馬 冉 劉俊延

(三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

0 引言

生態(tài)建筑學(xué)的概念是20世紀(jì)60年代西方國(guó)家為應(yīng)對(duì)世界能源危機(jī)提出的，其核心內(nèi)容是運(yùn)用建筑學(xué)和生態(tài)學(xué)的原理，合理組織建筑、人與自然三者的關(guān)系，以獲得生態(tài)平衡的人居環(huán)境[1]。我國(guó)生態(tài)建筑的工程實(shí)踐還處于探索階段，且多為對(duì)西方先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的引用，如北京能源中心樓、深圳萬(wàn)科中心等，然而因其對(duì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、設(shè)備的要求較高，在我國(guó)居住建筑中的推廣受到限制。

受古代“天人合一”哲學(xué)思想的影響，中國(guó)傳統(tǒng)民居的建造，始終是以尊重自然為前提的，它的發(fā)展是人們長(zhǎng)期適應(yīng)自然的結(jié)果。用不同的建筑形式、材料和空間布局，以積極應(yīng)對(duì)不同的氣候環(huán)境，是值得現(xiàn)代居住建筑借鑒的低技術(shù)生態(tài)設(shè)計(jì)手法。

1 傳統(tǒng)民居生態(tài)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

1.1 選址與室外環(huán)境

中國(guó)傳統(tǒng)民居在選址上的理念主要表現(xiàn)為建筑風(fēng)水學(xué)，其實(shí)質(zhì)是利用建筑學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、地理學(xué)、景觀(guān)學(xué)等一系列原理，對(duì)自然地理環(huán)境的各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和選擇，并采取相應(yīng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)措施，以創(chuàng)造宜居的建筑環(huán)境。以建筑選址中“背山面水”的風(fēng)水觀(guān)為例，從氣候?qū)W的角度來(lái)分析，這種選址布局既能依托自然山體阻擋冬季的北風(fēng)，又能在夏季迎向南向季風(fēng)，同時(shí)滿(mǎn)足建筑向陽(yáng)且靠近水源的需求。

傳統(tǒng)民居在室外環(huán)境的處理方面，也充分體現(xiàn)了對(duì)自然的尊重。首先，由于技術(shù)手段的限制，在場(chǎng)地處理中盡量減少對(duì)地表的改變，以吊腳樓為例，其通過(guò)吊腳的形式對(duì)復(fù)雜的地形環(huán)境的處理，是積極應(yīng)對(duì)自然環(huán)境的方式；其次，傳統(tǒng)民居中大量的景觀(guān)綠化，在美化居住環(huán)境、調(diào)節(jié)居住區(qū)微氣候等方面起到一定作用。

1.2 建筑形式與布局

我國(guó)傳統(tǒng)民居建筑形式豐富多樣，在遠(yuǎn)古時(shí)期就有為適應(yīng)北方寒冷干燥氣候環(huán)境的半地穴式房屋，和為適應(yīng)南方濕熱氣候、有利于通風(fēng)防潮的干欄式建筑。其在不斷發(fā)展和演變過(guò)程中逐漸形成清晰的地域特征，較有代表性的是北方的合院式建筑和南方的廳井式建筑。北方合院式布局建筑間距相對(duì)開(kāi)敞，有利于獲得較大的太陽(yáng)輻射熱，且立面形式相對(duì)簡(jiǎn)單，建筑形體系數(shù)低，以降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失。而在夏熱冬暖地區(qū)，建筑以夏季隔熱為主，注重遮陽(yáng)和通風(fēng)，進(jìn)而形成了廳井式建筑布局，同時(shí)結(jié)合廊道、綠化遮陰等方式降低室外活動(dòng)空間的太陽(yáng)輻射(見(jiàn)圖1，圖2)。

1.3 建筑構(gòu)造和材料選擇

在建筑構(gòu)造處理上，傳統(tǒng)民居通過(guò)對(duì)建筑屋頂、外墻、遮陽(yáng)、通風(fēng)的不同構(gòu)造手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)良好的保溫、隔熱、防潮、防水等的要求。1)通過(guò)對(duì)屋頂?shù)臉?gòu)造選型，以應(yīng)對(duì)不同地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)。如在北方寒冷地區(qū)，一般采用坡度較大的屋頂來(lái)對(duì)抗大雪積壓，而在南方炎熱地區(qū)，則多用大檐屋頂來(lái)達(dá)到遮陽(yáng)的目的；2)通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱設(shè)計(jì)，以形成較好的室外熱環(huán)境；3)采用合理的外窗形式和遮陽(yáng)構(gòu)造，以滿(mǎn)足建筑采光、通風(fēng)和遮陽(yáng)的要求。

受古代交通運(yùn)輸方式的限制，各類(lèi)民居在營(yíng)建過(guò)程中具備一個(gè)共同點(diǎn)，即就地取材。就地取材可以有效的節(jié)約運(yùn)輸成本，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。根據(jù)建造材料的不同，傳統(tǒng)民居可分為夯土建筑、木構(gòu)建筑、石構(gòu)建筑和竹構(gòu)建筑、海草建筑等，充分體現(xiàn)出建造者的智慧。以膠東海草房為例，沿海地區(qū)的人們利用水生植物海草建造房屋，除了具有防霉防蛀、防火耐久的特點(diǎn)，還具有很好的保溫隔熱的作用，同時(shí)，海草還具有產(chǎn)量豐富、無(wú)毒無(wú)害，易于分解的特點(diǎn)，是適宜環(huán)境的選擇[2]。

