論建筑與自然的聯(lián)系

劉淇

0 引言

人們的生活離不開大自然，生活的每一分每一秒都在消耗著外界能源。建筑也不例外，包括建筑材料建造、建筑施工、建筑運(yùn)行，甚至拆除及處理等各階段的能源消耗。綠色建筑不僅要與環(huán)境綠化相結(jié)合，還要注意減輕建筑對(duì)環(huán)境的負(fù)荷，即節(jié)約能源及資源，減少碳排放，同時(shí)為使用人群提供安全、健康、舒適性良好的生活空間。

1 綠色建筑與氣候的關(guān)系

隨著人類對(duì)自然能源的過(guò)度開采和利用，地球上的氣候開始慢慢發(fā)生“變化”，自然界中的異常現(xiàn)象也接踵而來(lái)。每個(gè)領(lǐng)域的人們都有各自的使命，對(duì)于建筑領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，綠色建筑的研究與建設(shè)也成為建筑界解決問(wèn)題同時(shí)滿足社會(huì)發(fā)展及個(gè)人發(fā)展的重要條件。從人類出現(xiàn)在地球上開始，氣候就成了人類必須適應(yīng)和抗?fàn)幍囊粋€(gè)重要的自然因素。從以往只是為了躲風(fēng)避雨的石洞、草堆，到技術(shù)不發(fā)達(dá)而是能迎合自然條件的建筑，到有了人的需求而慢慢伴著人文環(huán)境出現(xiàn)的建筑。人類都避免不了與氣候產(chǎn)生關(guān)系，建筑作為人的生活載體當(dāng)然也一樣。

“一方水土養(yǎng)一方人”，不同的地理位置存在不同的氣候，不同的氣候又造就了不同的自然環(huán)境，體現(xiàn)出不同的風(fēng)土人情。建筑用來(lái)阻隔，遮蔽氣候與外界環(huán)境，受氣候的影響，建筑在材料的選擇上往往受到限制，例如：北冰洋沿岸的愛斯基摩人所居住的環(huán)境受當(dāng)?shù)鼗貧夂虻挠绊懼荒苡帽鶋K來(lái)建造房屋；氣候同時(shí)會(huì)影響建筑的造型，受年降雨量的影響，在我國(guó)南方屋頂通常為比較陡的坡屋頂，而北方屋頂就較為平坦；氣候?qū)ㄖ挠绊戵w現(xiàn)在對(duì)人需求的影響上，人的心理與審美也在跟著不斷發(fā)展：古希臘的地中海氣候很適宜人居住，這使得希臘人信奉神明，建筑的比例也多以人的比例建造。但氣候?qū)ㄖ挠绊懖皇菦Q定性的，人類著重考慮的也是“生存”，而“舒適”是可以妥協(xié)的，“氣候決定論”已經(jīng)不能完美地展示氣候?qū)ㄖ年P(guān)系，“印度昌迪加爾”就是一個(gè)很好的例子。人類需要對(duì)氣候進(jìn)行一些阻隔，同時(shí)又需要親近自然環(huán)境，這就需要建筑去“適應(yīng)”氣候，從而適合人類需求的生活。

2 建筑節(jié)能與自然

我國(guó)的建筑節(jié)能起步于20 世紀(jì)80 年代。目前我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，公共建筑節(jié)能率50%，居住建筑節(jié)能65%。建筑節(jié)能采取的兩大方式可以歸納為開源和節(jié)流，即通過(guò)合理的建筑設(shè)計(jì)減少包括夏季降溫、冬季采暖等一些建筑消耗，以及利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉刺娲恍﹤鹘y(tǒng)能源的消耗使用。

