北方室内生态景观设计的技术性保障＊

陈宇夫Chen Yufu 韩智中Han Zhizhong.吉林建筑大学，长春300（Jilin University of Architecture，300 Changchun）.吉林商业建筑设计有限公司，长春3004（Jilin Commercial Architecture Design Co. LTD.，3004 Changchun ）

北方室内生态景观设计的技术性保障＊

陈宇夫1Chen Yufu 韩智中2Han Zhizhong
1.吉林建筑大学，长春130022（Jilin University of Architecture，130022 Changchun）
2.吉林商业建筑设计有限公司，长春130041（Jilin Commercial Architecture Design Co. LTD.，130041 Changchun ）

通过分析探讨生态建筑设计观和室内植物栽培技术的发展以及建筑材料和结构技术的进步，归纳总结出了整体设计观的确立、现代高新技术材料的应用、大力推广使用太阳能并改善控制遮阳设施以及强调自然通风、采光和推进地面热辐射及墙体、屋面保温等技术措施为营造北方室内生态景观环境提供了技术性保障与支撑。

北方建筑；室内；生态景观；技术保障

中国北方地区的气候相当特殊，特别是东北严寒地区，冬季非常寒冷，如何通过技术手段创造出景色宜人，既能增进人体健康又能满足人的审美需求，且能有效、合理地利用资源，减少温室气体排放，保护人类生态环境可持续发展的室内生态景观已经成为必须探索的一个重要课题。建筑技术，作为实现设计的必要手段，在调节人和建筑及自然的关系中具有非常重要的作用。正是由于现代建筑技术的发展，才使得生态景观设计广泛应用于室内成为了可能和必要。

一、生态建筑设计观的发展

建筑室内的生态设计是一个正在研究探索的大课题。将生态理念引入室内设计，扩展室内设计的内涵，可以把室内设计推向更高的层次和境界，这也必然会推动建筑业对地球资源的利用从消费型向可循环的可持续发展型的转化。

在20世纪四五十年代，气候和地域条件成为了影响设计的重要因素。1963年，V.奥戈雅完成了《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》（Design with Climate：Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism），概括了20世纪60年代以前建筑设计与气候、地域关系研究的各种成果，提出了“生物气候地方主义”的设计理论，认为建筑设计应该遵循气候——生物——技术——建筑的进程。20世纪60年代以来，对未来能源的关注激发了人们利用可再生资源的兴趣，如太阳能、风能、水能和生物能等。

从20世纪60年代开始，室内植物景观又成了被大量运用的主题。以自然景观为主题的室内生态庭园在现代结构的大型建筑物中开始广泛应用。60年代后期波特曼（Joho Portman）中庭共享空间的兴起，带动了大尺度空间中以景观为主题的室内设计的发展。

从20世纪80年代开始，国际上对绿色建筑开始关注，设计结合当地气候，在高层建筑空间中引入绿化等一系列基于生态考虑的措施开始了更多的实践。这其中早期比较著名的例子有法兰克福银行（见图1）：在摩天大楼中引入了开放式的空中花园，通过这些花园，自然光和新鲜空气就可以进入建筑的中空内核，以及面向花园的办公室。种有植物的花园也为办公人员提供了一个亲近自然的休息场所[1]。

图1 法兰克福银行[1]

东京天然气公司的总部办公楼（见图2）也是一个成功的生态建筑实例。这一建筑的生态技术措施中大量采用了低辐射玻璃结合自动控制的遮阳板，办公室的中庭从外部吸收新鲜空气然后将室内已经变热的空气从上部通风塔排到室外。由于控制，室外新鲜空气通过VAV自动空调系统净化、加热后送入以平衡室内二氧化碳的浓度。建筑的流线体型、通风塔、生态核、自然采光和通风手段等措施使得这座建筑的能源消耗只有日本普通建筑标准的77%[2]。

图2 东京天然气公司办公楼[2]

1999年在北京召开的第20届国际建协大会通过了《北京宪章》，提出了建立广义建筑学的科学概念，并重点谈及了正视生态困境、加强生态意识的看法。展望未来，21世纪必然是人类由“黑色文明”过渡到“绿色文明”的新世纪。

在我国，直至20世纪80年代初，才开始有在公共建筑内部营造大型自然景观庭园的尝试，但近些年来我国的生态建筑设计理念已经迅速而且广泛地应用于设计领域，室内生态建筑设计已经从简单的“自然主义仿生化”倾向，过渡到将植物美学、绿色建材、绿色能源、生态观念、可持续发展有机结合的综合设计观。2010年5月至10月，在上海举办的世博会，充分体现了当代建筑的生态、绿色活力。

