1、背景
建筑与生态、节能的关系。建筑与气候的关联，源于人与气候的关联，源于建筑作为人依存的气候过滤器的目的本身③。围护结构，作为建筑生态建筑的起源与发展与外界气候的分隔界面，是建筑对于气候的第一个过滤层，它的热工性能是建筑节能非常重要的一个节点。围护结构的热工性能，极大程度地影响了建筑内部微气候（micro-climate）的状况影响着节能的程度。中国建筑围护结构保温性能差，采暖空调系统能源效率低，建筑用能浪费严重。我国的采暖能耗占北方地区建筑能耗的50%以上。在实施建筑节能标准之前建造的建筑冬季采暖平均热指标在30—50W/m2，为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的2—3倍④。建设部副部长仇保兴说：“我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿m2，其中80%以上为高能耗建筑，既有建筑近400亿m2，95%以上是高能耗建筑。”《北京市居住建筑节能试点测试报告》也表明，按节能50%标准建造的建筑，实测节能只有37%；按节能30%标准建造的建筑，实测节能只有7.2%。由此可见，一方面，建筑的节能设计有利于节约地球能源，具有巨大的前景；另一方面，我国的建筑节能设计水平目前还比较低，极需得到充分的发展，极需提高应用水平。外墙的节能设计，是建筑的节能设计中最重要的一个环节。外墙的热工性能与采光效率，决定了房屋节能的可能性。在建筑的围护结构中，与外界气候接触最多的是外墙与屋顶。而外墙因其与外界接触面积大、构造节点复杂、节能构造的可能性大而成为建筑节能设计中最重要的节点。
2、生态建筑理论的起源
2.1朴素的生态建筑理论。对于建筑与自然、建筑与生态的关系，早在文艺复兴时期的达尼埃莱·巴尔巴罗就有讨论过。他在《维特鲁威，I.3》的评注中，认为艺术的法则应当遵循自然的法则，但他反对照原样的模仿。这些观点带有朴素的生态美学的气味。与之相仿的理论持有者，有1785年，米利萨在《回忆古代与现代建筑师》一书中提到两种特殊性：一种是由自然决定的常数，另一种则是由气候、人文习俗等各种因素所导致的变数。1777年，祖尔策提出了以大自然和人体为典范的“有机——功能主义”。这是最早的有机的字眼运用在建筑设计理论方面。从此以后，在这方面重要的理论几乎没有出现。这种现象一直持续到20世纪初。1926年，柯布西耶提出的“新建筑的五个特点”中的“屋顶花园”，已经具有生态建筑的一些结构特征，并且也是一种沿用至今的节能构造方式，可以说是现代节能建筑绿化屋顶的前身，并为生态建筑、建筑节能的诞生起到了重要的承启作用。1954年，法兰克·洛依德·赖特使用一些较晦涩的语言提出了“有机建筑（organicarchitecture）”，强调人类的居住应该与环境与自然世界相结合，使建筑与周边环境、地形、树木、家具等元素和谐相处，并形成一个有机的统一体。这是对于建筑与自然环境之间的关系最直接最肯定的论调。“有机建筑”强调的不仅仅是字面上建筑与自然环境之间的联系，而且强调建筑的生命周期内每一个元素所组成的复杂的共同体之间的相互关系。这些来自文艺复兴前后、早期的现代主义的理论，都明显地带有朴素的建筑生态观。尽管现代主义的有机建筑观已经实际地谈到建筑与建筑与自然的关系，但是所有这些对于自然与生态的关注，都只是停留在建筑美学的范畴，并没有突破其局限而到达建筑与生态环境、地球能源资源之间的相互依存、相互影响的本质上。但是这些观点对于建筑与自然界之间关系的聚焦。2.2生态建筑理论的形成。1956年，索拉里第一个提出将Architecture和Ecology的概念和成新的词Arcology，并在生态建筑的领域做了大量的研究工作，被尊称为“生态建筑之父”。1959年，黑川纪章在《从机械原理的时代走向生命原理的时代》一书中认为建筑与城市必然会从机械原理时代走向生命原理的时代。从此，生态建筑的理论开始蓬勃发展。比较重要的理论有1963年，V·奥戈雅《设计结合气候：地方主义的生物气候研究》提出“生物气候主义”的设计理论，认为建筑设计应当遵循气候——生物——技术——建筑的设计过程。在国内，房志勇在《建筑节能技术》一书中以日照、传热学等为基础，分别从建筑的围护结构的绝热、采暖的节能、制冷的节能、送（通）风的节能、照明的节能等方面分析了建筑节能的基本原理及方法。宋晔皓在《结合自然，整体设计：注重生态的建筑设计研究》一书中提倡整体的生态建筑观，并引入生态系统构架和生物气候缓冲层的概念。吕爱民在《应变建筑——大陆性气候的生态策略》一文中提出“选择透过性是一切生命都包含的固有属性。”提倡建筑的围护结构应像一切生命载体一样，根据气候的具体状况，自发地选择其“过滤”的功能。
