陜西土木建筑網(wǎng)首頁 > 學(xué)術(shù)研究 > 課題研究 > 淺談生態(tài)智能建筑的設(shè)計(jì)

摘要：現(xiàn)代建筑體的特征是高度綜合性、技術(shù)性、藝術(shù)性和很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，智能和生態(tài)是今日社套對(duì)建筑材料的兩大需求，在實(shí)際中必須配合互補(bǔ)，不能顧此失彼，智能建筑設(shè)計(jì)與同時(shí)具有智能、生態(tài)功能的建材的使用，會(huì)出現(xiàn)一種全新的生態(tài)智能建筑。文章對(duì)如何進(jìn)行生態(tài)智能建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜述。...

淺談生態(tài)智能建筑的設(shè)計(jì)

張琦

南京百家湖房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇南京211100

前言

    現(xiàn)代建筑體的特征是高度綜合性、技術(shù)性、藝術(shù)性和很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，它既是一種文化及社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物。又是一種多學(xué)科、新理念、高科技、社會(huì)化、綜合化的大量性物質(zhì)與精神產(chǎn)品。雖然當(dāng)今世界面臨著人口過多。土地資源危機(jī)、生態(tài)環(huán)境惡化、能源短缺等嚴(yán)峻問題，但建造更多、更好的建筑仍是人類現(xiàn)代建筑活動(dòng)的一大趨勢(shì)和潮流。

    智能建筑一語，首次出現(xiàn)于l984年。當(dāng)時(shí)，由美國(guó)聯(lián)合技術(shù)公司(UTC，United Technology Corp．)的一家子公司一聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司(United Technology Building system Corp)在美國(guó)康涅狄格州的哈特福德市改建完成了一座名叫City Place(都市大廈)的大樓，該大樓以當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)來控制空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、防災(zāi)和防盜系統(tǒng)、電梯設(shè)備、通信和辦公自動(dòng)化設(shè)備等，除可實(shí)現(xiàn)舒適性、安全性的辦公環(huán)境外，并具有高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。從此誕生了公認(rèn)的第一座智能建筑。

    自第一座智能大廈誕生后，智能建筑便蓬勃發(fā)展，以美國(guó)和日本興建的最多。日本第1次引進(jìn)智能建筑的概念是在1984年的夏天，10余年來，相繼建成了墅村證券大廈、安田大廈、KDD通信大廈、標(biāo)致大廈、NEC總公司大樓、東京市政府大廈、文京城市中心、NIT總公司的幕張大廈、東京國(guó)際展示場(chǎng)等。在法國(guó)、瑞典、英國(guó)等歐洲國(guó)家和香港、新加坡、馬來西亞等地的智能建筑也方興未艾。

    進(jìn)人21世紀(jì)，人們通過反思自覺認(rèn)識(shí)到人與自然和諧的重要。設(shè)計(jì)理念及文化觀、價(jià)值觀隨之重新調(diào)整。對(duì)智能建筑而言，智能不是目的。而應(yīng)是通過智能使建筑更加符合利于人居、利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求；對(duì)建筑的要求也不僅僅是智能．而是功能、環(huán)保、節(jié)能、藝術(shù)和智能各個(gè)方面的統(tǒng)一。這種新的思維方式，對(duì)建筑提出新的要求，智能概念擴(kuò)展為生態(tài)智能建筑。

    智能和生態(tài)是今13社會(huì)對(duì)建筑材料的兩大需求，在實(shí)際中必須配合互補(bǔ)，不能顧此失彼，智能建筑設(shè)計(jì)與同時(shí)具有智能、生態(tài)功能的建材的使用，會(huì)出現(xiàn)一種全新的生態(tài)智能建筑。這應(yīng)該是智能建筑發(fā)展史上的一個(gè)新的階段，也是21世紀(jì)世界建筑與建材的發(fā)展趨勢(shì)。

    中國(guó)現(xiàn)有建筑總面積400多億m2，預(yù)計(jì)到2020年還將新增建筑面積約300億m2。建筑需用大量土地，在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會(huì)總能耗的30％，使用的建材的生產(chǎn)能耗占l6.7％，用水占城市用水的47％。使用鋼材占全國(guó)用鋼量的30％.水泥占25％。在建筑的建造和使用過程中，切實(shí)做到節(jié)約使用土地、能源、水和材料，做好生態(tài)智能建筑的設(shè)計(jì)，意義和影響十分重大。

