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目前，世界各国新型的生态住宅可谓方兴未艾，从可持续发展住区的市场观出发，发展生态建筑在我国也必然是大势所趋。作为国家的重要产业，城镇住宅建设在“十五”期间必将快速发展。所以，如果不抓住时机，及时把“生态理念”引入到住宅设计中，解决住宅节能和住区环境保护问题，则会对社会、经济、环境产生不可挽回的后果。
生态住宅设计，指的就是综合运用当代建筑学、建筑技术科学、人工环境学、生态学及其它科学技术的综合成果，把住宅建造成一个小的生态系统，为居住者提供舒适、健康、环保、高效、美观的居住环境的一种设计实践活动。这里所说的“生态”绝非一般意义的绿化，而是一种对环境无害而又有利于人们工作生活的标志。
在工程实施过程中，生态住宅涉及的技术体系极其庞大，包括能源系统（新能源与可再生能源的利用）、水环境系统、声环境系统、光环境系统、热环境系统、绿化系统、废弃物管理与处置系统、游憩系统和绿色建材系统等。简单说来，其技术策略主要体现在以下几个方面：
１、住区物理环境（声、光、热环境）与能源系统设计，包括建筑规划、建筑单体设计、建筑能源系统的设计等，同时又与绿化设计以及建材的选择息息相关，是当前生态住宅设计中最重要而又最容易被忽视的问题；
２、智能化住区，包括信息管理和通讯自动化、物业管理自动化、设备自动化控制、安全防护自动化以及家庭智能化等；
３、水资源的节省以及废弃物处理。
值得指出的是，由于住宅设计的特殊性和具体性，这里并没有一套一成不变的技术手段。因此本文着重在阐述整体技术策略，并尽可能地从实用角度出发，介绍一些可直接应用于实际工程中的技术手段，以期能给予房地产开发商或设计人员更多的启发。
一、住区物理环境与能源系统设计中的技术策略
“生态住宅”中的住宅物理环境设计，指的是按人体舒适要求及当地气候条件，进行可持续建筑设计的系统方法。其实质就是合理调节与处理各种影响住区物理因素（即声光热环境因素，包括空气温湿度、日照、风速，及噪声、采光等），使局部环境朝有利于人体热舒适方向转化，从而提高居室内外物理环境的热舒适质量，以满足适居性要求。而住区能源系统作为人类向自然环境“索取”和“回报”的重要渠道，其设计质量的好坏是评价住区是否是生态住宅的主要标准之一。只有在合理、高效地利用现有能源的基础上，才能再谈其他自然能源的开发利用。
从这个思路出发，要实现住宅设计生态化，需综合考虑三个方面的因素：住宅住区规划；建筑单体设计（包括建筑造型、朝向、定位以及细节处理如维护结构材料选择、保温方式、门窗形式等）；建筑物内的环境控制系统设计。本文将从建筑设计、建筑技术细节以及建筑设备与系统三个方面，分别阐述可应用到生态住宅设计中的相关技术。
（一）建筑设计
１、住区风环境设计
建筑物布局不合理，会导致住区局部气候恶化。高层建筑由于单体设计和群体布局不当而导致强风卷刮物体撞碎玻璃的报道屡见不鲜。最为极端的莫过于１９８２年在美国纽约曼哈顿岛世界贸易中心附近一栋高层建筑前的广场上，一位女士在行走时被强风刮倒而受伤。一怒之下向纽约最高法院控告建筑设计和施工的缺点并要求赔偿６５０万美元。 这些事例提醒规划师和建筑师，风环境和再生风环境问题已不容忽视。然而，可能是对室外风环境的预测不够重视或缺乏有效的技术手段，当建筑师们在对建筑住区进行规划时，更为常见的做法是过多地把注意力集中在了建筑平面的功能布置、美观设计及空间利用上，而很少（或仅仅凭经验）考虑高层、高密度建筑群中气流流动情况对人的影响。事实上，良好的室外风环境，不仅意味着在冬季风速太大时不会在住区内出现人们举步维艰的情况，还应该在炎热夏季有利于室内自然通风（即避免在过多的地方形成旋涡和死角）。从这一点上来说，在规划设计中仅仅考虑对盛行风简单设置屏障的做法显然是不够的。