二、室内植物栽培技术的发展

在许多历史悠久的古老文明中，早就有了植物异地盆栽的记录。从考古发现来看，我国的植物盆栽和植物装饰的起源可以追溯到距今7 000多年的浙江余姚河姆渡文化时期。中东地区早在4 000多年前就已经有了室内盆栽的实例。公元前3 000～1 100年,古希腊的克里特岛人已开始用富于装饰性的底部有孔的花盆来栽植椰枣和伞草以供观赏。在古罗马时期，温室栽培也开始出现,为了使从埃及引进的月季在冬季开花，贵族们建设了特殊的暖房，屋顶用透明石膏，室内用热水管道加温，这是西方最早的暖房建筑。文艺复兴时期，欧洲已将温室技术运用于室内花园。为了保护橙树越冬，从1626年开始建设临时性的橙屋以予保护。18世纪初，随着橙树改为容器栽培，橙屋变成了永久性的建筑并成为欧洲温室建筑的鼻祖。

古埃及皇后Harsheput(前1503～前1482)在她的宫中用盆栽植物以装饰并让其散发芳香，她派人去非洲的东部搜集来观赏树，独立装盆后规则式地排列而方便了观赏。古巴比伦国王Nebuchadnezzar II世(前605～前562年)为其皇后Armytis建造的空中花园，可称得上是室内植物景观的前身。虽然空中花园仍然是露天花园，但是它具备了现代室内植物种植的很多重要特征，如容器种植、人工灌溉系统、防水设施等。

为了保护异地迁植来的植物顺利越冬，温室建筑也因此随之出现。汉武帝元鼎六年(前111），建造了“扶荡宫”用以保护从南越迁移来的植物。在大英帝国的维多利亚时期，从海外引种了大量的奇花异草,这也同样推动了玻璃暖房建设的发展。室内植物栽培的普及从维多利亚时代开始，一直持续到l9世纪下半叶。

进入20世纪，室内景园(interior landscape)（见图3、图4）的发展在很大程度上依靠了更广泛的可栽培的室内植物种类，以及公众对室内植物景观的需求。同时，室内人工环境系统的完善，以及外来植物的运输和栽植技术的成熟，也为室内植物的多元化提供了条件。

图3 室内景园之一[3]

图4 室内景园之二[3]

随着室内景园学(interior landscape)的发展，室内的灌溉系统技术、室内的园艺技术日臻成熟。近些年来，除了传统的亚热带室内干植物外，更为耐阴、耐旱、耐虫害，而且颜色更加丰富、花期更长的植物品种被不断地培植出来。美国室内园林设计师纳尔逊·哈默（Nelson Hammer）在1992年出版了一本专门论述这方面内容的著作《Interior Landscape Design》，重点阐述了室内植物种植方面的相关细则。在技术上，着重对植物的选择、种植、光照以及灌溉进行了较为系统的介绍[3]。

美国圣路易斯花园就是在新技术的支持下，将温度、空气、土壤、气流循环和湿度诸种情况综合考虑，模拟生态系统进行认真设计的成果。

现代计算机技术也可以对植物生长环境中的空气环境、土壤环境、水环境进行跟踪测量并给予自动调节。

吉林省南湖宾馆生态园——笔者参与设计及建造的集植物种植、观赏与餐饮娱乐于一体的大型生态园建筑（见图5），通过综合运用生态温室的设计技术，探讨了南北方植物在北方寒冷地区进行越冬种植及大力节能等关键性的技术问题。生态园在使用中应用先进的计算机控制系统大大提高了室内人工环境的调控能力。通过对各种探测器反馈回来的数据信号的分析处理，电脑中心的计算机就可以对气候系统(遮荫系统、补光系统、C02系统、空气循环系统、温度控制系统、湿度控制系统与通风系统)和灌溉系统(水肥自动灌溉系统、水肥处理系统)，以及其他常规系统(给排水系统、空凋系统和消防系统等)进行自动调节，较好地实现了业主对使用功能的多种要求。

图5 南湖宾馆生态园

三、建筑材料和结构技术的发展

古罗马时期出现的封闭式的中庭建筑，受限于建筑石材和技术的原始,只能创造十分狭小的室内空间,即便如此，被植物装饰的中庭是建筑的入口，所以主人就在此迎候宾客。

17世纪英国的工业革命带来了建筑材料和建筑结构技术的进步，玻璃与钢结构开始出现。l840年以后，玻璃与钢结构不再限于园艺用途，居室开始大量使用这些新的材料。玻璃暖房成了许多维多利亚时期贵族家庭的必备设施。当温室技术渐渐成熟，室内植物也日益被人们认知和赏析。