1、智能建筑和生態(tài)智能建筑的含義

    智能建筑是20世紀(jì)30年代以來出現(xiàn)的一類新型建筑。它的內(nèi)容與含義隨著科技的發(fā)展也不斷延伸。20世紀(jì)70年代電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使智能建筑進(jìn)人全新境界。至21世紀(jì)初，建筑的智能顯著提高。這主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

    1)數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)綜合了語音、數(shù)據(jù)傳輸及電信傳輸，可以為建筑內(nèi)每個(gè)房間提供通信(傳真、電子郵件)和數(shù)據(jù)處理功能(文字處理、列表、會(huì)計(jì)、貯存、輔助設(shè)計(jì))。

    21自動(dòng)控制系統(tǒng)。電腦、傳感器和控制裝置組成的系統(tǒng)可以有效控制建筑物的各項(xiàng)操作。例如，根據(jù)陽光強(qiáng)弱調(diào)整室內(nèi)燈光明暗，關(guān)閉無人房間的燈源和電器，偵測(cè)并且清除室內(nèi)有毒氣體、濃煙、火災(zāi)和盜警時(shí)采取緊急處理措施，并通告公安、消防部門等等。

    一般來說，智能建筑的定義是指利用系統(tǒng)集成方法．將智能型計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合。所獲得的投資合理、適合信息社會(huì)需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點(diǎn)的建筑物。

    智能建筑通過大量采用信息技術(shù)及設(shè)備從而具有了許多嶄新功能。智能建筑可提供3大方面的服務(wù)功能，即安全性、舒適性和便利高效性(見表l)。智能建筑可以滿足人們?cè)谏鐣?huì)信息化新形勢(shì)下對(duì)建筑物提出的更高的功能需求。

 

    進(jìn)入21世紀(jì)，人們通過反思自覺認(rèn)識(shí)到人與自然和諧的重要。設(shè)計(jì)理念及文化觀、價(jià)值觀隨之重新調(diào)整。對(duì)智能建筑而言，智能不是目的，而應(yīng)是通過智能使建筑更加符合利于人居、利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求：對(duì)建筑的要求也不僅僅是智能。而是功能、環(huán)保、節(jié)能、藝術(shù)和智能各個(gè)方面的統(tǒng)一。生態(tài)建材概念于1988年第一屆國(guó)際材料科學(xué)研究會(huì)首次提出，l992年給予明確定義，l993年國(guó)際建筑協(xié)會(huì)采納使用可以再生、避免高蘊(yùn)能量、破壞環(huán)境的可持續(xù)的建材材料細(xì)則。在全新消費(fèi)概念推動(dòng)下，生態(tài)建材發(fā)展突飛猛進(jìn)。

    生態(tài)建材與傳統(tǒng)建材、新型建材不同之處，在于它不是一種單純建材品種，而是一種”環(huán)境調(diào)和材料”，除作為建筑

材料的基本用途外，還在于維護(hù)人體健康，保護(hù)環(huán)境。生態(tài)智能建筑應(yīng)是一種既保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又使居住舒適健康的建筑，它的目標(biāo)是：

    ①零采暖能耗。對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(含屋面、地板)和絕熱材料進(jìn)行合理利用，有效利用建筑自由熱(含陽光、家用電器、人體代謝、廢熱水等熱回收)，實(shí)現(xiàn)在冬季采暖期平均室外溫度大于等于一9℃時(shí)．保持室溫l8℃和l.0次/h換氣次數(shù)，達(dá)到建筑的零采暖能耗。

    ②造就使人舒適、利于健康的居室小環(huán)境。例如開發(fā)滅菌健康衛(wèi)生材料、電磁波屏蔽材料、防輻射涂料、電致自然光發(fā)生材料、防雷防火材料、能吸收分解甲醛等的光催化媒材料。

    ③應(yīng)用廢棄物或回收物代替部分或全部天然資源，或用新工藝制造。達(dá)零排放。例如和用粉煤灰等工業(yè)廢渣，化學(xué)石膏，免燒或低溫?zé)�成技術(shù)生產(chǎn)砌塊、墻體材料，以天然纖維(稻草麥秸)生產(chǎn)輕型保溫墻體材料。

