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摘要：新時(shí)代，人們不得不重新審視人、建筑和環(huán)境的關(guān)系，建筑師開(kāi)始思考從根源上解決建筑對(duì)能源和環(huán)境的影響，生態(tài)建筑應(yīng)運(yùn)而生。鄂爾多斯地區(qū)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的同時(shí)，尊重對(duì)自然環(huán)境及人文環(huán)境的保護(hù)。文章從分析地理狀況、氣候特點(diǎn)、資源能源及人文特征入手，希望找到適合鄂爾多斯地區(qū)發(fā)展生態(tài)建筑的策略，為實(shí)踐提供一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑；建筑設(shè)計(jì)；應(yīng)用策略

1人、建筑、環(huán)境的相互依存關(guān)系

c建設(shè)，每一個(gè)建筑都消耗著各種資源，如何平衡這一關(guān)系，已成為人類(lèi)不得不面對(duì)問(wèn)題。另一方面，環(huán)境不同，對(duì)建筑也產(chǎn)生了極大影響。如在我國(guó)緯度較高的東北地區(qū)，太陽(yáng)入射角很小，冬季漫長(zhǎng)，建筑朝向注重爭(zhēng)取更多的太陽(yáng)輻射，避免相互遮擋，形成了東北大院；華南亞熱帶地區(qū)，夏季在副熱帶高壓控制下，空氣濕度大，熱量不易散發(fā)，因此，該地區(qū)的宅院的主要目的為遮陰、避陽(yáng)，建筑物間距盡可能縮小，借助建筑間互相遮擋獲得較大的陰影區(qū)，因此這一地區(qū)的合院就演變成了明堂；而熱帶地區(qū)合院民居的院落演變?yōu)樾⌒〉牟晒馓炀?。除了采暖、遮?yáng)、通風(fēng)等基本功能外，即使在同一氣候區(qū)其他條件的變化，也使得建筑的構(gòu)造形式或功能處理也存在一定的差異，如水文、地質(zhì)、人文等條件的不同。因此人類(lèi)既不能無(wú)休止地因建筑而消耗其他資源，也不能用一種建筑和構(gòu)造形式去適應(yīng)所有地區(qū)，因而這就需要從具體情況出發(fā)，根據(jù)不同地區(qū)的地理狀況、氣候溫度、資源環(huán)境、生產(chǎn)力水平、人文特質(zhì)等因素來(lái)考慮建筑的空間布局、能量轉(zhuǎn)換、材料結(jié)構(gòu)、建造技術(shù)手段等要素。

2生態(tài)建筑要點(diǎn)

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯地區(qū)環(huán)境的分析，得出其以高原、山地結(jié)合等地形地貌為特點(diǎn)，具有風(fēng)大沙多，雨雪較少而集中，空氣干燥，冬季漫長(zhǎng)夏季短促，夏季陽(yáng)光充足的氣候特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，能源豐富且儲(chǔ)備量大，游牧與定居的雙重人文特征。在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能尊重和保護(hù)留有原生態(tài)要素，維護(hù)其完整性，使建筑環(huán)境與自然環(huán)境融合共生；建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循整體有序、平衡、循環(huán)再生的原則，實(shí)現(xiàn)低能耗，從而降低自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量輸出；環(huán)境氣候的變化也對(duì)地方文化的發(fā)展有深刻影響，甚至地域文化是在千百年來(lái)環(huán)境氣候的影響下形成的。

3鄂爾多斯地區(qū)生態(tài)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)策略