19世纪加热系统的改进以及透光材料的运用使植物成为居室的重要装饰，20世纪初室内环境的机械控制系统的完善则扩大了植物在室内的栽培范围。

室内环境的机械控制是由美国人主导的。1888年用于植物的补充光照，但最初的白炽灯热效高光谱多在红光区，不利于植物的生长。直到1938年之后，随着日光灯、金属卤化物灯以及高压钠蒸汽灯等高效节能灯的相继发明，电灯才被广泛用作植物的生长光源。19世纪制冷系统的发明、20世纪初空调系统的发明及其应用，为现代室内的照明、通风以及温度和空气的调节提供了人工控制的可能，也为植物在室内空间健康生长提供了技术性保障。

用于观赏室内热带植物的温室建筑在所有建筑类型中最早使用了钢和玻璃结构，1833年巴黎植物园温室（Greenhouse of Botanical Garden）的建成及对以后的建筑结构有着很大的启示作用。185l年建于伦敦的水晶宫（The Crystal Palace），建造材料和施工方式是那个时代温室建筑的典型，但却被赋予了更多的用途，成为近现代建筑的一个里程碑。设计师帕克斯顿（Joseph Paxton）为满足建筑规模和建筑速度的要求，运用了装配式钢结构结合玻璃材料进行施工，从而完成了整个建筑，创造了建筑工程的奇迹。

在当今建筑设计领域，有效利用太阳能已经成为共识。在建筑中利用太阳能电池发电为建筑提供能源，既无污染，又无噪音，这便是充分利用可再生能源提供燃料。太阳能电池可与建筑材料和构件融为一体，如太阳能光电屋顶、太阳能电力墙以及太阳能光电玻璃等。随着现代科技的不断发展，在这一领域陆续出现了吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、调光玻璃等，设计师可以将它们组合成复合型的构建形式，来达到生态建筑的保温和采光的要求。

20世纪早期的现代主义建筑运动大大推动了框架结构的应用，使室内空间的灵活性更大，并摆脱了外墙承重的做法，使建筑围护结构可以变得十分通透。玻璃被大规模用作建筑材料使用在建筑上，使得更多的光线能够进入室内。这样，光线、视线、空气、声音通过建筑物的外壁使建筑物的内部和外部自然地连接起来，形成了建筑内部空间与外部空间新的关系，为室内外生态借景提供了可行性。此后网架结构、壳体结构、膜结构等各种形式的大跨度结构的发展，使室内开放空间的规模日益增大，为室内生态庭园的建造提供了足够的空间技术支持。

四、北方室内生态景观实施的技术保障

在我国北方寒冷地区，冬季平均温度低于-10℃,如何解决室内生态景观植物冬季的越冬、节能减排，并发挥植物景观冬季的生态作用是摆在人们面前的一件大事，近年来随着国家对节能减排的高度重视，以及北方建设工作者的研究，在高新材料的开发和制作技术上取得了不少的成果，并且总结了大量的经验，为室内生态景观的实施提供了较好的技术基础和思想保障。

1.从整体设计观入手

现在越来越多的室内设计师从建筑方案设计阶段开始就接受了业主的委托，会同建筑师共同参与建筑设计方案的制定，使得室内设计师较早地参与了整体的设计，将室内的建筑空间、结构、美学方面的问题在建筑方案设计之初就充分给予了考虑及解决。从整体环境规划选址和单体建筑优化设计两方面着手：在整体环境规划中，强调的是建筑与环境的关系，解决建筑与地形、地貌、植被、水土、风向、日照和气候的关系，在单体建筑设计中则通过材料、构造、技术手段等创造舒适的室内环境，实现节能环保，减少能耗，减少排放。如大面积的开窗将导致空调采暖的高能耗，但窗户面积过小又不能保证日照和采光的要求，因此应用计算机热工模拟软件对室内光、热环境进行模拟，综合考虑各方面的因素，在保证室内通风采光及空间视觉舒适的前提下确定准确的开窗面积等问题。

