碳中和導(dǎo)向的氣候適應(yīng)性建筑設(shè)計關(guān)鍵要點研究

舒欣，朱金津，姜涵*

氣候通過能量交換對建筑產(chǎn)生最直觀的影響，積極應(yīng)對氣候成為鄉(xiāng)土建筑的原始動機。相應(yīng)的，氣候適應(yīng)性便是建筑追求與環(huán)境資源能量協(xié)同的本質(zhì)表現(xiàn)，它使得鄉(xiāng)土建筑對自然界的氣候因子有最為直觀有效的適應(yīng)，能夠充分利用氣候調(diào)節(jié)趨利避害，創(chuàng)造更為適宜的人居環(huán)境[1]。千百年來，自然力作用、場所環(huán)境和建筑物的關(guān)系復(fù)雜而多變，每種解決方式都是對氣候、文化和技術(shù)的綜合回應(yīng)。伴隨技術(shù)的進步，無論是在理論研究領(lǐng)域或是在建筑設(shè)計實踐層面，氣候適應(yīng)性建筑一直都是建筑師關(guān)注的焦點和探索的前沿[2]。

另一方面，隨著減少建成環(huán)境中的碳排放成為全社會的目標(biāo)，人們開始逐步意識到降低能源使用總量的重要性。習(xí)近平總書記提出“2030碳達峰、2060碳中和”的雙碳目標(biāo)更是將建筑行業(yè)的深度減排提升為應(yīng)對氣候變化目標(biāo)中的核心議題。碳排放作為環(huán)境影響指標(biāo)融入了更多跨學(xué)科的內(nèi)涵，建筑師將節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材等環(huán)境友好的可持續(xù)指標(biāo)與建筑設(shè)計流程有機關(guān)聯(lián)，賦予建筑學(xué)語境下的碳排放路徑，給氣候適應(yīng)性建筑帶來知識領(lǐng)域、技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計方法的改變[3]。

1 碳中和視角下的氣候適應(yīng)性建筑理念

氣候適應(yīng)性一詞源自生物學(xué)領(lǐng)域，生物的氣候適應(yīng)性（climate adaptation）是指在外界氣候條件變化的情況下，依賴自主調(diào)節(jié)能力對溫度、濕度、風(fēng)、光、雨、雪等外界氣候元素的協(xié)調(diào)應(yīng)對[4]。在建筑學(xué)領(lǐng)域，氣候適應(yīng)性研究并不限于氣候因素對室內(nèi)物理環(huán)境和舒適度的影響，還涉及建筑設(shè)備和使用者行為調(diào)控的可能性以及全生命周期的能耗等問題[5]。因此，建筑語境下的氣候適應(yīng)性并不完全與生物學(xué)中的“climate adaptation”相對應(yīng)，而是更貼近“climate response”，后者亦被譯作“氣候響應(yīng)”或“氣候應(yīng)答”。氣候響應(yīng)意味著有能力對氣候這一刺激因素做出積極應(yīng)對。氣候適應(yīng)性建筑運用空間和質(zhì)量作為室內(nèi)外氣候環(huán)境間的介質(zhì)，通過建筑形式、平面、結(jié)構(gòu)、表皮、組件和材料的整體設(shè)計來響應(yīng)氣候，實現(xiàn)能量的相互交換，并滿足人體舒適度需求[6]。

建筑碳排放在全生命周期范圍內(nèi)發(fā)生，關(guān)注碳中和從時間和空間兩個緯度擴展了氣候適應(yīng)性建筑的內(nèi)涵，從宏觀場地環(huán)境到微觀建筑構(gòu)件、從建材生產(chǎn)到拆除處理、從建筑設(shè)計到工程技術(shù)，均需納入考量[7]。在實踐層面，建筑師傾向從可操作的角度進行具體解析，將碳排放控制指標(biāo)分解并與建筑設(shè)計指標(biāo)關(guān)聯(lián)，通過碳足跡理論從建筑形體、日照朝向、通風(fēng)采光、開窗遮陽、屋頂綠化，到結(jié)構(gòu)材料、雨水收集、廢熱回用、能源設(shè)備等各個設(shè)計層面推進碳中和策略[8]。