3.1風(fēng)對(duì)建筑形體的影響和利用。環(huán)境氣候的變化也對(duì)地方文化的發(fā)展有深刻影響，甚至地域文化是在千百年來(lái)環(huán)境氣候的影響下形成的。草原蒙古包就是反映建筑形體與風(fēng)環(huán)境關(guān)系最生動(dòng)的例子。蒙古包的形體是智慧的蒙古族人在長(zhǎng)期的游牧生活中創(chuàng)造出的一種獨(dú)特的建筑形式，被稱(chēng)為哈那墻的木龍骨，它可以輕松打開(kāi)與合攏，便于移動(dòng)安裝的同時(shí)保持了極輕的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，在受到風(fēng)荷載的時(shí)候，依靠自身的彈性抵抗風(fēng)力，整體性的支撐結(jié)構(gòu)及曲線的表現(xiàn)隨風(fēng)力的變化而出現(xiàn)彎曲，可以較好地化解風(fēng)對(duì)建筑的影響。蒙古包圓形的平面與類(lèi)錐形的屋頂在獲得最大空間的同時(shí)圍合成較少的外表面積，多曲率的形體也減弱或化解了風(fēng)的不利影響，是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)利用整體結(jié)構(gòu)和形體選擇適應(yīng)環(huán)境的完美建筑，多年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外建筑學(xué)界熱衷的研究對(duì)象。此外建筑還可以利用特殊的地形、植被等減少風(fēng)對(duì)建筑的不利影響，如遮擋、覆土、設(shè)置風(fēng)障等。總的來(lái)說(shuō)，鄂爾多斯地區(qū)寒冷，受開(kāi)窗面積不宜過(guò)大、建筑平面盡量規(guī)整的節(jié)能要求影響，建筑的形式受到較大的制約，如此一來(lái)，利用更為有效的通風(fēng)方式不僅可以使建筑從形式中解放出來(lái)，如設(shè)置可調(diào)節(jié)的通風(fēng)口、利用風(fēng)井、中庭等空間來(lái)組織通風(fēng)，高效的同時(shí)使建筑產(chǎn)生豐富多樣的建筑形式，也有效控制了風(fēng)大、沙多等不利因素的困擾，并且風(fēng)井、中庭等空間與其他外在條件的組合也可為建筑帶來(lái)眾多的附加效益，如除沙、過(guò)濾、加濕、加熱或冷卻空氣等，起到了“自然空調(diào)”的效果。多數(shù)情況下，建筑通風(fēng)是比較復(fù)雜的，由于風(fēng)是受溫度差及氣壓差所產(chǎn)生，研究建筑通風(fēng)的前提就必須了解風(fēng)流動(dòng)的特點(diǎn)及規(guī)律，這其中主要有熱壓通風(fēng)、風(fēng)壓通風(fēng)、混合通風(fēng)等。（1）熱壓通風(fēng)：理論上建筑物的通風(fēng)口滿足進(jìn)風(fēng)口低于出風(fēng)口時(shí)就會(huì)形成熱壓通風(fēng)。利用熱空氣上升的原理，在建筑較低地方設(shè)通風(fēng)口可將上升的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部較低的通風(fēng)口被吸入。通風(fēng)的效果與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān)，室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大，則熱壓作用越明顯，這種的通風(fēng)方式常用于有足夠高的室內(nèi)空間，如廠房、體育館等。（2）風(fēng)壓通風(fēng)：風(fēng)壓通風(fēng)是指風(fēng)在吹向建筑時(shí)，建筑的迎風(fēng)面會(huì)承受正壓力，受建筑的遮擋風(fēng)會(huì)在繞過(guò)建筑的同時(shí)在各個(gè)側(cè)面及背面產(chǎn)生負(fù)壓。如果利用建筑設(shè)計(jì)在不同方向的表面設(shè)置不同的通風(fēng)口，或利用形體設(shè)計(jì)控制通風(fēng)的形式，就會(huì)放大或減小這種通風(fēng)的效果。