2.1 節(jié)流

2.1.1 建筑與光環(huán)境

良好的光照環(huán)境光是保證人們生活舒適的基本條件。天然采光不僅可以一定程度上節(jié)約能源，同時(shí)能夠使人感到舒適，有利于身心健康。我國(guó)對(duì)于民用建筑自然采光有嚴(yán)格的日照標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范要求以大寒日及冬至日的滿窗日照時(shí)數(shù)來(lái)衡量日照時(shí)間，當(dāng)然不同的氣候分區(qū)要求的日照時(shí)數(shù)是不同的，不同省市也會(huì)有自己更細(xì)一步的要求。以濟(jì)南為例：濟(jì)南按氣候分類屬于寒冷地區(qū)，規(guī)范要求大寒日當(dāng)天，每套住宅至少有一個(gè)房間獲得的日照時(shí)間大于等于2h。同時(shí)住宅中起居室、臥室、幼兒園以及老人居住的空間采光要求會(huì)相對(duì)高一些。采光的方式多樣且各有優(yōu)點(diǎn)，包括天窗、側(cè)窗、高側(cè)窗、綜合采光等等，對(duì)于不同的功能空間所適用的采光方式也不同，例如美術(shù)館考慮到展品保存收藏等問(wèn)題，采光強(qiáng)度不能很高，并且要避免產(chǎn)生眩光影響，會(huì)對(duì)均勻度有一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因此更適合采用高側(cè)窗以及局部天窗的形式；而對(duì)于教室這種對(duì)自然光強(qiáng)度以及均勻度要求更高的功能空間來(lái)說(shuō)，采用側(cè)窗會(huì)更適合，并且開窗面積會(huì)相對(duì)較大；考慮到書寫作業(yè)產(chǎn)生的遮擋與陰影，天然光線應(yīng)從左側(cè)方向射入。對(duì)于建筑節(jié)能、加強(qiáng)天然采光的最常用的被動(dòng)式做法就是中庭，中庭采光可以將自然光線直射或漫反射到中庭空間，同時(shí)改善中庭周邊房間的光環(huán)境。

2.1.2 室內(nèi)熱環(huán)境

對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境，主要考慮保溫隔熱的問(wèn)題。上面提到了室內(nèi)光環(huán)境，室內(nèi)采光效果的評(píng)價(jià)指窗地比，即窗戶洞口面積與立面（單元）面積的比值，因此窗墻比越大，采光效果越好，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)室內(nèi)熱量升高的問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候窗地比就可以作為另一個(gè)指標(biāo)來(lái)限制熱量的進(jìn)入，通過(guò)房間床洞口面積與該房間地面面積的比值來(lái)估計(jì)進(jìn)入室內(nèi)的光線，從而估測(cè)進(jìn)入房間的熱量，對(duì)于夏季隔熱是有重大意義的，因此需要在窗地比與窗墻比之間找到平衡，保證采光的同時(shí)減少進(jìn)入室內(nèi)的熱量。

