试论生物气候学建筑理论与实践初探

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　　论文摘要：随着生态建筑的发展，作为其分支之一的生物气候学建筑因其对自然条件的关注而变得更加重要。本文综述了对于生物气候学建筑的理解，阐述了这一理论在实践中的应用。

　　论文关键词：生物气候学建筑；气候；地域

　　生物气候学建筑是生态建筑的基础，它的进一步发展应该是完全生态的、与自然环境相融合的，具有最低能源消耗的生态学建筑。进行生物气候学研究对建筑形式的发展具有一定作用。在武汉，气候对建筑设计已起到了决定性的作用，运用生物气候学的方法，设计出较低能耗的建筑，应该是建筑发展的趋势。生物气候学方法鼓励建筑因时因地因气候不同，而具有不同的形态与立面，这就鼓励了建筑个性的发展，因而也可避免建筑干篇一律的状况。

　　1每一种建筑形式都是气候、文化、技术和用地环境平衡协调的结果

　　气候因素始终是建筑建造的关键。建筑史上的能工巧匠们总是因地制宜地建造适应当地气候变化的居住舒适的建筑。在炎热地区，利用空间组织增加室内空气的流动速度，防止太阳光线直接照入室内来降低室温，选择储热性能较高的结构和构造材料用于隔热，并在日间储存热量，在晚间温度降低时重新释放热量，以此调节室内温度。在严寒地区，建筑师们则广泛的利用材料的导热性和太阳性能，采用多种手段来接收更多的太阳照射，用某些遮蔽的手段来抵御寒风的侵袭。在气候比较温和的地区，则综合运用上述方式以适应当地的气候特点。

　　西亚(伊朗、伊拉克)地区的通风塔，可以将外界高达50℃的气温下降到室内20左右，使室内变得凉爽宜人；美国科罗拉多州迈萨瓦迪的悬崖宫殿，利用大地的恒温性和太阳辐射的残余热量，即使在冬季也能使室内保持宜人的温度；日本居家屏风和移门即便于通风又便于空间分隔。这些例子表明，建筑设计不仅要考虑室内环境的舒适，还兼顾着其他因素。像我国客家土楼，是抵御强敌入侵才出现的建筑形式，由此却形成可分区合理，秩序井然，达到高度可持续的居住形态。

　　对于地方气候的适应，在我国的居民建筑中不胜枚举。云南西双版纳的傣族“竹楼”，是湿热多雨气候下的独特建筑形式，它们大多为竹木结构，屋顶挑檐深远，造成的大片阴影使下部房间荫凉，底层架空和带缝的木楼板，使底部较为阴凉的室外空气渗透到室内，空气自然流动带走热量，也避免了雨水的淹没和虫蛇的侵扰。院落和檐廊是中国传统民居平面布局的典型特点。院中植草种树可起到净化室外空气、调节温度的作用；檐廊既是户外活动的理想场所，也是室内外的过度区域，还能组织良好的通风，同样起到调节室温的功效。同为院落式的民居建筑，在寒冷干燥、日照较少的北方，表现为南北向较长，院落空间开阔，以得到充分的阳光照射；而在湿热多雨、日照较长的南方，南北向相对较短，院落空间较小，建筑的阴影正好投射在院落中，造成了阴凉的小天井，即使在炎热的夏季也凉爽舒心。

　　2生物气候规划的高层建筑设计中某种程度上已被采用并取得了一定的效果

　　对于气候和地域条件的重视，多年来一直受到建筑师们的关注，即使现代主义的“国际式”建筑风靡全球的时候，在许多建筑师的作品中仍然蕴涵着对地域特点的呼应，极富朴素的生态思想。早在20世纪60年代，v．奥戈亚就在《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》中提出了“生物气候地方主义”的设计理论，认为建筑设计中应当遵循气候——生物——技术——建筑的设计过程。生物气候学理论的基础在于本土化建筑，遵循建筑所处的具体环境特点，使建筑处于低成本运行状态的最佳途径，那些如今仍然分布于世界各地的传统民居建筑就是很好的例证。

　　在以生物气候学理论为依据的建筑实践中，建筑不再是单纯为了表现比例、尺度、均衡等形式，而是在分析了当地的日照、风向、气候、地理等多种因素后的设计对策，使得建筑形式、功能与环境的关系更趋合理、经济，更具备可持续发展的特性。生物气候学建筑并不是材料和构件的简单组合，与普通建筑依赖于机电系统不同的是它具备生物体的有机特性，能不断地自我调节，普通建筑是依赖于电气和机械系统的运行而生存的。就像所有建筑空间必须满足使用者不同的使用要求和考虑未来的发展变化要求一样，在没有复杂的人工设施的情况下，建筑物既要利用自然的气候因素，还要能适应气候特点，因为自然界在每时、每日、每季都会发生温度、日照、光线和风力的变化。它还必须要能够适应建筑物内人流密度、内部分隔和服务要求等变化，密闭的空调建筑是通过空调设备的调节来持续地提供舒适的室内环境，而生物气候学建筑则是通过建筑“外皮”的不断调节来满足要求的，“混合式”建筑则是综合利用了上述两种手段。建筑“外皮”调节的基本方法是建筑外墙面的1／4必须能自如的开闭，1／3能得到直接的自然采光，1/3则可以任意调节，根据需要来接收或者遮蔽太阳的直射，调节射入的热量。当然建筑“外皮”必须设计合理，以避免妨碍对室外景观的欣赏。因此强调建筑外墙围护结构的多功能性尤其重要，将窗户、白叶、墙身、遮阳和雨篷等组合在一起，发挥透光、遮荫、蓄热、通风等多种作用，对于建筑节能起着举足轻重的作用。普通空调建筑的重点在于调节机械设备的输出，而生物气候学建筑则把建筑“外皮”的调节作为重点，这一转变引起了建筑外观形式的变化，也引起了部分外墙材料，尤其是玻璃、涂层和窗扇等的生产发生一系列的变革，制造商在玻璃成品的开发方面迈进了一大步，现在的玻璃不仅通透明净而且保温，而且有控制阳光射入量和自动调节等性能，他们还在研制能适应特殊环境的玻璃窗，窗户不再单纯地只是为了观景和通风，还在增加采光系数、避免眩目、控制阳光、窗户与洞口之间的连接构造和开启方式等方面有所突破，以适应不同的建筑朝向、立面构造、建筑功能和经济预算。人们期待着未来的建筑物及其辅助设施可以适应不同的气候条件，能随天气的变化而调节运行方式，空气调节、声音控制、太阳装置、及其朝向方位等都可以预先编程设定，随时间和气候的变换而自动调节，这就是真正的智能建筑。