在实际的规划设计中，要获得良好的住区风环境有两种方法：一是利用风洞模型进行实验；二是利用计算机数值模拟。风洞模型实验的方法周期长，价格昂贵，尽管结果比较可靠，却难以直接应用于设计阶段的方案预测和分析；数值计算相当于在计算机上做实验，相比于模型实验的方法周期较短，价格低廉，同时还可以形象、直观的方式展示结果，便于非专人士通过形象的流场图和动画了解小区内气流流动情况，是在设计初期推荐使用的工具。
２、自然通风
在建筑特别是住宅建筑中，自然通风是最经济和有效的环境调节手段，而建筑物的平面布局、立面设计与三维空间布置等，都对自然通风的可应用性和效果有重要的影响。充分考虑这一影响而进行建筑设计，有效的利用自然通风解决住宅中热舒适性和空气质量问题，在不增加住户的投资的情况下，就能营造一个健康、舒适的居室环境。自然通风的设计目前在国际上是处于比较前沿的课题，虽然还没有归纳总结出系统的设计方法，但已在各类建筑中得到广泛应用。国内外许多著名大学如ＭＩＴ、清华大学等在这方面都进行了多年的深入研究，很多结果可直接应用于此项目。
3、绿化、水景设计和防止住区热岛现象
住区周围建筑的热环境不仅和气流流动有关系，同时还和住区建筑周围的辐射系统有关。受住宅设计中建筑密度、建筑材料、建筑布局、绿地率和水景设施等因素的影响，住区室外气温有可能出现“热岛”现象。“热岛”现象在夏季的出现，不仅会使人们高温中暑的机率变大，同时还促使光化学烟雾的形成，加重污染，并增加建筑的空调能耗。合理地建筑设计和布局，选择高效美观的绿化形式（包括屋顶绿化和墙壁垂直绿化）及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。
由于缺乏对室外环境设计的正确理解，当前住区绿化存在三个主要问题:
一是住区绿化模式单调；
二是住区绿化功能单一；
三是传统文化情趣遗失。
此类绿化不仅没有很好起到降温增湿、改善住区热环境的作用，往往还不能完全实现创造空间、美化环境、为人们缔造宜人的生活氛围的功能。特别值得指出的是，生态住宅不等于简单地提高绿化率，如果住区绿化仅仅使用大规模绿地而不考虑与林地、水景设施以及自然通风等手段有效地结合起来，不仅不能充分发挥林地在改善室外热环境方面的巨大作用，还会把大量的金钱浪费在绿地浇灌上，可谓得不偿失。
在绿化系统设计中如何改善住区室外环境，除了避免以上误区外，还应做好两个方面的工作：一是合理选择和搭配绿化植物和水景设置，要与整个小区的热环境设计协调起来，除了给人以视觉上的美感外，还应充分发挥植物、水在降低热岛作用、改善住区微气候方面的作用。二是设计中要以人为本，如果绿化设计的最后结果是把人和绿色隔绝开来，仅仅“可以远观而谢绝入内”是不可取的。
日照、遮阳与采光
太阳辐射是影响居室热环境的一个重要因素，同时也是影响住户心理感受的重要因素。遮阳问题是指由于建筑物的外形设计、特别是凸凹变化的外型而引起的建筑围护结构（墙和窗等）实际按受的太阳辐射热量减少的问题。相应的，互遮阳则是指由于建筑群布局而影响到建筑物实际接受的太阳辐射热量减少的问题。
自然采光有利于人体健康和提高工作效率。我国北方冬季对自然采光就有严格要求。在住区规划与单体设计中需仔细考虑遮挡和自遮挡对自然采光乃至建筑物的热环境的影响。尽管目前的规范对建筑的日照时间有所规定，但在实际设计中做的还不够。
比较好的方法是根据当地地理与气象条件，通过计算机模拟地球公转，根据太阳高度、建筑布局以及单体构造的相对关系来进行建筑群日照、遮阳以及自然采光分析，考察全年不同时刻互遮档与自遮挡的状况，检验是否满足日照和遮阳的要求（如检验是否有不符合国家标准――冬至日1小时日照――的情况发生）。目前许多大学或研究机构都可提供日照、遮阳模拟分析软件及评价工作。
5、外围护结构布置