3、生态建筑的萌芽与发展
意识到建筑在运行期间对环境产生的影响，建筑师们开始尝试改良结构方式与构造方式，尽量减少建筑在运行期间对能源的依赖，从而减少建筑对环境的负面影响。这种方式建造的房屋，在某种程度上减少了建筑对于能源的依赖，有利于建筑与生态环境的可持续发展。1926年柯布西耶提出的新建筑的五个要点中，有一点是平屋顶花园。这恰恰是现代生态建筑常用的一个构造方法。在意识到石油资源的危机之后，洁静能源替代高污染代价能源的需求日渐强烈。建筑作为能源的巨大消费者之一，建筑师不得不开始转移建筑的能源核心。因此，洁净能源技术如太阳能、风能、地热能等逐步开始被利用来实现建筑与环境的共生。新能源技术的发展，使生态建筑进入以洁净能源取代传统能源的时代。传统的外墙主体材料多采用单一材料，由于多种材料复合墙体的热工性能可选择性高，而且可根据建筑所在气候区域的特征而设计墙体的热工性能，并由此来决定墙体的材料与构造方式，所以，多种材料的复合墙体逐渐开始被广泛的运用。节能的墙体由外墙外保温逐渐发展至今，已经有各种各样的墙体体系。而这些外墙的节能设计的思路主要分两个：一是利用材料作隔热层或蓄热层；二是通过构造以调节气流，从而达到节能的目的。比较早的一种节能墙体是1967年出现的一种名为特隆布的墙体。特隆布墙系统也就是太阳能透射系统，最早运用在由法国的特隆布和米歇尔在比利牛斯山中的奥戴尤建造的实验住宅，最初是以设计建造者的名字命名。墙体主要由双层玻璃、空气层与蓄热墙组成。在墙体的上、下端设有通气口，以调节室内的气温。这种墙体体系保温性能好，在被动式太阳能建筑中应用得更为广泛。罗兰斯墙也是一种以设计者名字命名的节能墙体。这种墙由双层砖墙构成，墙外侧涂成黑色，并用玻璃把墙的上面覆盖起来，作为集热部分，使墙体中间的热暖空气与室内的空气循环流动⑤。外墙外保温虽然可以避免出现“热桥”，但是位于外部的保温材料在很大程度上影响了蓄热墙体对太阳辐射的吸收。基于北极熊黑色的皮肤与白色的体毛的保温原理，TIM墙体新型透明绝热材料及复合墙体，外部为两片玻璃，中间夹着管径约3.5mm的吸管状的透明绝热材料，内部为表面涂成黑色的蓄热墙体。这种墙体的保温性能以及隔热性能都很好。法国的建筑师让·努维尔设计的阿拉伯研究中心，外墙是由无数个金属格片组成，像无数个镜头的光圈一样。通过传感器对户外日照角度与强度的感应，由电脑控制这些金属格片的角度与张合，可以调节建筑外墙的入光量及热辐射量。电脑控制系统还可以根据照明需要，可以自动切换人工照明的开关。这些金属片的闭合，可以减少热传递的发生，从而在照明、隔热与保温方面起到有效节能的作用。诺曼·福斯特设计的法兰克福商业银行总部大厦，运用了一种两层玻璃间设有通风槽的“可呼吸”式表皮，这种结构方式有利于表皮的内部通风散热，也有利于减少建筑运行的能耗，促进了幕墙结构尤其是玻璃幕墙建筑的节能。因此，这种构造在双层玻璃幕墙建筑中使用得比较多。此外，还有Peakshaver集热墙、水墙、充水墙和相变储热墙等节能墙体体系。但是，在墙体的蓄热性能提高的同时，却带来夏季防热的问题。因此，蓄热墙体常须结合遮阳设施来保证夏季的防热。遮阳的做法主要有内外遮阳之别，也有在双层皮玻璃幕墙的中间层做遮阳（嵌入式），对于节能都能有显著的效果。但无论从立面效果还是从隔热的效果来看，外遮阳的效果都比内遮阳稍胜一筹。是故外遮阳的做法比较常见。
4、结语
工业革命以来，随着科技日新月异的发展，地球的资源正在被过度的开采与使用，建立在过度使用地球资源基础上的现代舒适环境，造成了地球气候的严重负荷，而过度强调利润的经济与化学工业相结合，使经济利润淹没了地球赖以长居久安的生态条件、气候环境条件。只强调工业、经济增长速度的社会追求，必定会对社会造成难以短时间恢复的环境破坏。而先污染、再整治的发展模式，也肯定不再适应当前的社会状态与发展趋势。如何调整社会的发展与破坏之间的关系，使经济效益与有利环境得到平衡发展，是目前至关重要的、影响国计民生的一个重大课题。而作为国民生活里跨度最大、影响最深的一个行业之一，建筑在其全生命周期以内，也肩负着重大的历史使命。通过生态建筑理念的贯彻，根据不同气候区域的特点，并结合人文历史传统与地方特色，改造建筑的构造方式与能源方式，从而减少建筑使用时对于地球能源资源的依赖，减少对于生态环境的破坏去实现人类居住活动的舒适性与便机电论文题目利性，将会对于地球的持续发展有着极其重要的意义。
作者：张贤波 单位：广州科技贸易职业学院
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