初探高层建筑内部空间的生态节能问题
时间：2022-10-13 07:44:26
【摘要】（一）高层建筑对环境的影响 高层建筑和摩天大楼是当今所有主要城市普遍存在的形式，巨大的体量、杂的功能，让它在环境中具有举足轻重的影响。高层建筑的环境包括外部环境与内部环...
摘 要：在全球环境日益恶化的今天，人们开始普遍关注生态平衡及可持续发展等一系列问题。本文就高层建筑可持续发展的相关问题作一些探讨，从生态和节能技术的角度对高层建筑的创作作了一定探析。
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、高层建筑与可持续发展的矛盾
随着生产力的飞速发展，人类在适应自然和征服自然上取得了日新月异的成就，但是也付出了高昂的代价—资源的枯竭、环境污染、气候变暖等。
（一）高层建筑对环境的影响
高层建筑和摩天大楼是当今所有主要城市普遍存在的形式，巨大的体量、杂的功能，让它在环境中具有举足轻重的影响。高层建筑的环境包括外部环境与内部环境。外部环境主要是指建筑与城市的关系，尤其是与邻近建筑，道路的关系，由于规划设计失误而造成城市物理环境恶化：高容积率和高密度建筑在诸如日照、电磁辐射、风环境等对城市造成不良影响；高度密集的高层建筑使城市的“热岛效应”日趋增强，加速大气污染向城市中心聚集；高层建筑将大量人员聚集在一起，给城市交通带来巨大的压力。对城市的空间形态，视觉景观、自然生态、交通体系的影响是不容忽视的。内部环境着重指高层建筑为在其中的使用者提供的环境质量，具体包括：空间质量（建筑是否实用与愉快）、技术质量（是否坚固耐久）以及居住质量（气候、光线、声音等居住的舒适性），环境质量直接影响使用者的工作效率，身心健康和生命安全。封闭的高层建筑让人们仿佛居于高空 “樊笼”，导致人与自然的疏离，长时间在空调环境下工作还能引发各种现代办公综合症。
（二）高层建筑对能源的影响
统计表明，建筑耗能占人类总能耗的30%，而高层建筑的耗能可能高达普通建筑的6-8 倍，20 世纪70 年代出现的能源危机为人类敲响了警钟，能源问题已经成为当今世界所面临的严重挑战。
二、高层建筑可持续发展的探索
虽然高层建筑有许多弊端，但它有其他建筑无法比似的优越性：空间高度集中，增加土地利用率，节省土地，并增加城市中心的绿化率。因此，在我们创造出一种可行的替代形式之前，通过设计和建造来改善高层建筑的不利影响就有重要意义。因此，本文从高层建筑的环境和能耗问题出发，从建筑内部空间的角度，进行以可持续发展为目的的生态节能探索。
（一）生态学与高层建筑
生态建筑是指根据当地的自然生态环境，运用生态学和建筑科技的原理，合理的安排组织与其相关因素，使建筑与环境成为一个有机的结合体，同时并有良好的室内气候条件和较强的生活气候调节能力，使人、建筑与自然环境之间形成一个良性循环。
（二）生态建筑在当前的应用
在实现建筑生态化的过程中，技术是不可忽视的因素。目前，学术界对于生态建筑设计有三种看法：1）从建筑所在地域出发，提倡利用本地材料和传统技术的乡土设计手法；2）注重地方性，又适当引入较新技术的折衷主义手法；3）结合当地自然生态条件，充分利用新技术和新材料来解决生态的问题的高技术设计手法。从目前来看，生态高技术建筑还主要集中在欧美发达国家，对于发展中国家来说，由于使用生态高技术的成本和造价问题，尚不能普及，属于未来的发展趋势。前两种类型虽然属于被动式方法，要求建筑师在了解当地自然环境（气候、地型、地貌等）的基础上，学习传统建筑中的生态思想，采用低成本、低造价的使用方法，此种方法具有较经济、易普及的特点，在发展中国家值得推广。例如，印度建筑大师查尔斯·柯里亚通过对印度当地气候的研究，吸收传统建筑中符合生态思想的建造技术，将之应用到现代建筑的设计中，较好的解决了印度干燥气候下建筑的通风和遮阳；马来西亚建筑师杨经文，致力于热带地区高层建筑的节能研究，他的设计运用生物体气候原理，通过对平面布局、造型设计和构造设施等方面的特殊处理，也取得了明显的节能效果。
