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2004年 第八期


“被动”让建筑在更高层次上回归自然

文  李婉华(清华大学建筑学院)


  被动式的保温隔热设计已成世界建筑时尚,这是一种简单又伟大的节能……

  建筑的隔热与保温似乎是个老生常谈的话题。不言而喻,减少外界气候的影响,为使用者创造一个适宜的工作生活环境,这本来就是建筑的首要功能。然而,随着人类文明的进化,建筑文化内涵的不断丰富,一些建筑师却忽略了建筑的这一基本属性,往往把建筑的表皮当成"时装",而看不到它与地域气候的必然联系;同时,科学技术的发展,空调等一些现代设施的应用,又使人们把注意力放在以机械手段调节建筑的室内气候环境上,渐渐将建筑自身的保温隔热功能放在了次要位置。
  近期,一些关注生态的建筑师回归了以被动式为主的设计策略,即加强建筑自身的保温、隔热、通风及采光等,以减少设备的使用。这并不是建筑本源的简单回归,而是以高度发达的科学技术为后盾,以丰富的历史经验为基础,以新型的生态观和环境意识为指导的回归。这种回归主要有外围护结构的隔热保温结构、平面布局的缓冲层策略及建筑体形布局等几个方面。
  受北极熊启发的外围护结构
  外围护结构的隔热保温结构,一般的做法是在墙和屋顶上加保温层,通常有外保温和内保温两种,面向室外的一面加保温层为外保温,面向室内的一面加保温层为内保温;再加上双层玻璃窗和遮阳设施等,如此外围护结构的保温隔热就算比较周全了。然而这些做法都会相应增加建筑面积和投资。一般来说开发商是不愿意接收的,不明内情的业主也不想多花这个钱。对此除了要说服开发商和业主多从长远考虑外,寻求更高质量和性能的保温隔热材料和设施,也成为建筑业以及建筑材料业研究的主要课题。
  德国建筑师赫尔佐格研制的一种墙体对我们很有启发。他从生物学家的研究成果中发现,北极熊之所以耐寒,是因为它们有厚厚的白毛绒和毛绒下面黑色的皮肤。黑皮肤易于吸收太阳辐热能,而白毛又起到了很好的热阻作用。赫氏借助这一原理设计出一种墙体,即将一种两面为浮法玻璃、中间填充半透明热阻材料的预制板,放在涂成黑色的墙体外。预制板相当于北极熊的白毛,涂了黑色的墙体如同北极熊的黑皮肤。这样,冬季外墙就成了吸收和保存太阳能的构件;夏季则利用遮阳设施,避免墙体受太阳照射。赫氏已将这种墙体运用到巴伐利亚普拉赫双户住宅设计中。这种墙体是否适合我国,它的造价会不会过高,还有待于进一步探讨,但赫氏的这种思路十分值得借鉴。
  近年来,从国外到国内处处可见的玻璃幕墙,已被注重生态的建筑师们注入了适应气候的理念和有效的技术手段。将其做成双层玻璃中间夹百叶,中间的空气层起到了暖水瓶一样的保温作用,与暖水瓶不同的是:大面积的玻璃,在冬季可以充分吸收太阳能;夏季则利用百叶遮挡阳光。这不失为一种有效的隔热保温墙体。
  云南土屋布局的缓冲层策略
  关注生态的建筑师还提出了将辅助用房布置在外围,用以缓解外界气候对建筑内部房间的影响。其实这一理念早在一些民间建筑中就有所体现。我国云南一带的少数民族民居中,将堂屋放在中央,南面是前室,东西两侧是卧室、厨房,北面是储藏间。堂屋周围的房间就起到了空气缓冲层的作用。清华大学建筑设计院设计的清华大学建筑设计中心大楼采用了很多缓冲层做法:楼梯、电梯、门庭等非办公空间放在东西两侧,以缓解东西向日照对办公空间的影响;南侧三层高的边庭,也对办公空间的隔热保温起一定作用;西面设有防晒墙,与建筑物相隔4. 5米,夏季防西晒,冬季防西北风,同时也有一定的保温隔热作用;用太阳能板做的架空屋顶也起着热缓冲作用。
  建筑体形的节能作用
  丹尼尔斯和赫尔佐格对建筑形体都进行过深入分析,他们得出的结论是:在四边形中,同样面积下,正方形的体形系数最小,也就是周长最小。因此,正方形在冬季热散失量最小,夏季的热盈余最小,也就是说其保温隔热性能最好。在此基础上,赫氏进一步提出将正方形旋转45度,以对角线为南北向布置的主张,他认为这样可以最大限度地吸收太阳辐射热。他已将这一设想运用到住宅设计中。德国建筑师英恩霍文又把这种理论向前推进一步,他认为圆形比起正方形来其体形系数更小,同时还有降低风压,优化光照的优势,因此他把圆柱体运用到了高层建筑德国埃森RWE办公楼设计中,该楼70%采用自然通风,可节约能耗30%。英国一设计组织"未来系统"将体形系数的概念从平面进而发展到立面,他们通过试验研究,在最大限度地考虑了空气动力学原理后发现,采用圆形平面的同时,立面用双曲线,最为经济有效。以该造型设计的"绿鸟",外表面镶嵌了光电板,预计该楼在能源供应上能达到自给自足。
  被动式的节能措施并不是消极地抵御自然,更多地是顺应自然,与自然和谐,进而积极地利用自然,模仿自然,使我们的建筑在更高层次上回归自然。 


    《绿色家园》 (2004年 第八期)


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