對(duì)于北方來(lái)說(shuō)，大部分位于嚴(yán)寒氣候分區(qū)，需要考慮冬季供暖，而建筑保溫也是建筑能耗占比很大的一方面，需要降低室內(nèi)的熱量損失以達(dá)到節(jié)能的效果。建筑的熱量散失路徑一是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與外界進(jìn)行熱交換，二是外界通過(guò)門窗間的空隙向內(nèi)滲風(fēng)。因此可以通過(guò)加厚墻體的方式進(jìn)行墻體保溫，但是當(dāng)墻厚加大到一定尺寸的時(shí)候這種做法的效果會(huì)越來(lái)越差，經(jīng)濟(jì)與室內(nèi)空間美觀與舒適度都要為其做出讓步，所以更適用的辦法是在墻體的構(gòu)造中加入保溫材料，根據(jù)保溫材料的位置可以將保溫做法分為內(nèi)保溫，外保溫和中間保溫。外保溫直接在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面做，可以避免熱橋，但受外界氣候影響大，易脫落；內(nèi)保溫施工比較方便，避免了外保溫易脫落的問(wèn)題，但因?yàn)楸貙硬荒馨褬前逡蹭伾隙仔纬蔁針?，?huì)在室內(nèi)易形成冷凝水；中間保溫可以平衡內(nèi)外保溫的問(wèn)題，但抗震性能差。外墻墻角有成為熱橋的可能，因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)的這一部位也需要考慮做保溫。良好的氣密性也能很大程度上降低保溫能耗，但是由于我國(guó)住宅的集中性，對(duì)于居住建筑的氣密性很難像國(guó)外一樣通過(guò)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。因此可以關(guān)注窗框以及窗戶的形式與構(gòu)造做法，注意盡量避免選擇推拉窗，推拉窗的開啟面積受限，并且這種構(gòu)造的氣密性很差，不利于室內(nèi)熱量的保留；固定窗氣密性最好最節(jié)能，因?yàn)闅饷苄詮?qiáng)；而平開窗向室內(nèi)開會(huì)占據(jù)部分室內(nèi)面積，向室外開易墜落和碰頭；懸窗無(wú)論是氣密性還是實(shí)用性都有不錯(cuò)的效果，綜合來(lái)看，平開窗加懸窗的形式最佳的選擇方案，也是目前最常用的窗戶形式。合理的窗戶材料與構(gòu)造也可以削弱熱傳遞的三個(gè)方式，比如中空玻璃內(nèi)含空腔的構(gòu)造做法可以降低熱傳導(dǎo)和對(duì)流；而Low-e 玻璃可以降低玻璃表面的輻射散熱。在窗戶內(nèi)側(cè)加設(shè)窗簾也可以對(duì)熱量散失以及空氣滲漏起到一定的阻擋，起到保溫節(jié)能的效果。

2.1.3 風(fēng)環(huán)境與建筑

風(fēng)不僅會(huì)帶來(lái)溫度上的影響還會(huì)帶來(lái)速度及風(fēng)壓上的影響，并且風(fēng)環(huán)境不僅會(huì)影響室內(nèi)通風(fēng)情況還會(huì)對(duì)外部場(chǎng)地環(huán)境的舒適度帶來(lái)影響，這就需要我們同時(shí)考慮場(chǎng)地中建筑組團(tuán)的布置以及每棟建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì)。夏季炎熱，設(shè)計(jì)時(shí)我們希望將風(fēng)引進(jìn)場(chǎng)地，風(fēng)速的適當(dāng)提高可以一定程度上緩解熱量帶給我們的不適感，因此在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的位置需要將樓體斷開或?qū)⑷后w分散；而冬季寒冷，為避免寒風(fēng)帶走熱量，所以一般在冬季主導(dǎo)風(fēng)向的位置將建筑體塊進(jìn)行整合，或者建筑群相對(duì)集中。高層建筑也要特別注意風(fēng)環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的影響，風(fēng)速會(huì)隨著建筑高度的升高越來(lái)越大，必要時(shí)需要在建筑內(nèi)部加設(shè)阻尼器，保證樓體的晃動(dòng)在可接受的范圍內(nèi)。同時(shí)當(dāng)風(fēng)穿過(guò)建筑高層時(shí)，會(huì)有一部分下行風(fēng)對(duì)地面人群產(chǎn)生不利影響，因此會(huì)在高層下加商鋪進(jìn)行阻擋，或通過(guò)建筑形體扭轉(zhuǎn)、局部挖空等手法減少下行風(fēng)的比例。建筑通風(fēng)分為風(fēng)壓通風(fēng)與熱壓通風(fēng)，風(fēng)壓通風(fēng)的基本原理是要在窗口兩側(cè)形成風(fēng)壓，所以在設(shè)置洞口時(shí)可以順應(yīng)環(huán)境主導(dǎo)風(fēng)向布置窗戶位置。

