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摘要：随着人民生活水平的提高，对居住环境的要求也越来越高。设计师要根据建筑物的建设地点，科学合理地确定其建筑朝向，对节能具有非常重要意义。本文根据笔者多年的建筑设计经验，对住宅建筑的平面形状、空间布局的节能设计进行探讨。
关键词：住宅；平面设计；节能措施
前言
依据民用建筑节能设计标准（有采暖居住建筑部分），进行节能住宅设计时，在满足一定体型第数限制条件下，节能建筑本体围护结构应达到规定的热工指标要求。这就要求进行住宅节能设计时应重视住宅的体型设计，较好地控制其体型系数。但建筑的体型受到建筑使用功能的限制，设计时应综合考虑各种因素的影响，使住宅体型系数尽可能等于或接近标准要求的限值。住宅使用时会接受外界太阳辐射热，冬季接受的辐射热量越多对于提高室内温度、节省能源有利；夏季则相反。接受太阳辐射热的多少与建筑物的朝向及所处的地理纬度有关。因此，建筑师应对建筑的体形以及建筑群体组合进行合理设计，以适应不同的气候环境，达到节能的理想效果。
一、控制建筑物的体形系数
建筑空间形态的变化仅能形成丰富的空间视觉向度，而且处理得当还可以减少建筑能耗。加强建筑设计的定量化研究，是建筑学学科发展的必然趋势。设计时应注意建筑对环境的影响及环境对建筑使用带来的制约作用，并强调必要的定量控制，建立建筑使用后评价和反馈机制等。体形系数是指建筑物外表面积与外表面所包同的体积之比。体形系数的大小对建筑物能耗影响非常显著。体形系数越大，表明同等体积的房间表面积越大，建筑物能量损失的途径就越多；体形系数越小，建筑物外墙、外窗的面积较小，造价相对较低。因此，建筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。研究表明：体形系数每增大1％，能耗指标约增加2．5％。一般来讲，6层左右的建筑物对建筑节能较为有利。建筑物的外形越简单，其外壳的表面积越小，热交换量也越少。因此，建筑物的造型宜简洁、完整，尽量避免复杂的轮廓线。可见，宜尽量选择体形系数小的形体，如球体、圆柱体、立方体，比如国家大剧院就采用近球面体外形而比较节能。在建筑设计中，应尽量减少建筑的外墙面积，控制层高和窗墙面积比，减少体形凹凸变化，尽量采用规则的平面形式，实现节能的目标。具体来说，降低体形系数的方法主要有：
(1)减少建筑面宽，加大建筑进深：
(2)增加建筑物的层数：
(3)加大建筑长度或增加组合体：
(4)建筑体形不宜变化过多。
另外，为了实现防热目的，根据我国南方主要城市(如广州)的设计所采用的夏季太阳辐射强度，计算出我国南方主要城市南北朝向布置的长方体形建筑的长宽比为2．0：2．3，高宽比为2．1：2．4，当前，有些开发商和建筑师盲目照搬一些国外建筑规划设计案例，脱离了当地气候条件，设计出东西向或围合式建筑，也有些为了追求建筑形态的新、奇、特，一味强调视觉效果，设计出许多异形建筑，这些建筑复杂的轮廊线不利于结构安全，而且无形中扩大了建筑外表面积，大大增加了建筑与外界的热量交换。
体形系数是重要的节能措施，但不是唯一的。节能、功能、结构、设备、基地和艺术形式等因素确定建筑体形。一般来说，体形系数尽量小于30％，是建筑节能的一个重要方而。建筑物若出于造型和美观考虑，不得不采用较大的体形系数时，应通过增加外墙热阻来弥补。当体形系数大于30％时，按“节能标准”的要求，其外墙围护结构的热阻要增加20％．屋顶同护结构的热阻要增加33％以上。建筑体形不仪与节能有关，而且与其它许多因素有密切关系，如建筑的内部使用以及其中各部分的相互关系、内部及外部的交通路线、结构的需要、建筑外观的活泼、美观和多样化等等。