这里主要是指外墙和外窗等围护结构的布置，体型系数这一概念并不能充分反映外围护结构对建筑物热环境的复杂影响。实际上，对于不同朝向角和倾角的外墙和外窗，由于当地主导风向的不同而造成的渗透情况的不同，外表面的对流换热系数也相差很大，接受的太阳辐射随着时间变化而千差万别，夜间背景辐射状况也不相同。比较好的解决方法是利用目前国内外比较流行的建筑物能耗模拟软件（如美国的DOE－2，国内的DeST，等等）进行模拟分析，才能得到一个比较合理的方案。
6、噪声和污染的防止和控制
住区规划应有效地设计防噪系统，如将住区和主要交通干线相隔绝，防止主要交通干线的噪音传过来。污染控制问题也需重视，建筑物内部空气质量不好，一定是与室外空气污染有关，而通过有效的绿化、有效的组织建筑周围气流流动，可以改善室内空气品质。在设计初期，技术人员就应该深入现场进行调研和测试，检验当地的噪声或污染是否符合标准；如果不能满足要求，一定要采取相应的补救措施。如果居室噪声超标，可考虑采用错开设计的双层玻璃窗，既能有效降低噪声，又不影响自然通风的利用。
（二）建筑技术细节
1、维护结构（窗、外墙、屋顶）的热式 性能除了要满足节能建筑新标准（JGJ26－95）的基本要求外，要特别注意以下几点：
一在计算外墙的传热系数时应充分考虑周边热桥（建筑物由于抗震需要而在外墙周边设置混凝土圈梁和抗震性，从而形成热流密集的通道）的不利影响，尤其是非平屋顶住宅建筑，一定要严格按照面积加权系数法算出外墙的平均传热系数，对照是否满足节能新标准的要求。
二外墙面积应尽量减少，单层窗的窗墙比不宜超过0.3；双层窗或单框双玻璃则不宜超过0.4。外窗的气密性等级不可低于《建筑外窗渗透性能及其检测方法》（GB7107－86）规定的III等级。
2、不同供暖空调方式下的外墙的热式性能选择
在考虑外墙的保温中，墙体热工参数的选择以及不定常的非线性墙体材料的应用，可在不同的情况下改善建筑物的传热和蓄热特性。另一方面，在现有的节能住宅设计中，一般只对墙体围护结构的保温性能进行研究，而从建筑热物理的角度讲，墙体围护结构同时起着保温和蓄热两方面的作用，特别是对于不同的供暖方式或者空调方式，它们对墙体围护结构的热式特性要求也有所不同，因此需要从保温和蓄热两方面对墙体围护结构加以系统的分析。以供暖系统为例，传统的连续供热系统只要求墙体有较好的保温性能，即较大的热阻即可，而以削峰填谷为目的的夜间电热膜供暖方式还要求墙体具有较好的蓄热特性，即有较大的热容；相反，对于间歇供暖方式，例如煤气炉供暖方式或水系统分户调节形式，则要求较小的热容以达到“即开即热”的目的。在传统的设计中，对住宅在冬季供暖方式下的热环境只进行静态的分析，因而只强调墙体保温的重要性。随着供暖方式的多样化，围护结构的热式动态特性对供暖系统节能的影响也越来越重要。
在夏季，由于室内外环境平均温度的差别不如冬季明显，因此对墙体围护结构的保温性能的要求相对降低。另一方面，由于各种影响建筑热环境的扰量的动态变化、空调系统的间歇运行、利用昼夜电价差削峰填谷的蓄冷空调方式，或者是采用夜间通风降温方式等，都对墙体围护结构的蓄热性能提出更多的要求，因此需要从能源、环境、经济等多方面与季节统筹考虑，具体分析，以期达到最优的效果。
均匀性原则
均匀性原则又称“木桶原则”，即在资金有限的条件下，在处理影响建筑热环境的各项因素之间的协调时，使其影响效果尽量均匀，趋向一致。例如在选择外墙、外窗和遮阳设施时，应在一定的投资下使各个方面的效果尽量均匀一致，而不应该在选择保温性能特别良好的外墙时，却因为资金紧张而选用单层窗，或投入大量资金配置保温性能、密闭性能良好的外窗却不做外墙保温设计。因为最差的一个环节往往是决定整体效果的最关键因素，例如木桶的盛水量是由筒壁上最短的一根木条所决定的。
4、建材选择