2.1.4 蓄水與節(jié)能

對(duì)于水資源的節(jié)約，一般會(huì)考慮如何蓄水。建筑蓄水包括屋頂蓄水及地下蓄水，屋頂蓄水有時(shí)也會(huì)和綠植相結(jié)合，不過(guò)這要考慮場(chǎng)地環(huán)境是否合適，像北方夏熱冬冷就不適合采用屋頂蓄水或綠植蓄水的方式；同時(shí)地下蓄水可以和換熱系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，蓄水式地?zé)釗Q熱裝置可以在蓄水的同時(shí)，利用抽水泵將帶有地?zé)釤崃康乃鹘?jīng)建筑進(jìn)行熱量交換，為建筑內(nèi)部提供熱量，實(shí)現(xiàn)循環(huán)供熱，這也是一種結(jié)合新能源的高效率節(jié)能措施。對(duì)于蓄水系統(tǒng)，可以將某個(gè)場(chǎng)地中的建筑擴(kuò)大到整個(gè)城市，如今城市中正在興起“海綿城市”的建設(shè)，顧名思義就是使城市像海綿一樣可以集吸水、蓄水、滲水、凈水為一體，當(dāng)降雨量過(guò)高時(shí)，雨水可以自然下滲到地下，當(dāng)干旱少雨時(shí)，蓄水系統(tǒng)可以部分滲出，改善城市舒適度。方法簡(jiǎn)單來(lái)講就是將地面綠植、水系與地下蓄水凈化系統(tǒng)相結(jié)合，優(yōu)化用水情況，緩解“熱導(dǎo)效應(yīng)”。

2.1.5 綠植

綠植作為一種景觀要素，美化城市，凈化空氣，不僅可以改善場(chǎng)地微環(huán)境，可以用于屋頂做蓄水，做遮陽(yáng)，阻擋一定的風(fēng)速等等，雖然植被的使用可能不能作為節(jié)能的重點(diǎn)，但它可以與景觀相結(jié)合并參與解決一些耗能問(wèn)題。

2.2 開源

上文提到了蓄水式地?zé)釗Q熱系統(tǒng)，可以利用水間接的將地能的熱量傳遞給室內(nèi)。另一種廣泛使用的可再生能源就是太陽(yáng)能。在建筑中太陽(yáng)能可以通過(guò)太陽(yáng)能集熱器轉(zhuǎn)化為熱能為建筑提供熱量，也可以通過(guò)光伏電池轉(zhuǎn)化為電能為建筑供電。由于這兩種主動(dòng)式節(jié)能方式需要大面積地接收太陽(yáng)輻射，同時(shí)考慮到建筑立面的美觀程度，因此無(wú)論是太陽(yáng)能集熱器還是光伏發(fā)電板一般都會(huì)置于建筑屋頂，需要注意的是為了能高效地吸收太陽(yáng)能以進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因此構(gòu)件需要朝向采光面，并呈角度的布置在建筑表面，與水平面的角度可以在當(dāng)?shù)鼐暥冉巧舷赂?dòng)≤10℃。