2.现代高新材料的应用

室内热工环境的改善，主要是通过控制空气温度、室内物体表面温度、相对湿度以及空气流动速度来实现的。这不仅需要采用现代构造技术与新型材料，达到高标准的建筑外围护结构保温隔热性能，消除冷桥；同时还需要采用高保温性能的门窗，特别是高性能玻璃产品以降低能耗。一直以来，外窗及玻璃幕墙都是围护结构中的能耗大户，但随着技术的不断发展，新产品的不断出现，窗及玻璃幕墙的性能已获得了极大的提升。首先，新型高性能玻璃的发展(如PET—LOW—E镀膜玻璃，三层中空玻璃等)对外窗及玻璃幕墙的保温及防辐射性能给予了极大的加强。其次，新的材料结构形式起到了相当大的作用。对窗而言，新型型材及断桥技术的应用对窗的整体热工性能及气密性都有极大的提升；对幕墙而言，新型结构形式及断桥技术带来了更好的性能，如双层呼吸式玻璃幕墙，除其本身固有的高热工性能及防辐射性能外，利用空腔，在夏季形成有效的自然通风环境以排除热量，冬季则关闭排风口，又能够起到较好的保温保暖作用。

3.太阳辐射及遮阳设施的控制与改善

太阳辐射对北方建筑具有相当大的影响，日照使室内获得充足的光线，对其进行高效地利用可以减少照明系统的能耗。在冬季，太阳的辐射可使建筑得到一定的热量，从而降低建筑的热负荷，但夏季太阳辐射的热却加重了空调的负荷。因此对太阳辐射应当有计划、有目的地控制与改善，以达到最大限度利用太阳辐射的目的。

建筑外遮阳板是有效的遮阳设施，它直接将80%的太阳辐射热量遮挡于室外，有效地降低了空调负荷，节约了能量。结合建筑立面造型形式，在南向及北向安装一定形式的可调外遮阳板，随使用的时间等情况进行自动的调节，这样既能满足夏季遮阳的要求，又不影响日常采光及冬季日照等方面的需求。并且可以进一步地安装光、温感元器件及与计算机相连的电动执行机构以实现智能化的全自动控制，在室内无人的情况下也可以根据室内外温度及日照强度自动调节遮阳设施，以降低太阳辐射的影响，节约能源。

相对于外遮阳，内遮阳设施对太阳辐射的遮挡效果较弱，但对于室内设计而言，无论是从私密性角度还是防眩光角度来考虑都是必要的。同时对于改善室内舒适度，降低空调负荷也有一定的作用。

数值计算所采用的离心泵的基本参数：流量Q=50m3/h,扬程H=20m,转速n=2 900r/min，叶片数Z=6，比转数ns=132。计算区域主要由叶轮和螺旋形压水室两部分组成，为了避免进出口速度梯度较大而影响计算结果，对叶轮进口和压水室的出口进行了适当延长。应用Pro/E创建叶轮和压水室流道的物理模型，再导入GAMBIT2.2中进行网格划分，主要采用四面体网格，得到叶轮和压水室的网格数分别为457 080，263 709。计算区域网格如图1所示。

4.自然通风和采光

自然通风和采光往往是结合在一起的。通过保证房间内及中庭顶部(若有条件，可依建筑形式而设天窗)一定的开窗面积，既达到了自然采光的目的，又可以依靠室内外的风压及热压差产生的热岛效应和烟囱效应，形成有组织的自然通风，在室外气候适宜时通过自然通风达到调节室内热环境的目的。因此，北方寒冷地区建筑的主要房间的采光和朝向在设计中显得尤为重要。

5.地面低温热水辐射采暖系统

北方采暖系统大都是以集中供热系统的散热器片对流采暖为主，因此影响了室内的空间及美观，近年来较多使用的地面低温热水辐射采暖系统以温度不高于60℃的热水为热媒，在地面采暖管内循环流动，加热地板，通过地面热辐射和对流的传热方式向室内供热。它比单纯依靠散热器片对流的采暖方式，能够节约能源10%～30%。并且因为没有散热器片对空间的占用，有利于屋内装修；地面采暖盘管之下铺设聚苯板保温，填充泡沫混凝土则有利于隔音、蓄热和均匀散热。

传导、对流和辐射是热传递的三种方式，传导和对流传热都必须由冷热物体直接接触或通过中间介质（如水、空气等）相接触才能进行；辐射传热不依靠物体的接触进行热量传递，而是像阳光穿过大气层向地面辐射一样，发射体将其内能转化为辐射能发射出去。当辐射能被另一物体吸收时，又转化成了该物体的内能。

利用低温热水地面辐射供暖向室内供暖时，热量主要以辐射方式传送，这种传送方式直接迅速，热量无需通过任何介质便可以传送给供暖对象，减少了中间环节，降低了传热成本，提高了热效率。因此地暖可以利用较低的室内设计温度便能够得到与较高的室内设计温度的对流散热采暖相当的供暖效果。室内设计温度的降低，意味着室内供暖热负荷的降低，亦即节省了采暖能耗，节约了能源。