单纯从建筑能耗的角度来看，应该减少体形系数。但是体形系数不仅影响外同护结构的热损失，也与建筑造型、平面布局、采光通风紧密相连。体形系数太小，将制约建筑师的设计，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。只要建筑朝向、基本体量不置于严重违背建筑节能设计原则，因为局部体形的复杂变化带来的热能损耗是可以通过其它措施弥补的。所以，在具体设计中要综合考虑，权衡利弊，将体形系数控制在合理的范围内。另外，双层穹顶是解决强烈日照问题的有效方法，内穹顶与外穹顶问的空隙形成了一个隔热层。即使在夏天强烈的太阳照射下，外穹顶极度升温，但内穹顶仍能保持较低的温度，在两层穹顶间形成的空气对流减弱了辐射的影响。在单体设计中适当考虑设置底部架空层，使自然景观与建筑空间交融渗透，也有利于调控建筑底层的风环境。杨经文博士认为，建筑师应该具有丰富的生物气候学方面的知识。设计时应与生态学相结合。他在高层建筑中结合东南亚的气候条件形成一套独特的设计理念和手法，如在高层建筑中引入绿化开敞空间，设计“两层皮”的外墙，形成复合空间或空气间层，屋顶设置遮阳格片的屋顶花园，利用中庭组织自然通风。其主要代表作有他给自己设计建造的住宅、梅纳拉商厦和马来西亚IBM大楼等，都较完整地体现了他的设计思想。
二、选择良好的建筑朝向
建筑布局应考虑朝向与节能的因素。适当的建筑朝向能使建筑在冬季增加太阳辐射热，夏季减少太阳辐射热。影响建筑朝向的因素很多，如地理纬度、地段环境、局部气候特征和建筑用地条件等。据测算，最佳的朝向比最差的朝向，建筑能耗能够节约5％～8％。在设计中根据日照和太阳入射角确定建筑朝向范围后，可进一步根据季风主导方向进行调节．选取合理的朝向．以获得良好的夏季穿堂風，并尽量借助建筑的体形变化多利用天然能源。南向是我国各地区都较为适宜的建筑朝向。无论是为了降低冬季采暖能耗．还是为了降低夏季空调制冷负荷，建筑物朝向最好采用南北向或者接近南北向．尽量避免东西向。
若再配合以遮阳隔热，效果将更加显著，若建筑物的南立面设lm宽的阳台可以加强遮阳。比如某中心大厦坐北朝南，呈H形平面，建筑平面采用等柱跨的正方形平面，而核心筒位于平面中心，周边设环形走道，使用空间获得了最大的视野和天然采光条件。由于夏季的通风和遮阳设计非常重要，建筑设计考虑群体的锯齿形排列，以增大建筑的迎风面；在夏季主导风向上，宜采用前短后长、前疏后密的平面布局形式，既疏导夏日凉风，又阻挡冬季的寒流。在竖向布局方面，宜采取前低后高的态势。由于南方的夏季主要是南风和东南风，因此，门窗设计要尽可能地布置在南向、东南向或北向。西向要尽可能少开窗。开小窗。在立面设计上，应该根据不同的朝向区别设计，因为在不同的朝向下情况是完全不同的。比如在南向设置水平板用于遮阳：而北向应该减少进深，增加更多的采光面；至于东西向，应该采用侧向垂直板遮阳，这样可以尽量少开窗户，从而降低能耗。与建筑实体分离的墙体通过构件与建筑连接，形成依附于建筑实体的外部空间。这种类型的空间常设置在建筑的东西朝向，分离的墙体作为“防晒墙”，由实体墙或遮阳百叶构成。
三、优化建筑物的平面设计
建筑平面的巧妙布局也能获得满意的节能效果。适当增加套型进深，则有利于在限定建筑面宽内增加建筑面积，还有利于节能。然而，建筑的进深也不宜过大，这样有利于穿堂风的形成。一般情况下，平面进深不宜超过楼层净高的5倍，可取得较好的通风效果。当建筑物的平面形式为L型时，尽可能使其凹口面向夏季主导风向。从建筑的平面布局平来说，宜采用错列式、斜列式和自由式等形式，而不宜采用不利于自然通风的周边式和并列式布局。尽量使用开敞的建筑平面，并使其长向的前后两墙的窗户垂直于夏季主导风向，加强通风效果。