谈建筑的自由呼吸

　　摘要：可呼吸的建筑不是一种建筑风格,它注重的是节约建筑使用过程中的能源消耗,尽可能的创造自然通风的条件,改善室内的热环境。其目标是既节约能耗,又满足人接近自然的需要。这是一种生态型建筑,这一类建筑的实践对象既有大型公共建筑,也有居住建筑。归纳起来，建筑的自由呼吸形式可通过三种形式实现：可呼吸的建筑表皮、可呼吸的中庭，可呼吸的捕风器。
　　关键词：建筑，生态，可呼吸，表皮，中庭，捕风器
　　
　　随着2010年中国上海世博会的揭幕，各国场馆一一登台亮相。像往年一样，世博建筑都充分融入了节能减排的理念。从各国场馆设计中，“建筑会呼吸”作为一个节能元素，已经成为新世纪节能建筑一个越来越重要的特征。
　　20世纪开始出现的全球性气温变暖,在今天已日趋明显。面对其所带来的生态危机,人们越来越意识到保护自然环境和节约能源的必要性。建筑师有责任关注节约能源和满足能源需求的诸多可能性。
　　从1963年美国普林斯顿大学出版社出版《设计结合气候》至今,在生态建筑的实践中,设计结合气候,注重建筑与环境的整体性,将建筑作为自然的一部分来顺应整体,对风能等自然气候要素的利用已演化为建筑能源构想中不容忽视的重心。可呼吸建筑就是在这种背景下产生的,其实践过程越来越多地引起人们的关注。
　　可呼吸的建筑不是一种建筑风格,它注重的是节约建筑使用过程中的能源消耗,尽可能的创造自然通风的条件,改善室内的热环境。其目标是既节约能耗,又满足人接近自然的需要。这是一种生态型建筑,这一类建筑的实践对象既有大型公共建筑,也有居住建筑。归纳起来，建筑的自由呼吸形式可通过三种形式实现：可呼吸的建筑表皮、可呼吸的中庭，可呼吸的捕风器。
　　(一) 可呼吸的建筑表皮
　　这种建筑表皮又可分为两种形式：双层表皮与普通其它表皮形式。
　　1. 使建筑自由呼吸的“双层表皮”。
　　用构造的方式,在外围护结构的外层覆盖一层轻质材料制作的通风隔热层或设置隔热板,并在两者之间流出一定厚度的空气间层,当太阳照射时,温度升高,热空气自然上升,形成冷热空气的对流,把空气排出去,这种做法有利于隔热降温,对保证室内温度有一定作用。
　　高技术实践双层表皮是一种积极运用当代“高技术”来提高建筑的能源使用效率、营造宜人的建筑环境,利用高技术手段去完成人与自然的和谐的透明外围护结构。在建筑物实际墙面外0.5m～1.0m左右处,再加一层玻璃墙面,构成一个让空气由下往上流动的空间。在冬季,白天阳光透过玻璃使两墙面间的空气温度升高,此空间一来可以隔绝室内空间与室外冷空气的直接接触,二来可以利用内侧墙面上的窗户开关,控制此热流传入室内的量,以视需求调节室内的温度。在夏季,则利用外侧玻璃立面上的空气孔(冬季是关闭的),带走热气,使空气温度降低。同时可以在此空间内装置窗帘、百叶窗等遮阳设施,以阻止阳光的曝晒。外墙玻璃的内外侧,可以用不同材料处理,并设置装置使玻璃板转动,让它在冬季和夏季各以不同材料面向阳光,以加强或降低对光热的吸收。
　　双层表皮的优点在于它可以降低空调的成本——利用阳光(冬天)与自然通风(夏天)效果,以自然能源的使用降低机械空调的成本;还可以防止强风或坏天气对高楼建筑开窗的影响可以自由通风,而不依赖天气的影响或影响极小。
　　以幕墙结构为例，幕墙可以分为例，可以分为四种通风形式：
　　1) 风式双幕墙结构。双幕墙由内层的中空玻璃幕墙、外层的单层玻璃及中间的通风空腔组成，空腔由建筑底层延伸至屋顶，底部敞开，顶部设有电动百叶风口。夏季，百叶打开，促进腔内空气自然对流，降低幕墙表面温度。冬季，百叶关闭，形成一种温室效应，以提高幕墙表面温度。
　　2) 外循环呼吸幕墙。幕墙外立面设有进风和排风装置，在位于室内和室外之间，有一个相对封闭的过渡空间，空气由下部进风口进入，由上部排风口排出，空气处于经常流动之中，热量也随之在这空间中流动。