    ④建筑結(jié)構(gòu)及形狀的改進(jìn)。生態(tài)建筑．尤其輕質(zhì)、絕熱材料的使用，能夠產(chǎn)生傳統(tǒng)建材只能望洋興嘆、無法企及的建筑形式，從而提高建筑的節(jié)能和智能水準(zhǔn)。例如德國(guó)埃森布PWE集團(tuán)總部和杜伊斯堡商促中心大廈形如梭狀透鏡內(nèi)充氬氣，可調(diào)光線、空氣的智能幕墻：比利時(shí)布魯塞爾馬蒂尼大廈可以利用光能、風(fēng)能的建筑,因?yàn)椴捎帽砻骐p層結(jié)構(gòu)，夏日遮用、減少制冷負(fù)荷．冬季采光、預(yù)熱空氣并創(chuàng)造一種垂直日光層疊效應(yīng)，可從室內(nèi)抽排廢氣。

2、生態(tài)智能建筑的設(shè)計(jì)

    2.1充分利用場(chǎng)地資源

    場(chǎng)地的選擇是一種綜合考慮，場(chǎng)地的方位、風(fēng)速和風(fēng)向、地表結(jié)構(gòu)、植被、土壤、水體等都影響其整體狀況。其目的在于在建筑建造過程中和建筑開始使用后盡量減少資源的消耗。最好的環(huán)境開發(fā)應(yīng)使對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地的干擾達(dá)到最小的程度，并與大型運(yùn)輸工具、交通基礎(chǔ)設(shè)施、市政和電訊管網(wǎng)相聯(lián)系。

    新開發(fā)的場(chǎng)地，對(duì)鄰近地產(chǎn)、水域和其它特征的環(huán)境質(zhì)量，肯定會(huì)產(chǎn)生影響。因此在設(shè)計(jì)中要設(shè)法使開發(fā)對(duì)自然系統(tǒng)產(chǎn)生最小的干擾，并積極整合和改善周圍場(chǎng)所的環(huán)境質(zhì)量。

    2.2合理利用太陽能

    應(yīng)保證建筑室內(nèi)外在合適的時(shí)間接受合適的太陽光照。合理設(shè)計(jì)建筑間距，保證每幢建筑物都能最大限度地利用太陽能。在建筑單體設(shè)計(jì)中,采用退臺(tái)處理、降低層高等方法也可有效地縮小建筑間距，提高建筑密度坐落于柏林波茨坦廣場(chǎng)上由理查德-羅杰斯設(shè)計(jì)的戴姆勒·奔馳辦公樓就是在密集的城市環(huán)境中探索建筑低能耗的成功設(shè)計(jì)。

    該建筑群的位置是按照倫佐·皮阿諾所做的詳細(xì)規(guī)劃而確定的，在東北向的條形基地上并置著3棟建筑。面對(duì)如此不利的場(chǎng)地條件，設(shè)計(jì)師卻使得每幢建筑都最大限度地利用太陽能、自然通風(fēng)和自然采光，創(chuàng)造了一個(gè)舒適的、高效節(jié)能的環(huán)境。

    2.3利用外界氣流組織自然通風(fēng)

    外界空氣及氣流連同它的能源潛力實(shí)際中的運(yùn)用主要集中在充分合理解決自然通風(fēng)方面。與其它相對(duì)復(fù)雜、昂貴的技術(shù)相比，自然通風(fēng)(或機(jī)械輔助式自然通風(fēng))是當(dāng)今生態(tài)建筑所普遍采取的一項(xiàng)比較成熟而廉價(jià)的技術(shù)措施。倫佐·皮阿諾設(shè)計(jì)的特杰堡文化中心就是利用風(fēng)壓進(jìn)行自然通風(fēng)的典范之作。