3 建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)與自然

提到古希臘歷史，總是會(huì)想到他們對(duì)神的尊崇，無(wú)論是認(rèn)為自然便是神的體現(xiàn)的泛神論，還是將多種自然力量抽象出來(lái)的多神論，都會(huì)或多或少體現(xiàn)與自然的聯(lián)系，因此西方很多建筑會(huì)傾向于依附自然來(lái)表達(dá)某種觀念。像是萬(wàn)神廟（如圖1 所示）穹頂透露的天空表達(dá)著可知不可達(dá)的完滿世界，再比如說(shuō)穹頂只能透露光線的圣索菲亞大教堂表達(dá)著不可知也不可達(dá)的遙遠(yuǎn)神圣的領(lǐng)域，都借以對(duì)自然的描述與“應(yīng)用”來(lái)抽象對(duì)世界的理解與看法。所以說(shuō)，自然與建筑的結(jié)合經(jīng)常會(huì)是一種比較藝術(shù)化的手法。在中國(guó)歷史上，人們會(huì)更加尊崇祖先，祖先通過(guò)不斷嘗試與積累為后世傳遞的生活技巧以及生存法則，如何種植儲(chǔ)存更多的糧食，如何建造堅(jiān)固耐用的建筑，與自然做“抗?fàn)帯?。氣候難以“控制”，因此長(zhǎng)江周邊地區(qū)的居民會(huì)采取地穴，或半地穴式的居住方式以抵御風(fēng)寒，最終演變到地上建筑時(shí)，也會(huì)通過(guò)厚厚的泥墻加強(qiáng)保溫；地域特點(diǎn)難以改變，因此黃河周邊地區(qū)的居民會(huì)采取樹上筑巢的居住方式以躲避地勢(shì)低洼潮濕的影響以及帶來(lái)的蛇蟲危害，最終演變成干闌式建筑，集防震防霉儲(chǔ)藏多位一體的代表性傳統(tǒng)民居之一。當(dāng)然對(duì)自然的方式不僅體現(xiàn)在民居建筑的處理上，無(wú)論是建筑單體，建筑群體，還是宗教類建筑，都會(huì)從建筑選址開始著手，考慮周邊地貌、水文、氣候，究其利弊做出選擇，然后因地制宜，布置合理的建筑走向與體量，依山錯(cuò)落有致，傍水環(huán)繞四方，接著就是對(duì)生活環(huán)境的一種微改造，例如開池引流，植林造橋等等，可見，人們對(duì)環(huán)境不是簡(jiǎn)單的歸順，而是要根據(jù)生活質(zhì)量的需求做適當(dāng)加工，這也比較符合儒家和道家“天人合一”的思想。另一種體現(xiàn)是一種作為心理補(bǔ)償卻又不脫離客觀規(guī)律的建筑文化—“風(fēng)水”，風(fēng)水其實(shí)就是指人，而水在古代是最重要的自然資源，所以風(fēng)水簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是人和自然的關(guān)系。無(wú)論是中方還是西方，當(dāng)人類可以“馴服”自然，不再以沒有優(yōu)勢(shì)的姿態(tài)出現(xiàn)在自然面前時(shí)，自然開始成為一種資源，參與影響每一處功能空間的分配與布置（過(guò)濾使用人群與人數(shù)），包括建筑的形態(tài)，尺度及邊界（以怎樣的方式利用資源），空間的劃分從某種意義上開始就是一種對(duì)資源的分配及應(yīng)用。例如西方教堂將光線以及外部景觀的選擇性引入來(lái)抽象表示和上帝的距離感與連續(xù)性，像迪狄瑪?shù)陌⒉_神廟中核心的庭院（如圖2 所示），在這個(gè)由實(shí)墻圍合的強(qiáng)封閉感的庭院中，人的視野中只有前方可達(dá)的阿波羅神廟和上方的天空，將可達(dá)的“自然”隔離在外，寓意著與世俗世界的暫時(shí)分離，將不可達(dá)的“自然”圍于庭院之上，代表理想的完滿世界，而庭院中的阿波羅神廟就成為連接這個(gè)完滿（上帝）與庭院的“渠道”，成為精神性的，最核心的空間。

圖1 萬(wàn)神廟

圖2 迪狄瑪?shù)陌⒉_神廟內(nèi)院

4 結(jié)語(yǔ)

自然影響著人們生活的方方面面，建筑作為人們的居所，成為阻隔人們與自然的一道“墻壁”，這是一種防護(hù)，抵御外界的一些不利影響，但同時(shí)建筑也可以成為一座橋梁，通過(guò)多樣的設(shè)計(jì)手法與概念邏輯回應(yīng)周邊自然，在局部位置打開“墻壁”，獲得可以安心與外界溝通交流的“媒介”。人們需要抵御烈日寒風(fēng)，雨雪狂風(fēng)，也需要采光通風(fēng)，除濕降燥；人們?cè)诶猛饨缱匀毁Y源維持建筑的運(yùn)行與生活，自然也需要建筑降低能耗，改善環(huán)境，美化空間。自然可以為人們的生活提供能源動(dòng)力，也可以指導(dǎo)人們的建筑設(shè)計(jì)。