（三）生态建筑的设计策略探索
生态建筑重在通过设计，努力减少建筑对于自然环境的负面影响，从以下几个方面相互结合，共同实现建筑的可持续发展。
1.服务核位置的合理设置
高层建筑由楼梯、自动扶梯、电梯、货物升降机和所有垂直通道组成的垂直循环系统，成为一个“服务核”设置在建筑中，是高层建筑的最重要部分，如果它停止了工作，那么整个建筑讲无法运作。在设计中，服务核的位置是关健性的因素，它决定了建筑的整体造型、外墙和开窗的部分的位置，从而决定建筑的隔热性能。服务核的位置通常有3 种方式可供选择：中心核、双侧核和单侧核，设计者在服务核布置中，必须结合其他因素考虑太阳光路径和当地风向。在湿热气候中太阳运行的轨迹是东西向的，因此，服务核最好位于建筑的东西两侧，为内部的使用空间提供“隔热带”，阻止阳光的直接射入，增加热量的散发，从而减少空调的负荷。当服务核位于建筑的一侧时，在实墙上开小窗可以为交通厅提供良好的视野和自然通风，避免了中心核（国际式形式）所必需的机械通风和人工照明而产生的大量能耗，同时，与封闭的交通核相比，人们从电梯出来后能立刻欣赏到建筑周围的自然景色，而不是穿过枯燥的封闭式走道直奔办公室，空间的视觉舒适感明显提高。因此，不管服务核布置在一次还是两侧，都可以带来以下两个方面的利处：一是可以使电梯厅、楼梯和卫生间都能得到自然采光和自然通风；二是可以在外部与内部空间之间形成稳定的“缓冲区”。
2.自然通风的有效引导
高层建筑对于风的利用和处置，比一般建筑有其特殊性。高层建筑拥有得天独厚的通风优势，但随着高度的不断增加，建筑上部的风速和风压越来越大，在这种情况下上部直接开窗狂风可能吹袭室内，形成紊流和噪声，而且还会导致建筑与外界热交换迅速增加，不利于建筑中的能量保存，热工能耗增多，这也是众多高层建筑采用全封闭外立面、依赖机械通风系统进行内部空气和温度调节的原因所在。但凡事有利有弊，合理的自然通风设计可以降低成本和节约能源，此外，减少对机械通风和空调系统的需求可以提供一个健康的建筑环境。研究表明，使用自然通风的能耗要比使用空调的能耗减少一半。
对高层建筑进行通风设计，主要考虑服务核的位置设置，和建筑首层、建筑中部、建筑顶层的通风处理。首先，通风设计要结合服务核的位置。前面讲到，合理的服务核布置，为内部的使用空间提供“隔热带”，阻止阳光的直接射入，增加热量的散发，从而减少空调的负荷。其次，高层建筑的首层地面层要特别考虑入口位置的通风引导，湿热气候中更应全部向外开放，让其成为可以引导自然通风的空间，而不是封闭的空间。作为由外到内，由热到冷的过渡空间，还应注意对风雨的防范。开放的地面空间也会鼓励人们的自由进出，增进彼此的交流，使街道的气氛变得亲切宜人。再次，在建筑中部的受热的一侧，可以设置内凹的空间来遮阳，可采用：凹入的窗子，阳台和小尺度的空中庭院。空中庭院可沿建筑的表面任意延伸，形成多层的中庭，充当通风管道，引导自然风进入内部并排除热气。此外，使用中庭的设计有利于自然通风，因为中庭的设计将改变进深过深的建筑形式，而在内外立面上开窗，形成良好的交叉通风。空中庭院应让使用者随意出入，领略建筑周围的自然景观，同时此处可以灵活设置其他功能，例如避难处、绿化平台，甚至增建洗手间或厨房。最后，建筑的的顶部无需封死，可以盖上灵活开启关闭的百叶式屋顶，既可遮阳，又能将风引入建筑内部。
三、结语
随着城市化进程的加快，城市中高层建筑的数量激增，在高度和跨度不断加大的同时，建筑内部空间愈来愈大；内部功能更加复杂多样；各种机械设备更加集中。如果这类建筑在设计及技术策略上出现失误，就会成为“耗能大户”，对资源的浪费是一般建筑无法相比的。因此，高层建筑内部空间的生态节能具有很现实的意义。
参考文献：
[1]美国高层建筑和城市环境协会(CTBUH).北京建工出版社.
[2]李华东等.高技术生态建筑.天津大学出版社.
[3]张生友.高层建筑节能与建筑设计浅析.建筑学报.1997.6.
[4]卓刚.我国高层建筑持续发展的障碍和对策.广州大学学报.2001.115.