    特杰堡文化中心位于澳大利亞東側(cè)的南太平洋熱帶島國(guó)，最大限度地利用自然通風(fēng)來降溫除濕，便成為適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颍�注重生態(tài)環(huán)境的核心技術(shù)。文化中心由l0個(gè)被皮阿諾稱為“容器”的抽象的棚屋組成，它們高低不等，沿著半島微曲的軸線一字排開，形成不同機(jī)能的3個(gè)村落。貝殼狀的棚屋背向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，在下風(fēng)向處產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力(形成負(fù)壓區(qū)),而在棚屋背面開口處形成正壓，從而使建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動(dòng)。棚屋開放性的外殼將來自海上的風(fēng)傳遞到室內(nèi)，針對(duì)不同風(fēng)速(從微風(fēng)到咫風(fēng))和風(fēng)向，氣流通過天窗百葉的開合和不同方向上百葉的配合得到控制，從而實(shí)現(xiàn)完全被動(dòng)式的自然通風(fēng)，以達(dá)到節(jié)約能源、減少污染的目的。

    2.4圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    提高建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，是節(jié)能設(shè)計(jì)最重要的措施。立面設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地滿足使用者各種要求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)向智能化、生態(tài)化的方向發(fā)展，如同人的皮膚一樣，建筑的外圍護(hù)材料能對(duì)室內(nèi)外變化靈敏地做出反應(yīng),能感覺周圍環(huán)境的冷暖并進(jìn)行能量交換，這要求高度的創(chuàng)造性和革新性。

    位于瑞士巴塞爾，由建筑師赫爾佐格和德梅龍?jiān)O(shè)計(jì)的 SUVA辦公樓，一方面充分利用日光，另一方面滿足建筑師的一個(gè)隨四季變化的立面的設(shè)想。

建筑外立面每層均由3部分組成，由上至下分別為舊光調(diào)節(jié)系統(tǒng)、手控通風(fēng)窗扇、依溫度調(diào)節(jié)的集熱板，它們分別起到折射光線、通風(fēng)和利用太陽能的作用。立面的變化受到日照強(qiáng)度、室外溫度、時(shí)間、風(fēng)力和降雨等因素的影響。通過計(jì)算機(jī)控制，立面的條形玻璃可根據(jù)光線和熱量的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，有時(shí)打開，有時(shí)關(guān)閉，以便合理利用太陽能。通過立面可在調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的同時(shí)，使得光線在室內(nèi)均勻分布，這樣既可以減少人工照明，又能保證操作微機(jī)時(shí)的視覺效果。

    2.5開敞式室內(nèi)空間

    如果要進(jìn)行生態(tài)智能設(shè)計(jì)，建筑中的開敞式空間將在特定的條件下成為一個(gè)有意義的補(bǔ)充。與這個(gè)開敞式空間相連的房聞不僅可以減少一半的熱量流失，同時(shí)可以減少制冷能耗。開敞式空間特別適合充分利用太陽能，并將其功能在建筑物內(nèi)充分?jǐn)U展。根據(jù)使用要求還可以將該開敞式空間設(shè)計(jì)成熱緩沖中庭、邊庭、室內(nèi)花園，以進(jìn)一步改善室內(nèi)小氣候，其本質(zhì)就是一種凹進(jìn)開敞的空間。

3、結(jié)柬語

    建筑材料一直是人類產(chǎn)量最大、用量最多的材料，建筑活動(dòng)也一直是人類基本生產(chǎn)活動(dòng)之一。隨著高新技術(shù)向建材、建筑領(lǐng)域滲透，建筑功能日益多樣，尤其家庭居室已由單一居住功能擴(kuò)展為居住、健康、美術(shù)、工作、購(gòu)物、進(jìn)修、娛樂等綜合功能，而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的生態(tài)智能建筑正成為21世紀(jì)建筑的主流。

參考文獻(xiàn)

【l】西安建筑科技太學(xué)綠色建筑研究中心綠色建筑【M】．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社。1999．

【2】中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專業(yè)委員會(huì)．建筑節(jié)能技術(shù)【M】．北京：中目計(jì)劃出版社，l996．

【3】房志勇，等．建筑節(jié)能技術(shù)【M】．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社。l998．

【4】杰克．格林蘭，建筑科學(xué)基礎(chǔ)【M】西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社．1996．

【5】王景云,建筑物理【M】．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

上一篇： 淺談外墻保溫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及質(zhì)量控制

下一篇： 淺談宏觀調(diào)控新形勢(shì)下如何加快政府投資項(xiàng)目建設(shè)