生态住宅设计中的技术与方案策略

　　目前，世界各国新型的生态住宅可谓方兴未艾，从可持续发展住区的市场观出发，发展生态建筑在我国也必然是大势所趋。作为国家的重要产业，城镇住宅建设在“十五”期间必将快速发展。所以，如果不抓住时机，及时把“生态理念”引入到住宅设计中，解决住宅节能和住区环境保护问题，则会对社会、经济、环境产生不可挽回的后果。

　　生态住宅设计，指的就是综合运用当代建筑学、建筑技术科学、人工环境学、生态学及其它科学技术的综合成果，把住宅建造成一个小的生态系统，为居住者提供舒适、健康、环保、高效、美观的居住环境的一种设计实践活动。这里所说的“生态”绝非一般意义的绿化，而是一种对环境无害而又有利于人们工作生活的标志。

　　在工程实施过程中，生态住宅涉及的技术体系极其庞大，包括能源系统（新能源与可再生能源的利用）、水环境系统、声环境系统、光环境系统、热环境系统、绿化系统、废弃物管理与处置系统、游憩系统和绿色建材系统等。简单说来，其技术策略主要体现在以下几个方面： 　　

　　１、住区物理环境（声、光、热环境）与能源系统设计，包括建筑规划、建筑单体设计、建筑能源系统的设计等，同时又与绿化设计以及建材的选择息息相关，是当前生态住宅设计中最重要而又最容易被忽视的问题； 　　

　　２、智能化住区，包括信息管理和通讯自动化、物业管理自动化、设备自动化控制、安全防护自动化以及家庭智能化等； 　　

　　３、水资源的节省以及废弃物处理。

　　值得指出的是，由于住宅设计的特殊性和具体性，这里并没有一套一成不变的技术手段。因此本文着重在阐述整体技术策略，并尽可能地从实用角度出发，介绍一些可直接应用于实际工程中的技术手段，以期能给予房地产开发商或设计人员更多的启发。 　　

　　住区物理环境与能源系统设计中的技术策略 　　

　　“生态住宅”中的住宅物理环境设计，指的是按人体舒适要求及当地气候条件，进行可持续建筑设计的系统方法。其实质就是合理调节与处理各种影响住区物理因素（即声光热环境因素，包括空气温湿度、日照、风速，及噪声、采光等），使局部环境朝有利于人体热舒适方向转化，从而提高居室内外物理环境的热舒适质量，以满足适居性要求。而住区能源系统作为人类向自然环境“索取”和“回报”的重要渠道，其设计质量的好坏是评价住区是否是生态住宅的主要标准之一。只有在合理、高效地利用现有能源的基础上，才能再谈其他自然能源的开发利用。 　　

　　从这个思路出发，要实现住宅设计生态化，需综合考虑三个方面的因素：住宅住区规划；建筑单体设计（包括建筑造型、朝向、定位以及细节处理如维护结构材料选择、保温方式、门窗形式等）；建筑物内的环境控制系统设计。本文将从建筑设计、建筑技术细节以及建筑设备与系统三个方面，分别阐述可应用到生态住宅设计中的相关技术。 　　

　　（一）建筑设计 　　

　　1、住区风环境设计 　　

　　建筑物布局不合理，会导致住区局部气候恶化。高层建筑由于单体设计和群体布局不当而导致强风卷刮物体撞碎玻璃的报道屡见不鲜。最为极端的莫过于１９８２年在美国纽约曼哈顿岛世界贸易中心附近一栋高层建筑前的广场上，一位女士在行走时被强风刮倒而受伤。一怒之下向纽约最高法院控告建筑设计和施工的缺点并要求赔偿６５０万美元。　这些事例提醒规划师和建筑师，风环境和再生风环境问题已不容忽视。然而，可能是对室外风环境的预测不够重视或缺乏有效的技术手段，当建筑师们在对建筑住区进行规划时，更为常见的做法是过多地把注意力集中在了建筑平面的功能布置、美观设计及空间利用上，而很少（或仅仅凭经验）考虑高层、高密度建筑群中气流流动情况对人的影响。事实上，良好的室外风环境，不仅意味着在冬季风速太大时不会在住区内出现人们举步维艰的情况，还应该在炎热夏季有利于室内自然通风（即避免在过多的地方形成旋涡和死角）。从这一点上来说，在规划设计中仅仅考虑对盛行风简单设置屏障的做法显然是不够的。 　　

　　在实际的规划设计中，要获得良好的住区风环境有两种方法：一是利用风洞模型进行实验；二是利用计算机数值模拟。风洞模型实验的方法周期长，价格昂贵，尽管结果比较可靠，却难以直接应用于设计阶段的方案预测和分析；数值计算相当于在计算机上做实验，相比于模型实验的方法周期较短，价格低廉，同时还可以形象、直观的方式展示结果，便于非专人士通过形象的流场图和动画了解小区内气流流动情况，是在设计初期推荐使用的工具。 　　

