高层住宅设计中的生态可持续策略
关键词：高层住宅；生态策略；建筑设计
当今许多人认为，现代社会建造的大量高层建筑是不符合生态发展原则的建筑形式。虽然高层建筑具有节省建筑用地的优势，但是由于这些摩天大楼在施工中还是营运中都消耗了大量的能源和生产资料，并同时向自然环境排放了大量的废弃物，从而给城市的生态系统带来了巨大的负面影响，成为城市生态系统恶化的重要原因。但是，这一点却也是我们改善逐渐恶化城市生态环境的一个极好的契机。由于高层建筑不论是在建设过程中，还是在使用中，都具有高度集约化的特点，因此对于高层建筑的生态可持续设计的收益也会由于集约化效应得到提升，因此对于高层建筑的生态可以持续设计应该得到世界生态设计者迫切的关注，并且倾注更多的研究和努力。
1.1.建筑外界面设计。
高层建筑由于其具有高度上的特点，因此在建筑外界面的设计上与一般建筑相比有一定的特殊性。首先，高层建筑拥有得天独厚的风力优势，随着建筑高度的不断增加建筑界面上的风速和风压也越来越大。因此，如果建筑上部直接开窗会使狂风吹袭室内形成巨大的紊流和噪声，而且会导致外界与建筑内部热交换速率的直线上升，使建筑中的热量迅速流失，进而导致热工能耗增多。另一方面，高层建筑由于较少受到临近建筑物的遮挡，所以直射、漫射或被低层建筑物反射而至高层建筑外界面的日光辐射要比投射在一般高度较低的建筑物上的日照辐射强度高；日光辐射的这一特点对高层建筑来说冬季较为有利的，但在夏季却十分不利。
一般说来，自然气候是由多种的要素综合决定的，自然气候环境总是在人们舒适要求的两极之间摆动变化，建筑因此也随着气候的不断变化而面临采暖与制冷、通风与防风等相互矛盾且多变的要求，因此在进行建筑外墙设计时应该根据建筑所处的地理位置，采用结合被动系统、混合模式和主动系统的方式。一面理想的外墙应该做到对优势气候条件的利用和对恶劣气候条件的防御这两者的辩证统一。经过生态设计的外墙上应该能做到像过滤器一样提供自然通风，同时控制交叉通风；在提供足够的景观视野的同时，保护建筑不受过强太阳光的影响；在冬季提供建筑内部保温，而在炎热的夏天提供室内充足通风和隔热效果。
为达到上述的理想目的，目前在高层建筑外界面上使用双层立面系统是一种较为理想的手段。双层立面的原理是利用在设计时在建筑外墙面采用双层材料，利用材料之间空腔的“温室效应“及”烟囱效应“来实现建筑的通风和温度调节。目前应用较多的等一些空腔复合墙体，都是利用这种原理对墙体构造方式进行优化，从而来促进建筑内部环境的控制，较为常见的有“特隆布墙”、“热通道玻璃幕墙”等。
1.2太阳光控制与被动阳光系统
根据一般情况，建筑不论其纬度位置，夏季室内往往会受到过强的太阳辐射，导致室内温度过高。控制阳光最有效的方法就是在受辐射的主要界面采用一定的遮阳措施和设施来减少通过窗户入室内的阳光以及在通过建筑外墙面进行的导热和热辐射。遮阳装置能够有效的减少眩光带来的影响。目前使用比较广泛的遮阳方式有采用遮阳百叶、设置遮阳板等等。此外还可以通过建筑窗户的构造设计来达到相同的目的，比如选用挑阳台、深凹窗等构造做法。从而达到减少太阳辐射以及眩光影响的目的。
在对于建筑遮阳设施的设计中，关键在于四季交替气候条件下，遮阳装置如何进行调节，以满足各个季节并不同的室内的使用需要。为了达到这个目的除了对固定遮阳构建的精确设计以外，还可以采用智能百叶控制系统，通过对室内外温度及太阳辐射强度的计算来调控百叶窗的角度，从而改变室内受到辐射的情况。同时，与遮阳同样重要的是窗户玻璃的选择，在太阳辐射较强的地区，可以选用防辐射玻璃贴膜对玻璃改变玻璃对辐射的透过效率，从而达到改善室内热环境的效果。
在避免太阳辐射的同时，冬季还可以对太阳能加以利用，从而降低建筑的采暖消耗。目前我国太阳能热水器技术已经比较成熟，很多住宅都已经在使用太阳能热水设备为住宅供应热水，这种方式具有成本低、无污染、易于维护等特点。是对太阳能利用较为成功的一种方式，
1.3风力的使用与自然通风
在住宅建筑中，通风也是是风重要的环节。通过空气的流通，住宅套内的空气条件和温湿度环境都可以得到改善，合理的通风设计可以使住户感觉更加舒适。对这一问题的把握，我们应该从建筑总平面的设计就开始把握。在对基地全年的风力情况进行研究后，设计师一方面应针对具体情况对建筑的平面形态进行合理设；另一方面，在建筑外界面的材料和形式的处理上以为进行优化，从而为建筑本身提供优良的自然通风和更为有效的制冷条件。
对建筑进行合理的通风设计，最大限度的利用自然的风里环境，可以有效降低住宅对机械通风和空调系统的依赖。自然通风在降低能源的使用同时，还大大降低了由于使用机械设备带来的俄维护成本。因此，在住宅的设计中也应该对通风设计投以足够的关注。在采用中心式的核心体的塔式高层集合住宅中，部分套型难以做到南北（或东西）通透，通风条件十分不利。在这类住栋中可以在核心体中设计一个贯通的中庭，这样不但能够利用中庭的设计为核心体提供一定的采光，最重要的是能够利用这个中庭产生的“烟囱效应”形成良好的通风路径，大大改善周围套型的通风环境。为了改善建筑的通风效果，还可以将住宅建筑做底层架空处理，