在鄂爾多斯地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)寒冷，傳統(tǒng)民居建筑中往往會(huì)在南向開(kāi)較大的窗戶(hù)以獲得冬季的日照，北側(cè)的窗戶(hù)非常小，以減少冬季散熱，而夏季則有涼爽的“穿堂風(fēng)”，就是利用了不同迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓差，設(shè)置不同的大小洞口，很好地滿足了冬季的保溫與夏季的通風(fēng)需求。（3）混合通風(fēng)：在日常的生活中，建筑熱壓通風(fēng)與風(fēng)壓通風(fēng)常常是一起出現(xiàn)的，兩種作用相互疊加，相互影響，有時(shí)會(huì)放大通風(fēng)的效應(yīng)，有時(shí)則會(huì)相互抵消。由于風(fēng)壓受季節(jié)、風(fēng)向、環(huán)境、建筑物外形等影響，風(fēng)壓與熱壓的通風(fēng)作用會(huì)呈現(xiàn)千變?nèi)f化的效果，并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。如夏季在利用“穿堂風(fēng)”形成通風(fēng)效果時(shí)，要注意建筑的迎風(fēng)面要與夏季主導(dǎo)風(fēng)向形成一定的角度且不宜小于45度，群體建筑的布局也應(yīng)優(yōu)先考慮錯(cuò)列式、斜列式等布置方式。在鄂爾多斯這樣的寒冷地區(qū)還應(yīng)該考慮冬季通風(fēng)口的保溫措施。3.2“煙囪”效應(yīng)的利用。傳統(tǒng)的煙囪是利用氣壓在空間中產(chǎn)生“抽拔”效應(yīng)的典范，這在鄂爾多斯地區(qū)乃至北方都極為普遍。同時(shí)這一形式的意義也包括氣井、風(fēng)井、通風(fēng)塔等多種建筑元素。在鄂爾多斯地區(qū)受氣候和地區(qū)習(xí)慣的影響，夏季室內(nèi)空氣干燥，冬季則很少開(kāi)窗通風(fēng)，很難保證室內(nèi)空氣的舒適性。如果將氣井、風(fēng)井等要素引入建筑中，不僅可保證室內(nèi)的新鮮空氣流通，在釆取一定的控制措施下，還可解決室內(nèi)舒適性的問(wèn)題，如在一些公共建筑中利用形體設(shè)計(jì)將風(fēng)引入地下，冷卻的風(fēng)帶著地下潮濕的空氣通過(guò)風(fēng)井進(jìn)入室內(nèi)，起到室內(nèi)通風(fēng)及加濕的效果；冬季如果在建筑外墻設(shè)置有氣流控制閥的通風(fēng)口，經(jīng)過(guò)風(fēng)井將新鮮空氣導(dǎo)入地下室升溫后再進(jìn)入室內(nèi)，即使在冬季保證門(mén)窗氣密性的情況下也可保持室內(nèi)自然通風(fēng)。可將風(fēng)井分為進(jìn)風(fēng)井和出風(fēng)井兩種類(lèi)型（見(jiàn)圖1）。3.3建筑中庭設(shè)計(jì)。（1）中庭的產(chǎn)生。受地區(qū)氣候的影響（冬季漫長(zhǎng)、氣溫低），這就對(duì)建筑內(nèi)部空間環(huán)境的舒適性提出較高的要求。中庭空間的引入，一方面，增加了室內(nèi)、外空間的多樣性，減少了外部空間舒適度較低的遺憾；另一方面，在節(jié)約城市用地及節(jié)能的要求下，建筑的進(jìn)深不斷加大，而建筑的外界面的量與空間的量存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，外界面過(guò)剩則產(chǎn)生資源與能源的浪費(fèi)，尤其是對(duì)于寒冷地區(qū)；外界面不足時(shí)，受經(jīng)濟(jì)技術(shù)手段的制約（如采光、通風(fēng)與建筑結(jié)構(gòu)之間的矛盾）就會(huì)提出為改善內(nèi)部環(huán)境而進(jìn)行的人工補(bǔ)償。這樣中庭就成為建筑內(nèi)部空間體量擴(kuò)大后，舒適度降低和外界面不足而進(jìn)行協(xié)調(diào)的結(jié)果。