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建筑环境史观演化

2012-08-17 10:47 来源:建筑工程 人参与在线咨询

 

从瓦特发明蒸汽机时起,化石能源消费开始迅速增加;1900年前后第二次工业革命发生,内燃机和电的发现与利用开启了电气时代,二次世界大战后,世界人口大爆炸(见图1)使得化石能源消费呈现爆炸性的增长。1870年以来,世界能源消费的变化趋势如图2所示,可以看出,二次世界大战稍微遏制了能源消费增长的势头,之后在20世纪70年代爆发的能源危机促使人们开始大力开发新能源,这个时期的水电和核电增长迅猛。进入21世纪,可再生能源发展迅猛,主要体现在光伏发电、风力发电、生物质能源,以及其它的可再生能源,如地热发电和潮汐能发电等。总体来看,低密度的新能源存在利用瓶颈和其它诸多质疑,核裂变所需矿产资源同样有限且已发生的切诺贝利核电站与日本福岛第一核电站事故证明核电站具有一定的不可靠性,另外热核聚变技术遥不可及且人类也无法开采太空资源。因此,到2030年前后,人类依旧无法摆脱对于高密度化石能源的依赖。

 

反观历史,从能源利用的角度分析,农耕文明是建立在低密度太阳能和风能基础上的,所有的人类机械太阳能装置(如PV光伏板)都没有植物光合作用利用太阳能的效率高且生态效益好[3]。根据卡诺定理发展出的热力学第二定律以及熵、耗散结构的提出更是决定了机械系统这种典型的耗散系统需要高密度能源的支撑。这样看来,高密度的化石能源是工业文明的必然选择,低密度的可再生能源无法支撑工业文明的能源需求。然而,化石能源的枯竭近在咫尺(见表1),假设现有发展模式不变,化石能源枯竭后,自然生态环境破坏殆尽,全球将处于生态赤字发展阶段[4],人类势必会在经历人口骤降、工业文明体制崩溃的动乱时期之后重新回到农耕文明。而目前,人们还看不到任何新能源有希望完全取代化石能源,因此中国要做好人类进入化石能源枯竭期的准备,建筑环境营造策略和技术也应该做出相应的转变,摆脱对化石能源的依赖。

 

在建筑能耗中,供暖空调系统占2/3,因此有义务转变建筑环境营造策略和技术,为社会发展节约宝贵的不可再生资源和能源。

 

工业文明在给人类带来不可再生资源和环境危机的同时,由于其“唯生产力至上”的文化和制度,将人视为社会机器而非自然生物,导致现代的社会生活方式出现了许多健康问题。在建筑环境营造方面,追求恒定的室内环境、以提高人体舒适度和生产效率的控制方法忽视了人作为自然生物的健康和心理需求,产生了许多建筑疾病,尤其以长期生活在恒定办公环境中的白领人群最为明显。在节能和健康需求的推动下,西方发达国家已经开展了建筑室内环境适应性热舒适标准的研究。另一方面,作为世界上唯一没有中断且代表农耕文明最高发展水平的中华文明,其提倡的人、环境、资源和谐发展的理念以及中医养生理论与古今中外的被动式建筑理念与技术相融合,可以为未来建筑提供环境营造策略与技术的参考和指导。

 

1建筑环境营造策略和技术、生活方式的演变

 

1.1建筑环境营造策略和技术的演变

 

建筑环境营造策略和技术总体来讲可分为两大类:一是与自然隔绝,以降低室外气候变化所带来的对室内环境的影响;二是建筑适应自然环境变化,通过被动式技术的应用,改善室内环境的舒适性[6]。从人类发展的时间尺度出发,可将不同时期的建筑形式变化及建筑环境营造策略和技术绘制成如图3所示的示意图。受到与工业文明相适应的市场经济制度和生活方式的影响,采用第2种策略和技术营造的建筑形式由于需要针对不同地域的气候进行分析与设计,且由于建筑空间功能设计受到热工设计的限制,不满足标准化快速建造的要求,与快速发展生产力的潮流相悖,逐渐被历史所抛弃,只有在出现能源危机时,才被人们所提倡,但始终难以成为主流。因地制宜、适应当地气候的一些民居逐渐消失,而大量新建的都是千篇一律的近现代钢筋混凝土建筑。由图3可以看到,随着建筑热工技术的演变,室内环境营造方法在人工隔绝环境营造策略和技术遭遇能源、环境和健康危机时,正逐渐向自然响应策略回归。

 

在图3中还可以看到,古代热工技术经过了上千年的发展,我们的祖先基于朴素理论指导的建筑规划设计,产生出了一些凝聚生活经验与智慧、令人惊叹的被动式供暖降温技术。古人利用极其简单的方法和技术,消耗极少的资源,营造出了许多现在利用复杂机械并消耗大量资源才能获得的建筑环境,不由令人汗颜。这种适宜当地气候,采用当地材料的自然调节建筑技术是古人留给人们应对化石能源枯竭的利器(如火炕、火墙、燃池、风塔等),所采用的被动式技术和设计方法值得进一步传承与发展。在此基础上稍加改进,使之成为集古今中外自然调节技术和方法于一体的自然调节建筑,便能有效解决中国农村的建筑能耗问题,为中国的社会主义新农村建设做出贡献。如果能更进一步地规划、集成、设计低消耗、低浪费、高舒适的可持续生态农宅,则可为中国应对未来化石能源枯竭提供一片广阔的农村生态根据地。

 

在近现代大约100多年的时间内,首先是二战后大量的需求导致了大量没有保温的标准化现代建筑出现,这些建筑没有考虑气候响应和热工环境,且大量使用空调装置,虽解决了这类建筑恶劣的室内环境,却导致了能耗的大幅增加。而后,在1952年,德国制定了第1个建筑保温设计的技术标准,主要是防止围护结构冷凝水对室内卫生和结构体产生影响。20世纪70年代,在能源危机的背景下,德国于1976年制定了《建筑节能法》,之后陆续颁布了一系列法律法规,其基本思路是提高围护结构热工性能和设备效率,以实现建筑节能。1991年,德国建成了第1栋被动式房屋,主要是通过围护结构的超级隔热保温和气密性以及高效的新风热回收系统实现其不需要传统供暖空调设备的目标[7]。经过10多年的实验与完善,被动式房屋已经在欧洲及北美等发达国家开始推广。在2010年的中国上海世博会上,德国馆就是1栋被动式房屋。在零能耗房屋还处于实验阶段、同时其成本过高而显得遥不可及的情况下,被动式房屋(近零能耗房屋)由于其成本只比普通建筑高出10%,甚至经过良好设计其成本可以持平的情况下,已经成为了欧美发达国家的必然之选[8]。

关键词阅读:
景观重力坝构想 08-17
国外医疗建筑发展趋向 08-17
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