妙,每间办公室都能直接采光,同时阳光可以通过阶梯形的采光通风窗照进屋内27.4m远的地方,大大减少了办公区人工照明所耗能源。室内建筑生态设计实践第55页/共67页

NREL太阳能研究中心(NRELSolarEnergyResearchFacility)验室设有可调节的环境控制器、井式楼板和减振地板,以及良好的空气控制和高效利用材料等生态设计措施。同时考虑到可持续发展的需要,自由拼装的墙壁和灵活实用的网络使实验室能根据不同的研究需要扩大、缩小或者重新布置。屋顶及风塔通风示意图建筑生态设计实践第56页/共67页

NREL太阳能研究中心(NRELSolarEnergyResearchFacility)另外,在设计中还综合运用了太阳能的节能技术,使其每年可节约运营成本将近20万美元。其中包括“太阳能吸热壁”,它可以把热量散布到整座建筑;感光遮阳窗它能根据日照强度自动升起或降下,还有一个可循环利用建筑废热的系统装置,该装置吸收这些热量,并用这些热量来预热新风。NREL太阳能研究中心西侧建筑生态设计实践第57页/共67页3、高技术建筑生态实践

加尔各答洲际双子塔改善气候条件：加尔各答洲际双子塔工程的主要目之一是要改善建筑所在地的生态气候条件，改善当地的环境。为此，该项目采用了两套生态策略。首先，打造不同层次的散步花园。一方面营造了优美的环境，另一方面各种空间也因为这种有花园的屋顶而变得凉爽，减少了空调系统的使用，节约了资源。建筑生态设计实践第58页/共67页

加尔各答洲际双子塔纵向生态结构，利用自然资源节约能源:加尔各答洲际双子塔工程另一个主要目标是最大限度的利用自然资源比如说太阳能和风能，减少能源的消耗。打造一套生态环带(一米宽)环绕建筑立面，为外玻璃遮荫，同时吸收太阳能并通过设置的光电池发电。环带离玻璃立面10厘米，为玻璃立面内的空气提供纵向循环，减少热量和空调系统的费用。建筑生态设计实践第59页/共67页

加尔各答洲际双子塔加尔各答洲际双子塔工程的再一个主要目的是设计合适的结构，实现两个目的：1.减少超大面积的比率——高层建筑中一般大量采用结构柱打造有效截面。整个结构向中心移动，可以为各共管塔提供更好的采光和通风。为建筑内部提供自然的空气循环运动。建筑的不同区域环绕着三角