但需要注意的是，在冬季应该注意有余过度通风带来的建筑内部额外的热量损失，反而加剧了建筑在冬季的采暖能耗。因此，应该注意采用混合方式对建筑通风进行合理调控，以达到最佳的使用和节能效果。
1.4外部环境设计
除了上述的建筑设计做法以外，在住宅建筑的外部空间对建筑整体的能源消耗也起着重要的作用。在夏季，如果通过合理的外部空间环境设计，使住宅周围的环境的温湿度能够有效的改善，那么将在这个环境中的所有住宅建筑中住户的舒适度都将得到满足，从而极大的降低建筑整体的降温能耗。因此在住宅外部空间的设计上采取可持续的措施，能够有效改善小区整体的生态环境，从而在整体上降低小区的能耗。一般来说，在住宅外环境设计中较常用的措施有绿化设计、水体设计、建筑绿化、小区下垫面优化等。
植被绿化
植被绿化指的是在小区内建设绿地书面等植被体系，利用植被的遮阳效果、贮水能力、空气净化能力、降噪作用等等，起到改善小区内温湿度环境、改善小区空气质量、降低噪声污染等等效果，同时也能够为住户提供游憩空间，美化小区的景观环境。制备绿化在帮助建筑节能减排的同时还能提高整体的环境品质，为住户的居住提供了更为舒适的环境。
水体设计
水体设计方式常见方式多是通过对小区内中水系统、景观水体等等的设计，利用水的热比较高及受热蒸发的特点，使小区内的景观水体发挥对温度和湿度的调节作用，改善小区的温湿度小环境。同时利用中水系统对雨水和生活废水进行收集，进行草坪灌溉、夏日洒水、补充景观用水等用途，从而在改善环境的前提下减少水资源的浪费。
建筑绿化
建筑绿化的方式比较常见的有：在建筑屋顶设置屋顶花园，在裸露的屋顶上利用构造措施种植各种植物，在增加了小区绿化的同时也大大降低了建筑顶受到的太阳直接辐射。另一种较为常见的方式是利用某些植被喜攀援的特性，通过建筑顶部或底部的种植达到对建筑受太阳辐射及各种折射和漫反射的吸收，降低建筑受热；目前还有利用构造做法使墙面可以直接种植植物使使立面在绿化的同时也得到美化。这类以植物作为遮阳及减少辐射的措施，其优点在于植物多有秋季落叶的特点，因此在夏季帮助建筑减少受热的同时，不会再冬季使建筑收到的辐射热减少。
下垫面优化
下垫面优化是针对目前小区内活动场地、道路等等均采用硬质铺地，而硬质铺地由于其物理特性因此具有蓄热能力差及对太阳辐射具有强烈的反射作用，使夏季地面的地表温度过高，严重的影响了室外环境的使用感受。而与之相反的绿化地表则由于植被和土壤相对较高的蓄热能力以和对水分的保持和吸收以及减少对太阳辐射的反射，能够极大的降低地表温度改善局部气候。由于道路及活动场地在住宅区中的总面积并不小，因此利用植草砖、植被绿化等方式改善道路及广场下垫面环境，能够直接有效的改善小区的夏季微气候，达到减少住宅能耗的目的。
1.5高层建筑室内环境生态策略
在对住宅进行生态设计时，作为建筑设计的最后一环的建筑室内设计也不应当被忽视。建筑室内环境与建筑本身以及室外环境三者是相辅相成的一个整体，在设计时应当注意与其他环节的协调与配合。其主要出发点在于为住户创造高质量、有益身心健康的生活环境，同时应当尽量减少对材料和能源的消耗。为此，在进行室内设计时，应当从装饰设计、材料选择、构造做法等方面细致考虑，以营造舒适可持续的居住环境。
为改善高层住宅室内环境，还可以从套型设计方面入手，采用空中庭院的方式对改善套内空间品质。在高层建筑内现在有不少套型都设计有面积不小的空中庭院，这中空中庭院能够为住宅的室内空间提供有效的遮阳，使室内环境和自然环境相互渗透。同时，空中庭院还可以根据住户的情况灵活使用，它可以作为住户平日的休憩空间；有种植爱好的住户可以将其作为花房；若觉得居室数量不足，还可以利用轻质隔墙将其与室外隔开使其成为一间独立的居室使用。正因为有诸多的优势，采用空中花园的住宅套型设计正在逐渐增多。
1.6小结
随着我国城市化进程的不断加速，高层集合住宅逐渐成为城市住宅的主要形式。随着住宅建筑高层化的趋势不断加剧，建筑设备也逐渐向密集化发展。因此，如果这类高层建筑在设计时对缺少生态可持续的理念，那么相对其他类型住宅建筑来说其能耗及对资源的消耗是相当大的。因此，在高层集合住宅及住宅区内进行生态设计具有重要的现实意义。我们应当从城市层面、住区层面、住栋单体层面以及室内环境等四个层面对建筑生态策略的设计加以考虑，使建筑与外部环境形成一个有机统一互助生态整体。
参考文献：
[1]吴良镛，人居环境学导论,中国建筑工业出版社，2001
[2]梁呐,戴复东，高层建筑的生态设计策略研究，建筑科学，2005.2
[3]李华东，高技术生态建筑，天津大学出版社，2002.9