生态住宅的设计选材，应遵循无害化的原则。从舒适、健康、环保的要求出发，建筑材料的选用应尽可能利用当地技术、材料，以降低建造成本；同时要使用无污染、易降解、可再生的环境材料。近年来，由于室内空气品质问题的日益严重，挥发性有机化合物VOCs逐渐成为人们关注的焦点。而建材、家具、地毯、涂料、油漆等室内材料作为挥发性有机化合物的主要来源，在选择时首先一定要看是否满足国家有关部门的“绿色”标准。
（三）建筑环境控制系统
建筑环境系统指的是采暖、空调及通风系统等，共包括四个部分：
一是冷热源设计
二是空气处理方式的选择；
三是输配系统的设计；
四是末端装置的选择。
生态住宅设计中对建筑环控系统的选择应综合考虑能源政策、环境污染、建筑可持续发展和物业管理及市场接受程度。
1、不同采暖方式的适用性
以煤作为燃料时：
首先应发展热电联产集中供热。国家有关部委今年在《关于发展热电联产的规定》中指出，“热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是治理大气污染和提高能源利用率的重要措施，是集中供热的重要组成部分，是提高人民生活质量的公益性基础设施。”应大力推广热电联产集中供热。
热电联产既发电又供热，它是利用燃料的高品位热能发电后，又将其低品位热能供热的综合利用能源的技术。目前我国大型火力电厂的平均发电效率约为30％，热电厂供热时发电效率约为20％，剩下的80％热量中的90％以上可用于供热。这样，10000KJ热量的燃料，热电联产时可产生2000KJ电力和7000KJ热量，而火力发电时仅产生3000KJ电力。如果用火力发电厂的电来供7000KJ的热，则相当于火力电厂要使用23000KJ的燃料，与用火力电厂的电供热相比，热电联产供热消耗的燃料约为25％。因此在以煤为燃料供热时应优先发展热电联产的采暖方式。
但是，热电联产集中供热输送距离长，管网初投资高，同时水泵输送热水的电耗也高；另外，目前用户暂无计量和调节手段，导致供暖热量浪费。
用燃气作燃料时：
当不能使用燃煤热电联产而用燃气供热时，家用燃气炉应为首选方案。如果采用燃气锅炉集中供热，就无法避免集中供热的缺点。燃气不需要象燃煤那样考虑污染问题，没有必要在集中锅炉房燃烧天然气而再送热水。输送天然气比输送热水容易，输送成本低，户用天然气锅炉很容易实现自动管理。因此应把燃气送到用户，实行分散供热才是合理的。按照目前的燃料价格，使用天然气为燃煤的4倍，使用这些清洁燃料除换来环境效益外，应尽量利用其便于输送，便于调节的特点，在用户处变为热能供暖，尽可能地减少输送成本。
如果要使用燃气集中供热，就应该使用燃气联合循环热电联产方式。联合循环是燃气首先在燃气轮机内燃烧发电，从燃气轮机排出的废气温度高约500℃，再利用这高温废气来烧锅炉产生蒸汽再发电，用发电后的蒸汽再来供热。联合循环是把燃气的热能分品位利用，高品位用来发电，发电效率可达约50％，低品位用来供热。燃料的热能利用率高达90％以上。
用电采暖时：
目前我国电力供过于求，尤其是用电负荷不平衡，例如华北电网峰谷差达到1：45，尽管总的用电负荷低于供电能力，但峰时供电仍紧张，削峰填谷和发展低负荷时段的电力负荷是能源结构调整所面临的重要课题，其中措施之一就是推广电采暖。
如果在集中锅炉房用电锅炉，再由热网输送热水，则保留了集中供热的缺点，而没有发挥输电比输送水容易的优势，因此不应提倡。
在室内采用各种电暖气、电热膜等方式，尽管其热利用率为100％，并且调节灵活，但使用高品位电能直接转换为热，是很大的能源浪费。从一次能源利用来看，电热采暖的效率仅为30％，远低于热电联产，也低于燃煤或燃气采暖的85－90％。法国、瑞士等国采用部分电热采暖是由于它们丰富的水利资源，发电以水电和核电为主。我国还是以火电为主，采用电直接加热方式，实际上要比锅炉房直接供热增加2倍的污染物排放量。仅从环境保护的角度看，电热直接采暖的方式也不可取。