提到生物气候学建筑，最着名的实践者要数马来西亚的杨经文博士，他提出了“要在建造中对自然环境施加最小的影响，并使我们的建成环境与生态圈的生态系统融为一体。”以生态设计原则为前提，以人的生存与舒适需求为目标，最大限度的提高能源和材料的利用率，尽可能减少建筑在建造和使用过程中对环境的污染。在对建筑选址、资源利用、建筑形式、平面形状，建筑外墙、竖向景观、材料选择等与生态环境之间相互关系的充分研究和审慎推敲之后，寻求最佳设计方案。他在生态保护方面参与及专业经验始于早些时候在英国剑桥大学建筑系的研究。在组建T．R汉沙及杨建筑师事物所后，开始实施“绿色计划”；开始时只是针对一些条件允许的项目，后来几乎在从高层建筑的总体规划到郊外设计工程的所有项目中实施。最初他们是为那些与当地气候相关的节能建筑工程设计生物气候解决方案，这是向商业客户介绍这个理念的最容易的途径，最终引发了一个综合性更强的生态保护设计规划，它与环境各相关因素有着更深入广泛的结合。很少有人将高层建筑类型和“绿色设计”结合起来。多数“绿色设计师”更愿意与低层或是中层工程计划打交道。但它以前所未有的速度在全世界各主要城市被建构起来，特别是在东方。所以应为将高层建筑建构成长期存在的绿色建筑做好准备。

　　印度建筑师查尔斯·柯里亚将印度传统建筑技术中符合生态建筑思想的设计理念和方法运用到建筑设计中，较好地解决了炎热干燥气候下，建筑的遮阳和通风问题，并提出了“形式追随气候”的口号。德国的北莱茵威斯特伐利亚兰德政府于1989年制定了环境改善的十年计划，“科技园”这项工程就是该计划中由埃姆仕公园保奥斯特隆国际组织发起的极富创造性的项目之一。它形成了雷纳尔伯科技园的轴线，在一个废弃的钢铁厂旧址上建起了技术革新中心，同时该地段经清理整治后，又开挖了一个湖泊，既美化了环境，又可作为雨水蓄留池。沿建筑主体的东面分别排列着9个研究用房，进入地下场的入口也在这一边。西面长约300m的“拱廊”，是一处设有商店和咖啡馆的公共场所，“拱廊”高三层，外侧为侵斜的玻璃墙面，在走廊中人们可以俯瞰整个湖泊。

　　在紧缩投资运行成本基础上的节能管理是整个设计构思的核心。“拱廓”的灵感来自于19世纪的园艺建筑和工业建筑的巨大空间。10m宽的内部通道成为后面建筑的过渡部分，建筑正面安装可随季节变化而自由调节像Thennopius隔热玻璃。在冬季，可将低处的档板关闭；在夏季可将它们滑向上方，就像是大型的上下推拉窗，这样做主要目的是为了获得自然通风，并且还可以是人们有临水而居的感觉，同时地板下的室温调节系统有助于室内降温，调节过程中被热空气加热的水可以进一步加以利用。建筑还设有一个室外雨篷，避免了拱廊地面在夏天出现过热的现象。各个研究用房的立面是简单的木材和装有隔热玻璃的法式窗户的铝制构件，它们与通风板结合起来，以便于在夜间冷却混凝土楼板，而混凝土地面的热容也有助于室内温度的稳定。在窗户上还装有自动控制的织物窗帘。屋顶上有一个巨大的太阳能发电机，据称这是世界上最大的与建筑连为一体的光电发生器，每年可发电20万KW。建筑物的运行由其能源管理系统来联动控制‘，室内照明可根据室外光线的亮度自动调节，一旦通风板打开，供热开关就会打开。

　　这些办公室的建筑充满奇思妙想。一般来说，开发商们在为建造使用功能尚未完全确定的房屋时，通常会为防备意外而设有一套备用空调系统，但在此项目中，开发商并没有这样做，充分显示出其强烈的“绿色”宗旨。

　　通过以上的论述，生物气候学建筑的设计理论已经基本阐述清楚。我们很容易发现，这种建筑是适应现代建筑设计的。它指出建筑设计应遵循气候一生物一技术一建筑的建造过程，指引了建筑师对新兴生态建筑的设计。