結(jié)合自然的建筑設(shè)計方案范文

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1“設(shè)計結(jié)合自然”的思想

“設(shè)計結(jié)合自然”最早是由英國建筑師伊恩•麥克哈格在《設(shè)計結(jié)合自然》著作中提出來的。該書是對建筑設(shè)計的最好的指導(dǎo)手冊。書中指出設(shè)計應(yīng)結(jié)合自然，因為結(jié)合自然的設(shè)計比純粹的人為設(shè)計更好、更長久。建筑設(shè)計應(yīng)該參照環(huán)境作為一個基本的選擇方式進行考慮，與環(huán)境匹配，應(yīng)當(dāng)將自然引入建筑，充分利用自然提供的潛力進行設(shè)計，它強調(diào)設(shè)計結(jié)合自然重點在結(jié)合上，我們進行設(shè)計應(yīng)多考慮如何與自然的結(jié)合。建筑大師倫佐•皮亞諾設(shè)計的芝貝歐文化中心是建筑與自然結(jié)合的典范（見圖1），該建筑所在區(qū)域氣候特征：炎熱潮濕，常年多風(fēng)。建筑巧妙地利用建筑外形制造了高壓區(qū)和低壓區(qū)，將外部的自然風(fēng)有效地導(dǎo)入到室內(nèi)，從而在建筑內(nèi)部形成自然風(fēng)，達到降溫除濕的作用。該建筑設(shè)計之初首先考慮了氣候因素，這一因素所構(gòu)建的建筑內(nèi)部空間以及外部造型也因為要適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件而別具韻味。

2設(shè)計結(jié)合自然理念的實踐

建筑從穴居發(fā)展到如今的高樓大廈，有了翻天覆地的變化，然而，建筑最基本的功能是什么呢？老子曰“:鑿戶牖以為室,當(dāng)其無,有室之用。故,有之以為利,無之以為用。”這句話是對建筑的最精辟的概括。有，即建筑的圍護結(jié)構(gòu)，要求它能夠為人們遮風(fēng)避雨，抵擋嚴寒酷暑；無，即建筑的使用空間。要求它能夠為人們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。那么我就從“有”和“無”即室內(nèi)環(huán)境和圍護結(jié)構(gòu)入手來進行建筑設(shè)計。

2.1“無”即室內(nèi)環(huán)境。

項目位于北京地區(qū)，區(qū)域氣候特征：夏熱冬冷。那么如何解決在這種外界環(huán)境影響下的室內(nèi)環(huán)境呢?現(xiàn)在北京大部分用的就是空調(diào)了。的確，空調(diào)能夠改變夏熱冬冷的室內(nèi)環(huán)境，但是它也同時帶來了很大的問題。就拿夏天來說，空調(diào)在降低室內(nèi)的溫度同時，也向室外排出大量的熱。外界的熱也引起室內(nèi)的熱，室內(nèi)越熱，空調(diào)運轉(zhuǎn)的越多，向室外排出的熱越多。從此，室內(nèi)外溫度進入了惡性循環(huán)。除了使用空調(diào)之外，有沒有別的辦法呢？窯洞是延安特有的一種居住形式。在厚厚的土壤覆蓋下，室內(nèi)溫度可以達到冬暖夏涼。地窖是北方人們用來儲存食物的一個土辦法。地窖里夏季涼爽，冬季溫和。從而達到對食物的儲藏。這是什么原因呢？這是人類對地球能量的原始利用。根據(jù)北京地區(qū)土壤溫度隨深度變化的情況，在4m深處土壤溫度年溫度波動幅度已經(jīng)很小。當(dāng)在16m深處時，土壤溫度在工程意義上可視為終年不變。

于是，該項目采用了地下風(fēng)道降溫預(yù)熱系統(tǒng)。冬天室外冷空氣從進風(fēng)口吸入，在運行過程中與土壤中的熱量發(fā)生熱交換而變暖，為室內(nèi)提供經(jīng)過土壤加熱的新鮮自然風(fēng)，在提高室內(nèi)溫度的同時改善冬季不開窗時室內(nèi)的空氣品質(zhì)。夏天室外熱空氣從進風(fēng)口吸入，在運行過程中與土壤中的冷量發(fā)生熱交換而變冷，為室內(nèi)提供經(jīng)過土壤降溫的新鮮自然風(fēng)，在降低室內(nèi)溫度的同時改善夏季不開窗時室內(nèi)的空氣品質(zhì)。