2 現(xiàn)代居住建筑節(jié)能現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)代居住建筑形式包括農(nóng)村住宅、單元式住宅、別墅、公寓等，其平面布局多為對(duì)外封閉而向內(nèi)開(kāi)敞的形式，建筑結(jié)構(gòu)以磚混和鋼筋混凝土為主。既有居住建筑在生態(tài)節(jié)能方面有兩個(gè)普遍問(wèn)題：第一，與傳統(tǒng)民居相比，各地居住建筑在設(shè)計(jì)、建造、選材等方面形成模式化，建筑形式基本趨同，其與氣候環(huán)境、地域文化的關(guān)聯(lián)性越來(lái)越小。第二，現(xiàn)代居住建筑在運(yùn)行中，其降溫采暖主要依靠設(shè)備主動(dòng)供能來(lái)實(shí)現(xiàn)，舒適度要求越高則相應(yīng)帶來(lái)越來(lái)越高的能量消耗。

3 案例研究

3.1 建筑現(xiàn)狀

本項(xiàng)目位于宜昌市某別墅區(qū)(見(jiàn)圖3)，建筑布局為北偏東約30°，沿東西向道路規(guī)整排列，每棟建筑單體由兩戶(hù)住宅單元組合而成。

本文以別墅區(qū)內(nèi)的5號(hào)樓為例進(jìn)行改造研究(見(jiàn)圖4)。5號(hào)樓現(xiàn)為一棟3層別墅，由左右兩戶(hù)住宅單元組合而成，兩戶(hù)住宅單元平面布局相同。一樓為起居室及廚房、餐廳；二樓設(shè)置主臥、次臥；三樓結(jié)合露臺(tái)布置活動(dòng)室。屋頂為約14°的坡屋頂形式。

3.2 氣候特點(diǎn)

宜昌市位于湖北省西南部，在建筑熱工氣候分區(qū)中屬于夏熱冬冷地區(qū)，建筑以夏季隔熱為主，兼顧冬季保溫，且空氣濕度大。既有建筑冬季供暖和夏季制冷均以空調(diào)為主，舒適性較差。

3.3 傳統(tǒng)生態(tài)技術(shù)的選用

受規(guī)劃用地等諸多客觀(guān)因素的限制，傳統(tǒng)民居在建筑選址及建筑形式上的生態(tài)理論并不適用于本項(xiàng)目，本項(xiàng)目生態(tài)改造主要探討建筑空間布局、構(gòu)造及選材等方面對(duì)傳統(tǒng)民居的生態(tài)理念的借鑒。

3.3.1建筑朝向

根據(jù)宜昌市風(fēng)向特點(diǎn)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)和南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)和東北風(fēng),故北偏東約30°的平面布局形式并不適合建筑夏季通風(fēng)降溫、冬季保暖隔熱的需求。本方案節(jié)能改造將建筑朝向改為向北偏西約30°～60°角(見(jiàn)圖5)，此朝向更有利于建筑取得良好的通風(fēng)條件。

3.3.2平面布局

在平面布局上，將原南北面錯(cuò)開(kāi)的開(kāi)窗形式改為南北面正對(duì)的形式(見(jiàn)圖6)，以組織良好的穿堂風(fēng)，以彌補(bǔ)底層建筑在通風(fēng)上的劣勢(shì)。

3.3.3建筑構(gòu)造

本建筑屋頂形式包含坡屋頂和位于3層的平面露臺(tái)。對(duì)于坡屋頂，考慮借用古代重檐的做法，設(shè)置屋頂通風(fēng)夾層(見(jiàn)圖7)，利用熱壓通風(fēng)帶走夾層中的太陽(yáng)輻射熱。對(duì)于3層的平面露臺(tái)，則考慮做屋頂綠化處理，利用綠植對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收，抵抗夏季高強(qiáng)度太陽(yáng)輻射對(duì)室內(nèi)環(huán)境的不良作用，同時(shí)營(yíng)造怡人的景觀(guān)環(huán)境。

建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)則主要考慮活動(dòng)遮陽(yáng)形式，如傳統(tǒng)民居的可開(kāi)啟木質(zhì)柵格窗，一方面可根據(jù)不同時(shí)段進(jìn)行遮陽(yáng)調(diào)節(jié)，且可以避免眩光，同時(shí)形成一定的造型藝術(shù)。

在建筑通風(fēng)處理方面，除了對(duì)建筑朝向和平面布局加以改進(jìn)外，還應(yīng)注意室外風(fēng)環(huán)境資源，在室外風(fēng)環(huán)境資源相對(duì)匱乏的地區(qū)，可以借助太陽(yáng)能煙囪的熱壓作用來(lái)增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)效果。

4 結(jié)論及展望

中國(guó)傳統(tǒng)民居表達(dá)的建筑物對(duì)所處地域氣候環(huán)境的一種被動(dòng)的、低能耗的正確反應(yīng)，是中國(guó)幾千年智慧的積淀，其在沒(méi)有現(xiàn)代采暖空調(diào)技術(shù)、幾乎不需要運(yùn)行能耗的條件下，創(chuàng)造出了相對(duì)適宜的室內(nèi)外物理環(huán)境，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要借鑒意義。與高技術(shù)生態(tài)建筑相比，鄉(xiāng)土化的生態(tài)建筑形式是更適合我國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的生態(tài)建筑形式，具有較強(qiáng)的研究和實(shí)踐意義。