除非存在特别重要的视觉走廓，一般窗户都应面向直接日晒较小的方向。窗户的开启形式对通风面积和气流的流畅均产生较大的影响。推拉窗与平开窗比较(相同窗户面积)，平开窗的最大通风面积是推拉窗的2倍，通风效果明显。当建筑内部不能形成穿堂风的情况下有必要通过导风板的设计增加空气流通的条件。若房间只能单侧墙开窗时，可考虑在此墙上相距一定距离开设2个窗户。两窗之间设置垂直挡风板。比如．泰国的炎热是举世闻名的，属于湿热带季风气候曼谷的防热型酒店的平面布局是将卫生间沿外墙布置且不开窗，客房外墙做成凹阳台状，一般不开门，尺寸不大的凹阳台主要是放置分体式空调器之用。这样的布局特点使外墙免受阳光的直接照射，改善了客房的热环境，降低了空调器的能耗量。另外，除了平面设计时应对通风重点考虑外，建筑剖面的通风设计也是十分重要的。应注意以下两点：一是进出风口的高低决定了室内空气流动的方向，对人体的舒适度影响较大，一般应结合房问的实际使用功能设计剖面的通风高度；二是运用文丘里管原理，在建筑物剖面的上部设置出风口，使面积较大的建筑物也有良好的通风效果。具体做法可在大进深的建筑物中部设置若干贯通的垂直空间，此空间应高于屋断，并设置相当数量的出风口，由于太阳辐射的加热作用使该空间形成“烟囱效”，实现热压通风。
四、炎热地区住宅建筑的节能设计
在满足消防和景观等要求的前提下，建筑平面的巧妙布局常能获得较好的节能效果。建筑的体形应该紧凑，控制合理的体形系数。通常单元式、通廊式住宅的体形系数不宜超过35％，塔式(或点式)住宅的体形系数不宜超过40％。平面布置宜按功能进行分区，例如住宅中餐厅可以布置在东南侧，起居室布置在南侧，卧室布置在西南，储藏、交通等放在北侧作为缓冲空问。对于单位节能住宅，最好的体形是长轴朝东西的长方形，长轴朝南北的长方形最差，板式住宅优于点式住宅。可见，住宅应尽量采用多单元的“一”字型，不作凹凸不齐平面和高低参差立面，既能节约三材，又能约能源。在炎热地区，夏季应尽量避免太阳直射室内和居室外墙丽，采取适当的措施保证每一栋住宅单体都有充足的迎风。居住小区的建筑规划最好采用南低北高的设计原则。在规划条件允许的情况下，建筑的主要朝向宜选择本地区最佳朝向(如南北向或接近南北向)，使主要居室朝向南偏东l50至偏西l50范围，不宜超出南偏东450至偏西300的范围。因为同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷小。为了改善后排住宅的通风，可利用开敞式楼梯问作垂直导风口。或底层架空作为水平导风口。在建筑群的組合上，可以采取前后错列、斜列、前短后长、前低后高和前疏后密等方式来提高通风效果。而对于一些高层住宅的建筑设计来说，甚至可以将内部的院落分开，分解成两部分，即使是1层6个单位，也会有较好的对流和采光。在外边缘可以采用侧开的阳台，中间设置1个花园，这样可以使内部的住户有良好的通风，改善了采光条件1个综合住宅的空中花园，在设计时要注重不同层次的对流．才能够更有效地发挥空气对流的作用侧向的空中花园，可以减少南向采光，并且适当进行遮阳处理。同时，可以增加空中花同内侧向的开窗而积，南向要减少，可以节省公共空间的照明和通风方面的能耗。当前，架空坡顶已成为世界各国普遍采用的生态可持续的建筑形式，较具代表性的建筑作品当属印度查尔斯·柯里亚大师的“管式住宅”。它实际上是把烟囱拔风原理应用于剖面设计中，在低层高密度的住宅群体中，既可在户内创造小型化的阴影户外空间，又有效地解决了室内空气流通的问题，并产生出直接反映地域气候特征的优美建筑形态。
五、结束语
建筑师具有建筑节能设计的理念十分重要。平面组合调整是与建筑功能组合相协调的节能意识的实施方法。要充分发挥建筑师的聪明智，通过各种技术手段和措施，达到节能的目的。在选择方案时，应对不同体形、朝向和平面设计等的节能效果作出正确评价，使建筑的初始阶段一方案设计就具备节能意识。为以后的节能设计创造条件，并结合中国国情，创造出低能耗的生态建筑。