地下風(fēng)道降溫預(yù)熱系統(tǒng)是如何組織到該建筑設(shè)計的呢？首先是取風(fēng)口，室外空氣通過取風(fēng)口進入到地下。取風(fēng)口位置選在了院區(qū)唯一的一個綠化用地，提高了進風(fēng)的質(zhì)量，同時采風(fēng)口指向兩個不同的方向，便于在不同季節(jié)取風(fēng)。接下來，是地下管道。室外空氣通過地下管道與土壤充分接觸，達到夏季降溫冬季預(yù)熱的目的。為了充分利用用地，管道采用了曲折迂回形式，延長了室外空氣與土壤的接觸時間和面積，從而具有更好的降溫預(yù)熱效果。降溫預(yù)熱空氣通過風(fēng)機房進入到地道間。風(fēng)機房位于地道間與地下管道交接處，設(shè)置風(fēng)機、過濾、消毒、除靜電等設(shè)施。風(fēng)機將室外空氣不斷引入到地下管道；過濾、消毒、除靜電設(shè)施用于提高空氣的質(zhì)量。地道間可以理解為存放冷熱空氣的房間，由于地道間斷面比地下管道大了許多，從而讓空氣運動速度緩慢均勻。風(fēng)道的新風(fēng)通過豎向風(fēng)道向上輸送。首先送到地下使用房間。然后，沿著豎向風(fēng)道進入到地上使用空間。在送風(fēng)管道對面設(shè)置兩個回風(fēng)管道。回風(fēng)管道將流過使用空間的空氣引通向屋頂,最終通過屋頂?shù)娘L(fēng)帽排出室外，達到降溫預(yù)熱的目的。

整個過程還需要兩個技術(shù)措施實現(xiàn)空氣的不斷循環(huán)流動。一是置換通風(fēng)。所謂置換通風(fēng)，是指一般在室內(nèi)形成類似活塞流的形式，達到空氣的自然流動。新鮮的空氣由房間底部送入，送入的新鮮空氣像水一樣彌漫了整個房間的底部，然后向上慢慢升起，移動到房間的頂部，由設(shè)置在天花板上或房間頂部的排風(fēng)口排出。二是風(fēng)帽。風(fēng)帽利用太陽能加熱排風(fēng)風(fēng)道頂部，使得熱空氣上升，帶動下面的空氣向上流動。以上是整個地下風(fēng)道降溫預(yù)熱系統(tǒng)的流程(見圖2)。地下風(fēng)道降溫預(yù)熱系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點（:1）節(jié)能：集中地源新風(fēng)系統(tǒng)處理能耗夏季減少約41.7%，冬季減少約32.5%。（2）環(huán)保：新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)在地下3層，便于設(shè)備消聲處理，設(shè)備噪聲對地上影響很小，經(jīng)過較長的豎向管道和風(fēng)口的自然衰減，人耳將感覺不到新風(fēng)的氣流噪聲。（3）安全：新風(fēng)取自地上，雖經(jīng)地下風(fēng)管輸送，但通過紫外殺毒滅菌、初效過濾、中效靜電除塵過濾，進一步去除了細菌病毒的粉塵載體并破壞了細菌病毒細胞，達到對其滅活的目的。（4）合理：新風(fēng)下送進入房間，配合自然對流上排風(fēng)系統(tǒng)達到置換通風(fēng)的效果。人員、燈光、設(shè)備散熱和散濕在熱壓的作用下隨氣流自下而上地自然排出，可吸入顆粒、微生物、室內(nèi)揮發(fā)性有機物等污染物也隨之排除。夏季經(jīng)去濕處理的干燥新風(fēng)吸收了室內(nèi)余濕，保證了房間清新、潔凈、舒適的空氣品質(zhì)，為辦公舒適環(huán)境創(chuàng)造了更好的條件。（5）經(jīng)濟：節(jié)省了可觀的礦物能源成本及其配套成本。集中新風(fēng)機房設(shè)置地下，不占用有商業(yè)價值的地上空間，減少了分層設(shè)置新風(fēng)機房占用的面積和其多出的設(shè)備成本，提高了投資效益。

2.2“有”即維護結(jié)構(gòu)

良好的室內(nèi)環(huán)境，還需要適合的外圍護結(jié)構(gòu)與之相對應(yīng)。北京地區(qū)夏熱冬冷，那么最佳的建筑維護結(jié)構(gòu)模型是：北向，東向，西向，屋頂均為實體墻，南向為玻璃。結(jié)合采光及通風(fēng)的需要盡量在實體墻上面少開窗。該項目東面，西面主體為豎向通風(fēng)道的實體墻，北面采用深的斜向凹槽，實體大于玻璃，南向同樣采用深的斜向凹槽，玻璃的保溫隔熱效果比較差，所以方案采用了雙層呼吸式外窗(見圖3)。夏天將上下控制板打開，在自然風(fēng)循環(huán)對流作用下，帶走雙層玻璃之間空氣的熱量，從而達到降溫的需要；冬季將上下控制板關(guān)閉，陽光加熱雙層玻璃之間的空氣，達到保溫升溫的作用。通過地下風(fēng)道降溫預(yù)熱系統(tǒng)實現(xiàn)對“無”即室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化；通過雙層呼吸式外窗技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)對“有”即維護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。從而滿足建筑使用者舒適度的要求。達到了設(shè)計結(jié)合自然的目標。

3總結(jié)

現(xiàn)代建筑大部分采用商品化的生產(chǎn)技術(shù)，達到標準化、產(chǎn)業(yè)化。這也造成了大江南北建筑風(fēng)貌的趨同化，造成千城一面，城市失去了應(yīng)有的建筑風(fēng)格及特點。而“設(shè)計結(jié)合自然”的建筑設(shè)計強調(diào)的是采用本地的文化、本地的原材料，尊重本地的自然、本地的氣侯條件，這樣在風(fēng)格上完全是本地化，所以產(chǎn)生出新的美學(xué)，就是向大自然索取最小也就是最美。

作者：張建海王皓宇單位：中國中元國際工程公司