　　3) 内循环呼吸幕墙。为进行室内换气，设置专门的新风口。由于进风与排风是室内空气，热通道内温度与室内基本相同，通过通道温室效应获得太阳能补充室内取暖，这就大大节省了冬季取暖能耗。由于不与外界进行通风可以免除室外环境污染对室内空气质量的影响。外幕墙封闭，室内的温湿度等容易控制，可以充分保证室内恒定的、优良的使用环境。
　　4) 混合式呼吸幕墙混合式采用的是内循环和外通风相结合的一种模式，以内循环为基础，配置一套对外通风的取风口，它结合了内循环的优点又兼顾了建筑外通风的要求。
　　不同类型的双层皮玻璃幕墙适用于不同气候特点的地区及不同的建筑。
　　2. 其它表皮形式
　　1) 墙面镂空设计，使建筑自然呼吸，并加强防雨与隔声效果。
　　2) 墙面迎合风向的设计，设置通风口。
　　3) 屋顶采用桁架系统,上面覆以铝板等材质,下侧的弦杆用板条和水泥抹灰,形成了一个可自然循环的通风双层。空气通过屋顶两头的网格进入,从女儿墙的出口和屋顶中心的烟囱排出去,中空部分可以隔热,侧面用网格封口,可使空气通过。
　　(二) 可呼吸的生态中庭
　　一般而言，中庭带来较好的自然采光，同时也带来了温室效应，也可加剧烟囱效应，使自然通风加强。干热气候下利用空气热动力学原理蒸发制冷,产生了以水院和绿荫院为中心的自然空调系统的空间构成。由于热压力差形成的空气运动,干热空气进入封闭庭院,掠过水体和绿荫,得到了良好的降温、加湿和净化,因此庭院和室内环境凉爽适宜。因此，庭院上升开敞的空间与室内空间相通，既可满足室内光线的需求，又可增强了建筑内部的通风效果。另外
　　在西向主入口庭院一侧采用一面大尺度的防晒墙。在炎热季节,可以最大限度地遮挡西晒的直射阳光,同时,防晒墙与建筑主体之间具有较强的拔风作用,利于室内外空气的互动。
　　(三) 可呼吸的捕风器
　　即使建筑捕捉风的“烟囱效应。
　　过于依赖空调创造人工环境的做法,导致大气臭氧层的破坏。“空调病”会使人的身体健康受到伤害。自然通风系统充分利用自然能源,运用热力学原理,通过建筑剖面、构造设计,减少室外气候对室内环境的影响程度,可以创造舒适的物理小环境。
　　印度建筑师查尔斯•柯利亚提出的“形式追求气候”设计理论,从对传统建筑的分析入手,通过对日照和气候的深入研究,发展了一系列适应气候的设计策略。他的管式住宅特别适合炎热干燥气候条件,不使用空调便可创造舒适的室内热环境:利用建筑物的中央部分作为通风管道,可以从布置在周围的主空间拔风,促使室内空气的流动。它利用烟囱效应的原理缓解了大进深建筑在采光、通风方面的矛盾。
　　结语
　　“可呼吸建筑”在技术上有两种趋势:
　　1)结合当代高新技术,通过智能化的建筑设备调节和管理,实现对自然气候要素的进一步利用。如德国的盖茨总部大楼,将气候要素的利用与建筑智能技术相结合。增进了建筑对自然气候因素的利用程度。
　　2)利用建筑传统技术、中低技术手段,通过对日照、通风等环境气候因素的因势利导,营造良好的建筑微气候环境的中低技术。如柯里亚的“管式住宅”的空间模式。
　　无论是利用高技术,还是中低技术,可呼吸建筑都不是一种设计风格、一种造型游戏,它是依赖科学分析和技术手段才能实现的综合系统工程,是新世纪实现建筑节能减排的重要手段。
　　
　　参考资料：
　　【1】 李华东.高技术生态建筑[M].天津：天津大学出版社，2002
　　【2】 李保峰.双层皮玻璃幕墙研究[J].建筑学报，2001，（11）：28-31
　　【3】 李钢.李保峰.从“表皮”到“腔体器官”[J].建筑学报，2004,（3）；51-53
　　【4】 东南大学建筑分院.绿色建筑与建筑技术[M].北京：中国建工出版社.2006.