低温地面辐射供暖形式，能使室内温度分布均匀、平和、舒适。辐射供暖的波长为8.97微米，属于远红外中对人体健康具有特殊作用的一种，居于被科学家称之为“生命线”的波长范围之内。它可以迅速被人体吸收，使微血管扩张，促进血液循环和新陈代谢，活化组织细胞，增强免疫力，对健康十分有益。低温辐射供暖一般采用大面积低温供暖，室内温度均匀，没有传统对流供暖造成的干燥、闷热等不良效果。

6.墙体、屋面保温构造

在北方严寒地区的冬季，为了保持室内温度，创造良好的生活环境，建筑物必须获得热量，而热量的来源一般由三部分组成：主要部分是由采暖设备供应，所占比例为70%～75%；其次是太阳辐射热，所占比例为15%～20%；第三部分是建筑内部得热，所占比例为5%～10%。这些热量通过围护结构的传热和空气渗透向外散失，当建筑物总得热和总失热达到平衡时，室温得以保证。降低采暖设备供热的比例，提高太阳能辐射热比例，减少热量损失，提高建筑的保温性能，这是建筑节能的基本原理。因此，北方建筑节能的一个重要内容就是减小建筑物外表面积和加强围护结构的保温性能，以减少热量损失。其中，加强对外围护结构保温还有另外一个作用，即有利于室内气温均匀的分布。

处于北方寒冷地区的建筑，对建筑物外围护结构包括外墙、屋面和门窗进行保温隔热处理仍是目前建筑节能的主要技术手段，其中，耐火等级B1级的EPS聚苯板粘结在外墙表面，结合玻璃纤维网薄抹灰系统（即用粘结剂将聚苯乙烯板粘贴在墙体外侧，在其上做玻璃纤维增强层作为保护层，再做抹灰面层，这种保温技术称之为“EPS墙体外保温系统”）正得到越来越广泛的使用。EPS板完全包裹在墙体和屋面外表面，以其易于施工的特点、宜人的低成本价格、优异的保温性能而有效地降低了墙体和屋面的导热系数，消除了冷桥，减少了空气、风及湿气的侵入和热量的散失，稳定了多层、高层等各类建筑物的内部生态环境，大大降低了能耗。当前的设计发展中，也出现了很多利用种植植物的覆土屋面以加强节能保温的实例。

目前随着国家对建筑物防火要求的日益重视，耐火等级更高的岩棉保温材料、聚氨酯保温材料等在北方建筑的外墙、屋面保温中也在日益扩大着应用的范围。

五、尾语

本文阐述了室内植物栽培技术的发展、室内生态建筑的发展和建筑材料与结构技术的发展与现状，探讨了在我国北方寒冷地区，通过对高新材料的开发和应用及建筑技术取得的成果给予了归纳和研究，认为这些都为室内生态景观设计的理念在北方寒冷地区的实施提供了较好的技术保证。将生态景观引入建筑室内设计，给建筑师和室内设计师提供了一个新的发展性的思考空间，开辟了一个新的设计创造领域。生态环境保护技术和建筑技术的发展，为实现室内生态景观设计的基本理论提供了越来越多的技术支撑。把室内生态设计作为一个专门性的课题提出来，已经越来越受到国内外建筑界和室内设计界的重视。北方寒冷地区的室内生态设计包含了建筑、结构、设备、自控、材料、工艺美术、园林景观等诸多专业性的内容，它需要建筑师、室内设计师不断更新知识，熟悉、驾驭和有效应用新的技术设计成果。

[1]C.Jencks.The New Moderns.U.S.A, Rizzoli Publications［M］ .2001:29-33.

[2]WackemagelM.Onisto L.Bello Petal.National natural capital accounting with the ecological footprint concept.Ecological Economics［M］.2002:89-91.

[3]帕高•阿森西奥.生态建筑［M］.侯正华，宋晔皓，译.南京： 江苏科技出版社，2001:56-57.

Technical Protection for Northern Interior Ecological Landscape Design

Through the analysis of the concept of ecological architecture design, the development of indoor plants cultivation techniques and the development of building materials and structure techniques, the paper proposes the establishment of the overall design concept and the application of modern high-tech materials. It also suggests the use of solar energy and improving the control of sun shading board. Some emphases have been stated in the paper, such as natural ventilation, lighting and advancing the terrestrial heat radiation. In addition, the heat preservation technical measures applied to wall and roof provide technical protection and support to the northern interior ecological landscape design.

north building； interior； ecological landscape；technical support

J04

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2013.06.002（0005-07）

2013-11-10

吉林省教育厅“十一五”科研项目（2007357）。

陈宇夫，吉林建筑大学建筑与规划学院讲师；韩智中，吉林商业建筑设计有限公司高级工程师。