用电采暖的合理方式是采用热泵采暖或者采用蓄热供暖。蓄热供暖是利用夜间低谷期电力供热并蓄热，解决了电力负荷的峰谷差，减缓大型火电调峰的困难，从电力系统运行的综合平衡看，是合理的。使用热泵是使用电采暖的最好方式。
空气热泵是从室外空气取热，再转送到室内的空气或水中，使其温度升至采暖所要求的温度。此时电用来实现热量从低温向高温的提升，因此当外温为0℃时，一度电可产生约3.5度的热量，效率为350％，考虑发电的热电效率为30％，空气热泵的总体效率约为110％，高于燃煤或燃气的效率。这是一项成熟技术，且具有热泵功能的房间空调器与单冷型房间空调器价格差异并不大，采用热泵并不增加投资。不足之处是热泵性能随室外温度降低而降低，当外温降至－5℃以下时，一般就需要辅助采暖设备。此时用电直接加热作为辅助手段。
解决空气热泵外温低时效率下降的最好方案，就是采用深井回灌方式的水源热泵。冬季将地下水从深井抽出，经换热器降温后，再回灌到另一口深井中。换热器得到的热量经热泵提升温度后成为采暖热源。夏季则将地下水从深井中取出经换热器升温后再回灌到另一口深井中，换热器另一侧则为空调冷却水。这种方式实际上是在夏天将建筑物中产生的热量存入地下，供冬季采暖使用。冬季将建筑物产生的冷量存于地下，供夏天空调用。由于地下水抽出后经过换热器又回灌至地下，属全封闭方式，因此不使用任何水资源也不会污染地下水源。由于地下水温常年稳定，采用这种方式在整个冬季气候条件都可实现一度电产生3.5度以上的热量，运行成本低于燃煤锅炉房供热，夏季还可使空调效率提高，降低30－40％的制冷电耗。同时此方式冬季可产生45℃热水，仍可使用目前的采暖散热器。因此水源热泵是解决北方地区城市建筑采暖空调的最佳方案。
从COx排放量及对大气的污染程度来分析，如果电均为燃煤电厂供给的话，热电联产方式对大气污染最低而电热锅炉排放量最高，运行费也最低，因此只要条件具备，就应大力发展热电联产集中供热方式。如果用电采暖，不应提倡直接电加热，而应使用热泵或者蓄热电采暖。如果用燃气，应使用联合循环方式热电联产，或家用燃气炉采暖。
2、可再生能源的利用
建筑能耗是建筑物对自然界造成的主要间接危害之一，因此如何尽可能多地降低能耗提高效率成为生态住宅的一个重要课题。从环保和节能的角度出发，应充分利用可再生自然能源如太阳能、天然冷源（如地能、风能）等。
A、太阳能利用
太阳能在生态住宅中的利用包括两方面：
一是太阳热能应用系统，即太阳热水供应系统；
二是太阳能光电（PV）系统，即将太阳能转换成电能。
然而，在生态住宅设计中利用太阳能并非简单地安装一些太阳能电池或太阳能热水器，更多的是和建筑物本身有机的结合来综合利用太阳能。如设计被动式太阳房，使太阳能利用和建筑物的自然通风有机地结合在一起，使之成为一个优势的能源综合利用系统。另外还可考虑把太阳能和其他能源系统结合起来（互为备用）综合进行制冷和供热。
B、自然温差（冬夏、日夜）利用
北半球冬冷夏热，夜冷昼热，如果能够将夏天的热量转移到冬天，或者将冬天的低温转移到夏天去（日夜的情况类似），如设计夜间通风和地下通风等，就可以不花钱或少花钱解决许多问题。
C、地能利用和废水、废热利用
指对地下和地表可再生能源（主要指储能）的综合利用，即将地热水、地下水、地表水、土壤乃至工业废水废热、生活废水废热中的低品味冷量和热量用于建筑的空调系统中。目前比较成熟的技术是地下蓄能、深井回灌（夏季制冷、冬季供热），如使用水源热泵和地源热泵，既可节省能源，又能提高效率和住户的运行费用。
D、相变材料利用
利用建筑维护结构把白天的热量存起来晚上用，或者是把夜里的冷量存起来白天用，是当前比较前沿的研究课题。但是这样作所存储的能量还不够，现在比较有效的解决方法就是采用相变材料，把建筑结构和相变材料结合起来，可设计出一种低能耗建筑，并能维持建筑物的良好的热环境。 |