关键词：住宅；平面设计；节能措施
前言
依据民用建筑节能设计标准（有采暖居住建筑部分），进行节能住宅设计时，在满足一定体型第数限制条件下，节能建筑本体围护结构应达到规定的热工指标要求。这就要求进行住宅节能设计时应重视住宅的体型设计，较好地控制其体型系数。但建筑的体型受到建筑使用功能的限制，设计时应综合考虑各种因素的影响，使住宅体型系数尽可能等于或接近标准要求的限值。住宅使用时会接受外界太阳辐射热，冬季接受的辐射热量越多对于提高室内温度、节省能源有利；夏季则相反。接受太阳辐射热的多少与建筑物的朝向及所处的地理纬度有关。因此，建筑师应对建筑的体形以及建筑群体组合进行合理设计，以适应不同的气候环境，达到节能的理想效果。
一、控制建筑物的体形系数
建筑空间形态的变化仅能形成丰富的空间视觉向度，而且处理得当还可以减少建筑能耗。加强建筑设计的定量化研究，是建筑学学科发展的必然趋势。设计时应注意建筑对环境的影响及环境对建筑使用带来的制约作用，并强调必要的定量控制，建立建筑使用后评价和反馈机制等。体形系数是指建筑物外表面积与外表面所包同的体积之比。体形系数的大小对建筑物能耗影响非常显著。体形系数越大，表明同等体积的房间表面积越大，建筑物能量损失的途径就越多；体形系数越小，建筑物外墙、外窗的面积较小，造价相对较低。因此，建筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。研究表明：体形系数每增大1％，能耗指标约增加2．5％。一般来讲，6层左右的建筑物对建筑节能较为有利。建筑物的外形越简单，其外壳的表面积越小，热交换量也越少。因此，建筑物的造型宜简洁、完整，尽量避免复杂的轮廓线。可见，宜尽量选择体形系数小的形体，如球体、圆柱体、立方体，比如国家大剧院就采用近球面体外形而比较节能。在建筑设计中，应尽量减少建筑的外墙面积，控制层高和窗墙面积比，减少体形凹凸变化，尽量采用规则的平面形式，实现节能的目标。具体来说，降低体形系数的方法主要有：
(1)减少建筑面宽，加大建筑进深：
(2)增加建筑物的层数：
(3)加大建筑长度或增加组合体：
(4)建筑体形不宜变化过多。
另外，为了实现防热目的，根据我国南方主要城市(如广州)的设计所采用的夏季太阳辐射强度，计算出我国南方主要城市南北朝向布置的长方体形建筑的长宽比为2．0：2．3，高宽比为2．1：2．4，当前，有些开发商和建筑师盲目照搬一些国外建筑规划设计案例，脱离了当地气候条件，设计出东西向或围合式建筑，也有些为了追求建筑形态的新、奇、特，一味强调视觉效果，设计出许多异形建筑，这些建筑复杂的轮廊线不利于结构安全，而且无形中扩大了建筑外表面积，大大增加了建筑与外界的热量交换。
体形系数是重要的节能措施，但不是唯一的。节能、功能、结构、设备、基地和艺术形式等因素确定建筑体形。一般来说，体形系数尽量小于30％，是建筑节能的一个重要方而。建筑物若出于造型和美观考虑，不得不采用较大的体形系数时，应通过增加外墙热阻来弥补。当体形系数大于30％时，按“节能标准”的要求，其外墙围护结构的热阻要增加20％．屋顶同护结构的热阻要增加33％以上。建筑体形不仪与节能有关，而且与其它许多因素有密切关系，如建筑的内部使用以及其中各部分的相互关系、内部及外部的交通路线、结构的需要、建筑外观的活泼、美观和多样化等等。单纯从建筑能耗的角度来看，应该减少体形系数。但是体形系数不仅影响外同护结构的热损失，也与建筑造型、平面布局、采光通风紧密相连。