　　2、自然通风 　 　

　　在建筑特别是住宅建筑中，自然通风是最经济和有效的环境调节手段，而建筑物的平面布局、立面设计与三维空间布置等，都对自然通风的可应用性和效果有重要的影响。充分考虑这一影响而进行建筑设计，有效的利用自然通风解决住宅中热舒适性和空气质量问题，在不增加住户的投资的情况下，就能营造一个健康、舒适的居室环境。自然通风的设计目前在国际上是处于比较前沿的课题，虽然还没有归纳总结出系统的设计方法，但已在各类建筑中得到广泛应用。国内外许多著名大学如ＭＩＴ、清华大学等在这方面都进行了多年的深入研究，很多结果可直接应用于此项目。 　　

　　3、绿化、水景设计和防止住区热岛现象 　　

　　住区周围建筑的热环境不仅和气流流动有关系，同时还和住区建筑周围的辐射系统有关。受住宅设计中建筑密度、建筑材料、建筑布局、绿地率和水景设施等因素的影响，住区室外气温有可能出现“热岛”现象。“热岛”现象在夏季的出现，不仅会使人们高温中暑的机率变大，同时还促使光化学烟雾的形成，加重污染，并增加建筑的空调能耗。合理地建筑设计和布局，选择高效美观的绿化形式（包括屋顶绿化和墙壁垂直绿化）及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。 　　

　　由于缺乏对室外环境设计的正确理解，当前住区绿化存在三个主要问题: 　　

　　一是住区绿化模式单调； 　　

　　二是住区绿化功能单一； 　　

　　三是传统文化情趣遗失。 　　

　　此类绿化不仅没有很好起到降温增湿、改善住区热环境的作用，往往还不能完全实现创造空间、美化环境、为人们缔造宜人的生活氛围的功能。特别值得指出的是，生态住宅不等于简单地提高绿化率，如果住区绿化仅仅使用大规模绿地而不考虑与林地、水景设施以及自然通风等手段有效地结合起来，不仅不能充分发挥林地在改善室外热环境方面的巨大作用，还会把大量的金钱浪费在绿地浇灌上，可谓得不偿失。 　　

　　在绿化系统设计中如何改善住区室外环境，除了避免以上误区外，还应做好两个方面的工作：一是合理选择和搭配绿化植物和水景设置，要与整个小区的热环境设计协调起来，除了给人以视觉上的美感外，还应充分发挥植物、水在降低热岛作用、改善住区微气候方面的作用。二是设计中要以人为本，如果绿化设计的最后结果是把人和绿色隔绝开来，仅仅“可以远观而谢绝入内”是不可取的。 　　

　　4、日照、遮阳与采光 　　

　　太阳辐射是影响居室热环境的一个重要因素，同时也是影响住户心理感受的重要因素。遮阳问题是指由于建筑物的外形设计、特别是凸凹变化的外型而引起的建筑围护结构（墙和窗等）实际按受的太阳辐射热量减少的问题。相应的，互遮阳则是指由于建筑群布局而影响到建筑物实际接受的太阳辐射热量减少的问题。 　　

　　自然采光有利于人体健康和提高工作效率。我国北方冬季对自然采光就有严格要求。在住区规划与单体设计中需仔细考虑遮挡和自遮挡对自然采光乃至建筑物的热环境的影响。尽管目前的规范对建筑的日照时间有所规定，但在实际设计中做的还不够。 　　

　　比较好的方法是根据当地地理与气象条件，通过计算机模拟地球公转，根据太阳高度、建筑布局以及单体构造的相对关系来进行建筑群日照、遮阳以及自然采光分析，考察全年不同时刻互遮档与自遮挡的状况，检验是否满足日照和遮阳的要求（如检验是否有不符合国家标准――冬至日1小时日照――的情况发生）。目前许多大学或研究机构都可提供日照、遮阳模拟分析软件及评价工作。 　　

　　5、外围护结构布置 　　

　　这里主要是指外墙和外窗等围护结构的布置，体型系数这一概念并不能充分反映外围护结构对建筑物热环境的复杂影响。实际上，对于不同朝向角和倾角的外墙和外窗，由于当地主导风向的不同而造成的渗透情况的不同，外表面的对流换热系数也相差很大，接受的太阳辐射随着时间变化而千差万别，夜间背景辐射状况也不相同。比较好的解决方法是利用目前国内外比较流行的建筑物能耗模拟软件（如美国的DOE－2，国内的DeST，等等）进行模拟分析，才能得到一个比较合理的方案。 　　

　　6、噪声和污染的防止和控制 　　

　　住区规划应有效地设计防噪系统，如将住区和主要交通干线相隔绝，防止主要交通干线的噪音传过来。污染控制问题也需重视，建筑物内部空气质量不好，一定是与室外空气污染有关，而通过有效的绿化、有效的组织建筑周围气流流动，可以改善室内空气品质。在设计初期，技术人员就应该深入现场进行调研和测试，检验当地的噪声或污染是否符合标准；如果不能满足要求，一定要采取相应的补救措施。如果居室噪声超标，可考虑采用错开设计的双层玻璃窗，既能有效降低噪声，又不影响自然通风的利用。