中庭的形式主要有圍合型與周邊型（見(jiàn)圖2）。（2）中庭對(duì)外界環(huán)境的冷熱緩沖作用。建筑中中庭的引入起到了對(duì)外界環(huán)境的冷熱緩沖作用，中庭相當(dāng)于建筑的溫度調(diào)節(jié)器，夏季，頂部開(kāi)有天窗的中庭由于煙囪效應(yīng)加強(qiáng)了室內(nèi)通風(fēng)的效果，帶走室內(nèi)熱量；冬季封閉中庭的“溫室效應(yīng)”又可以降低建筑的能耗。但鄂爾多斯地區(qū)由于晝夜溫差較大，夏季的中庭室內(nèi)的通風(fēng)效果得到了加強(qiáng)，冬季的夜晚中庭會(huì)由于較高空間會(huì)將室內(nèi)熱量向屋頂聚集，消耗更多的熱量，所以該地區(qū)的中庭設(shè)計(jì)體量不應(yīng)過(guò)大。（3）促進(jìn)自然通風(fēng)。中庭的存在相當(dāng)于減少了建筑的進(jìn)深，恰當(dāng)?shù)男问娇捎行Т龠M(jìn)自然通風(fēng)，同時(shí)結(jié)合局部的水體，有利于調(diào)整內(nèi)部環(huán)境的舒適性，但中庭設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮中和面效應(yīng)的不利影響。在壓差的作用下，空氣經(jīng)過(guò)中和面以下的洞口從室外流入中庭，再?gòu)闹泻兔嬉陨系亩纯诹鞯绞彝?。在某些情況下利用中庭煙囪效應(yīng)只能對(duì)建筑的一部分房間實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，為避免污濁空氣的回灌，上層房間與中庭相鄰的窗口應(yīng)關(guān)閉，或者將通風(fēng)窗像煙囪一樣高高地頂出屋面，通過(guò)提高出風(fēng)口的高度來(lái)提升中和面高度，從而強(qiáng)化中庭的通風(fēng)效果。（4）中庭中的水。中庭中水的引入，一方面，活化了空間，使其更具趣味性，另一方面，處于氣候較干燥地區(qū)，水可以為建筑內(nèi)部增加一定濕度，從而提高了建筑內(nèi)部的舒適性。3.4建筑能耗的高效性。受鄂爾多斯地區(qū)氣候特點(diǎn)的影響，建筑的圍護(hù)體系包括墻體、門(mén)窗、屋頂與地面等，對(duì)此可釆取以下生態(tài)策略。（1）墻體保溫技術(shù)。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體所占比重最大，冬季通過(guò)墻體流失的熱量，研究表明約為建筑總散熱量的20%，這樣單一的材料很難滿足室內(nèi)環(huán)境舒適的要求，需要通過(guò)與其他材料結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)保溫的目的。復(fù)合墻體保溫主要有三種形式：內(nèi)保溫、夾心保溫和外保溫三種。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)采用輕質(zhì)高效的玻璃棉、巖棉、聚苯板等作為保溫材料。而加氣混凝土既可作為承重墻體結(jié)構(gòu)，也可兼作保溫結(jié)構(gòu)。在一般墻體材料中，加氣混凝土是可以滿足50%節(jié)能要求的外墻保溫材料，但大多外墻材料還需要結(jié)合保溫材料來(lái)達(dá)到節(jié)能目的。目前，該地區(qū)比較成熟的做法是在空心磚、混凝土空心砌塊或鋼筋混凝土外做聚苯板薄抹灰系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）在特殊的構(gòu)造部位采用保溫砂漿處理，來(lái)達(dá)到保溫隔熱的目的。雙層墻，這種墻體由內(nèi)外雙層墻和中間的可調(diào)節(jié)百葉組成。夏季內(nèi)層可開(kāi)啟，允許自然通風(fēng)；春季由在兩層之間的百葉墻面調(diào)節(jié)；到了冬季，百葉窗關(guān)閉阻擋寒風(fēng)的進(jìn)入。兩層通氣幕墻系統(tǒng)具有非常大的節(jié)能能力，對(duì)提高幕墻的保暖、降噪等功能起很大的作用。