体形系数太小，将制约建筑师的设计，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。只要建筑朝向、基本体量不置于严重违背建筑节能设计原则，因为局部体形的复杂变化带来的热能损耗是可以通过其它措施弥补的。所以，在具体设计中要综合考虑，权衡利弊，将体形系数控制在合理的范围内。另外，双层穹顶是解决强烈日照问题的有效方法，内穹顶与外穹顶问的空隙形成了一个隔热层。即使在夏天强烈的太阳照射下，外穹顶极度升温，但内穹顶仍能保持较低的温度，在两层穹顶间形成的空气对流减弱了辐射的影响。在单体设计中适当考虑设置底部架空层，使自然景观与建筑空间交融渗透，也有利于调控建筑底层的风环境。杨经文博士认为，建筑师应该具有丰富的生物气候学方面的知识。设计时应与生态学相结合。他在高层建筑中结合东南亚的气候条件形成一套独特的设计理念和手法，如在高层建筑中引入绿化开敞空间，设计“两层皮”的外墙，形成复合空间或空气间层，屋顶设置遮阳格片的屋顶花园，利用中庭组织自然通风。其主要代表作有他给自己设计建造的住宅、梅纳拉商厦和马来西亚IBM大楼等，都较完整地体现了他的设计思想。
二、选择良好的建筑朝向
建筑布局应考虑朝向与节能的因素。适当的建筑朝向能使建筑在冬季增加太阳辐射热，夏季减少太阳辐射热。影响建筑朝向的因素很多，如地理纬度、地段环境、局部气候特征和建筑用地条件等。据测算，最佳的朝向比最差的朝向，建筑能耗能够节约5％～8％。在设计中根据日照和太阳入射角确定建筑朝向范围后，可进一步根据季风主导方向进行调节．选取合理的朝向．以获得良好的夏季穿堂風，并尽量借助建筑的体形变化多利用天然能源。南向是我国各地区都较为适宜的建筑朝向。无论是为了降低冬季采暖能耗．还是为了降低夏季空调制冷负荷，建筑物朝向最好采用南北向或者接近南北向．尽量避免东西向。
若再配合以遮阳隔热，效果将更加显著，若建筑物的南立面设lm宽的阳台可以加强遮阳。比如某中心大厦坐北朝南，呈H形平面，建筑平面采用等柱跨的正方形平面，而核心筒位于平面中心，周边设环形走道，使用空间获得了最大的视野和天然采光条件。由于夏季的通风和遮阳设计非常重要，建筑设计考虑群体的锯齿形排列，以增大建筑的迎风面；在夏季主导风向上，宜采用前短后长、前疏后密的平面布局形式，既疏导夏日凉风，又阻挡冬季的寒流。在竖向布局方面，宜采取前低后高的态势。由于南方的夏季主要是南风和东南风，因此，门窗设计要尽可能地布置在南向、东南向或北向。西向要尽可能少开窗。开小窗。在立面设计上，应该根据不同的朝向区别设计，因为在不同的朝向下情况是完全不同的。比如在南向设置水平板用于遮阳：而北向应该减少进深，增加更多的采光面；至于东西向，应该采用侧向垂直板遮阳，这样可以尽量少开窗户，从而降低能耗。与建筑实体分离的墙体通过构件与建筑连接，形成依附于建筑实体的外部空间。这种类型的空间常设置在建筑的东西朝向，分离的墙体作为“防晒墙”，由实体墙或遮阳百叶构成。
三、优化建筑物的平面设计
建筑平面的巧妙布局也能获得满意的节能效果。适当增加套型进深，则有利于在限定建筑面宽内增加建筑面积，还有利于节能。然而，建筑的进深也不宜过大，这样有利于穿堂风的形成。一般情况下，平面进深不宜超过楼层净高的5倍，可取得较好的通风效果。当建筑物的平面形式为L型时，尽可能使其凹口面向夏季主导风向。从建筑的平面布局平来说，宜采用错列式、斜列式和自由式等形式，而不宜采用不利于自然通风的周边式和并列式布局。尽量使用开敞的建筑平面，并使其长向的前后两墙的窗户垂直于夏季主导风向，加强通风效果。除非存在特别重要的视觉走廓，一般窗户都应面向直接日晒较小的方向。窗户的开启形式对通风面积和气流的流畅均产生较大的影响。推拉窗与平开窗比较(相同窗户面积)，平开窗的最大通风面积是推拉窗的2倍，通风效果明显。当建筑内部不能形成穿堂风的情况下有必要通过导风板的设计增加空气流通的条件。若房间只能单侧墙开窗时，可考虑在此墙上相距一定距离开设2个窗户。两窗之间设置垂直挡风板。比如．泰国的炎热是举世闻名的，属于湿热带季风气候曼谷的防热型酒店的平面布局是将卫生间沿外墙布置且不开窗，客房外墙做成凹阳台状，一般不开门，尺寸不大的凹阳台主要是放置分体式空调器之用。这样的布局特点使外墙免受阳光的直接照射，改善了客房的热环境，降低了空调器的能耗量。另外，除了平面设计时应对通风重点考虑外，建筑剖面的通风设计也是十分重要的。应注意以下两点：一是进出风口的高低决定了室内空气流动的方向，对人体的舒适度影响较大，一般应结合房问的实际使用功能设计剖面的通风高度；二是运用文丘里管原理，在建筑物剖面的上部设置出风口，使面积较大的建筑物也有良好的通风效果。具体做法可在大进深的建筑物中部设置若干贯通的垂直空间，此空间应高于屋断，并设置相当数量的出风口，由于太阳辐射的加热作用使该空间形成“烟囱效”，实现热压通风。
四、炎热地区住宅建筑的节能设计
在满足消防和景观等要求的前提下，建筑平面的巧妙布局常能获得较好的节能效果。建筑的体形应该紧凑，控制合理的体形系数。通常单元式、通廊式住宅的体形系数不宜超过35％，塔式(或点式)住宅的体形系数不宜超过40％。平面布置宜按功能进行分区，例如住宅中餐厅可以布置在东南侧，起居室布置在南侧，卧室布置在西南，储藏、交通等放在北侧作为缓冲空问。对于单位节能住宅，最好的体形是长轴朝东西的长方形，长轴朝南北的长方形最差，板式住宅优于点式住宅。可见，住宅应尽量采用多单元的“一”字型，不作凹凸不齐平面和高低参差立面，既能节约三材，又能约能源。在炎热地区，夏季应尽量避免太阳直射室内和居室外墙丽，采取适当的措施保证每一栋住宅单体都有充足的迎风。居住小区的建筑规划最好采用南低北高的设计原则。在规划条件允许的情况下，建筑的主要朝向宜选择本地区最佳朝向(如南北向或接近南北向)，使主要居室朝向南偏东l50至偏西l50范围，不宜超出南偏东450至偏西300的范围。因为同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷小。为了改善后排住宅的通风，可利用开敞式楼梯问作垂直导风口。或底层架空作为水平导风口。在建筑群的組合上，可以采取前后错列、斜列、前短后长、前低后高和前疏后密等方式来提高通风效果。而对于一些高层住宅的建筑设计来说，甚至可以将内部的院落分开，分解成两部分，即使是1层6个单位，也会有较好的对流和采光。在外边缘可以采用侧开的阳台，中间设置1个花园，这样可以使内部的住户有良好的通风，改善了采光条件1个综合住宅的空中花园，在设计时要注重不同层次的对流．才能够更有效地发挥空气对流的作用侧向的空中花园，可以减少南向采光，并且适当进行遮阳处理。同时，可以增加空中花同内侧向的开窗而积，南向要减少，可以节省公共空间的照明和通风方面的能耗。当前，架空坡顶已成为世界各国普遍采用的生态可持续的建筑形式，较具代表性的建筑作品当属印度查尔斯·柯里亚大师的“管式住宅”。它实际上是把烟囱拔风原理应用于剖面设计中，在低层高密度的住宅群体中，既可在户内创造小型化的阴影户外空间，又有效地解决了室内空气流通的问题，并产生出直接反映地域气候特征的优美建筑形态。
五、结束语
建筑师具有建筑节能设计的理念十分重要。平面组合调整是与建筑功能组合相协调的节能意识的实施方法。要充分发挥建筑师的聪明智，通过各种技术手段和措施，达到节能的目的。在选择方案时，应对不同体形、朝向和平面设计等的节能效果作出正确评价，使建筑的初始阶段一方案设计就具备节能意识。为以后的节能设计创造条件，并结合中国国情，创造出低能耗的生态建筑。