（2）門(mén)窗技術(shù)策略。門(mén)窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中影響室內(nèi)熱環(huán)境和建筑耗能的重要因素，研究表明門(mén)窗的耗能占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%～50%。這一地區(qū)的門(mén)窗設(shè)計(jì)策略中應(yīng)主要考慮窗墻比設(shè)計(jì)和窗的材料選用。建筑物開(kāi)窗過(guò)小不能滿足采光與通風(fēng)的要求，過(guò)大則造成能源的浪費(fèi)，經(jīng)研究，我國(guó)的建筑規(guī)范中給出了不同類(lèi)型建筑不同朝向的窗墻比（見(jiàn)表1）。門(mén)窗材料選擇方面采用保溫玻璃，如雙層玻璃、中空玻璃、鍍膜玻璃、熱反射玻璃、Low-E玻璃等。（3）屋面技術(shù)策略。屋面既承受各種荷載的作用，還要抵御各種環(huán)境變化對(duì)建筑內(nèi)部空間熱環(huán)境的不利影響，主要體現(xiàn)在屋面的熱工性能上。屋面保溫應(yīng)選擇密度大、傳熱系數(shù)較低的保溫材料，應(yīng)優(yōu)先考慮就地取材，減少運(yùn)輸?shù)哪芎?。從傳統(tǒng)民居可看出，長(zhǎng)短坡屋頂這一形式有利于防水、防裂、防滲，同時(shí)由于南向屋頂面積較大能接收較多的太陽(yáng)輻射，能更好地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；而北向的屋頂面積較小，從而減少了冬季的熱損失。屋頂綠化可以起到保溫保濕、減噪消毒、凈化空氣，吸附周?chē)念w粒和懸浮塵的作用。屋頂綠化還有保護(hù)建筑物的作用，植被覆滿的屋頂能吸收夏季陽(yáng)光的輻射所帶來(lái)的熱量，可以阻擋屋頂面層溫度攀升，免去輻射強(qiáng)烈所引發(fā)的熱脹冷縮和風(fēng)沙侵蝕，從而保護(hù)頂面而得以延長(zhǎng)建筑物壽命。在我國(guó)北方冬天花草樹(shù)木枯死，氣候干燥，保溫性能顯現(xiàn)；而夏季經(jīng)過(guò)綠化后的屋頂可明顯降低建筑物周?chē)h(huán)境溫度。3.5太陽(yáng)能技術(shù)太陽(yáng)墻被美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）評(píng)為與蒸汽機(jī)、電燈、汽車(chē)、電腦等過(guò)去兩個(gè)世紀(jì)最有意義的八十件發(fā)明之一，是一項(xiàng)用于提供經(jīng)濟(jì)適用的采暖通風(fēng)解決方案的太陽(yáng)能高科。技新技術(shù)（見(jiàn)圖4）。太陽(yáng)墻全新通風(fēng)供暖系統(tǒng)核心組件是太陽(yáng)墻板。太陽(yáng)墻板表面鍍有一層熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%的高科技涂層，并在板上穿有許多微小孔縫，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)和加工處理制成的，能最大限度地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能。太陽(yáng)墻板是太陽(yáng)墻系統(tǒng)的外表皮，安裝后與傳統(tǒng)的金屬幕墻相似，并且有多種色彩選擇，可與建筑形成較好的協(xié)調(diào)效果。太陽(yáng)墻系統(tǒng)的工作原理：將室外新鮮空氣經(jīng)太陽(yáng)墻系統(tǒng)加熱后由風(fēng)機(jī)泵入室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁空氣，起到供暖和通風(fēng)的雙重效果。在德國(guó)，政府為了體現(xiàn)在可再生能源利用中的表率作用，德國(guó)政府大力提倡在政府項(xiàng)目中使用太陽(yáng)墻系統(tǒng)為建筑提供采暖，并把建筑的節(jié)能和減少運(yùn)行費(fèi)用作為考慮的頭等大事之一。建筑設(shè)計(jì)關(guān)注的問(wèn)題不僅僅是如何在建筑中使用可再生能源，還是要更多地考慮如何能將太陽(yáng)能系統(tǒng)與建筑立面有機(jī)結(jié)合。太陽(yáng)墻系統(tǒng)作為建筑的可再生能源系統(tǒng)，除了具有供熱量大、二氧化碳減排量大的優(yōu)點(diǎn)，還具有無(wú)需維護(hù)和無(wú)運(yùn)動(dòng)部件等特點(diǎn)。太陽(yáng)墻系統(tǒng)在夏季可以為建筑起到遮陰的作用，相比沒(méi)有太陽(yáng)墻覆蓋的墻面低5℃左右，間接地為空調(diào)節(jié)約了能源。由于太陽(yáng)墻系統(tǒng)增加了墻面的隔熱系數(shù)，可使室內(nèi)冬暖夏涼，這是其他采暖設(shè)施無(wú)法比擬的。太陽(yáng)墻技術(shù)目前已廣泛使用于加拿大、美國(guó)、歐洲及日本的住宅、廠房、學(xué)校、辦公樓等不同用途的建筑上。它已榮獲多項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，并被美國(guó)能源部評(píng)為先進(jìn)節(jié)能供暖技術(shù)發(fā)明。鄂爾多斯地區(qū)作為先行先試推動(dòng)內(nèi)蒙古生態(tài)文明建設(shè)經(jīng)濟(jì)的示范區(qū)，建筑項(xiàng)目利用獨(dú)特的綠色能源，有著極為重要的示范意義及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)測(cè)算，安裝1m2太陽(yáng)墻板需要1600元，安裝1m2玻璃幕墻需要800元左右（高檔的玻璃幕墻造價(jià)可達(dá)1000元/m2以上），用太陽(yáng)墻板代替玻璃幕墻只需要多花800元。而太陽(yáng)墻板在冬季會(huì)以每天3.9元的回報(bào)速度來(lái)回饋用戶(hù)，以此速度來(lái)計(jì)算只需要205d便能收回太陽(yáng)墻板的投資。太陽(yáng)墻板的使用壽命在30年以上，無(wú)須維護(hù)，按每年能源價(jià)格上漲幅度為3%、通貨膨脹率為2.5%、銀行折現(xiàn)率(長(zhǎng)期)為9%來(lái)計(jì)算，太陽(yáng)墻系統(tǒng)在30年內(nèi)給業(yè)主帶來(lái)的平均投資回報(bào)率為17.5%。同時(shí)每百平方米太陽(yáng)墻會(huì)減少二氧化碳排放約40t，對(duì)環(huán)保和社會(huì)的效益貢獻(xiàn)巨大。

4結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)鄂爾多斯地區(qū)的環(huán)境特征，從風(fēng)對(duì)建筑形體的影響和，“煙囪”效應(yīng)的利用，建筑中庭設(shè)計(jì)，建筑能耗的高效性，太陽(yáng)能技術(shù)利用這五個(gè)方面綜合分析了在特定的環(huán)境下，建筑設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的回應(yīng)。呼吁在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能尊重和保護(hù)留有原生態(tài)要素，維護(hù)其完整性，使建筑環(huán)境與自然環(huán)境融合共生，并遵循整體有序、平衡、循環(huán)再生的原則，實(shí)現(xiàn)低能耗，降低自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量輸出，增加社會(huì)效益。

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作者:朱青松 鄭玉彬 單位:1.內(nèi)蒙古集智建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司 2.鄂爾多斯市城市地理信息中心