2 基于碳中和的氣候適應(yīng)性建筑平衡機制

氣候變化的威脅以及對于抑制氣候變化日益迫切的需要，催生出建筑新的使命，即必須在其建造和使用過程中盡可能地減少碳排放。如何通過建筑設(shè)計實現(xiàn)運行低碳或是碳中和，是時代賦予當(dāng)代建筑師的責(zé)任[9]。氣候適應(yīng)性建筑運行遵循的是一種平衡機制，即室外氣候資源和室內(nèi)環(huán)境的動態(tài)平衡。自然條件下室外氣候資源與室內(nèi)舒適度要求往往難以同步，這就需要額外的能源供給滿足建筑功能需求。因此，氣候適應(yīng)性建筑并不回避能耗，但必須使碳排放盡量最小化，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合自然氣候資源以提供被動式策略以及可再生能源措施來優(yōu)化環(huán)境控制和性能，以此對可持續(xù)環(huán)境做出貢獻[10]。

為了保證室內(nèi)外氣候環(huán)境的動態(tài)平衡，建筑碳排放成為制約平衡機制的約束條件。由于氣候資源與舒適度要求之間并不總是保持一致，往往需要采取額外的碳補償策略，結(jié)合多種技術(shù)手段，通過能源節(jié)約、分配、緩沖、回收和存儲等方式實現(xiàn)建筑的碳平衡[11]。氣候適應(yīng)性建筑的脫碳必須兼顧運行碳和隱含碳兩方面因素，同時考慮減少兩種類型的碳排放[12]。其中，成功關(guān)鍵取決于被動式設(shè)計策略與主動式策略的高效結(jié)合。氣候適應(yīng)性建筑設(shè)計應(yīng)當(dāng)始于對選址、光照、通風(fēng)的整體思考，并貫穿整個設(shè)計過程，通過一切可行的被動式氣候資源利用措施使建筑運行碳降至最低，并運用可再生能源和能源回收裝置滿足剩余的室內(nèi)的加熱、冷區(qū)、通風(fēng)和照明需求，最終實現(xiàn)零碳排放[13]。

3 碳中和導(dǎo)向的建筑氣候適應(yīng)性設(shè)計要點

通過對碳中和導(dǎo)向的氣候適應(yīng)性建筑理念和平衡機制的梳理，能夠發(fā)現(xiàn)碳中和視角的介入豐富了氣候適應(yīng)性建筑的內(nèi)涵。氣候適應(yīng)性建筑設(shè)計必須整合各種系統(tǒng)和需求，采取適宜的設(shè)計策略，實現(xiàn)碳排放與高性能表現(xiàn)的動態(tài)平衡。根據(jù)世界資源研究所提出的按優(yōu)先級排序的策略，氣候適應(yīng)性建筑可以在3個不同層次實現(xiàn)脫碳：（1）通過被動式優(yōu)先的整體設(shè)計策略提升能源利用效率，減少建筑運行碳；（2）運用以可再生能源、回收能源為代表的主動式設(shè)計滿足剩余的低能耗需求，進一步降低運行碳；（3）選擇本土材料和可回收材料，降低新建筑在其全生命周期內(nèi)的碳隱含量（圖1）。

圖1 碳中和導(dǎo)向的建筑氣候適應(yīng)性設(shè)計關(guān)鍵要點框架

3.1 被動式設(shè)計的關(guān)鍵要點

（1）氣候賦形

氣候條件賦予了建筑形體生成的依據(jù)。在建筑形態(tài)、體量、方位等形式要素上融入氣候適應(yīng)性設(shè)計策略后，建筑形體與環(huán)境性能之間即存在著相互決定和影響的作用機理，并由此奠定了形體構(gòu)成作為氣候適應(yīng)性建筑被動式節(jié)能策略中最為穩(wěn)定和堅實的基礎(chǔ)[14]（表1）。

表1氣候賦形在建筑的形態(tài)、體量和方位上的影響，朱金津繪制

形體設(shè)計具有前置性，需要在設(shè)計之初統(tǒng)籌各種因素展開。首先，應(yīng)當(dāng)控制建筑體形系數(shù)，有條件時進行可變體形系數(shù)設(shè)計，靈活調(diào)整不同季節(jié)建筑能耗，精準(zhǔn)優(yōu)化建筑能效；建筑底層架空，促進炎熱地區(qū)的通風(fēng)與遮陽效果，也為寒冷地區(qū)提供開放的公共活動空間；根據(jù)太陽入射角采取合適尺度的檐廊；設(shè)置熱穩(wěn)定性良好的地下或半地下空間。

根據(jù)不同地區(qū)的物理環(huán)境與氣候特點，建筑應(yīng)優(yōu)先選用規(guī)則的形體，盡量采用平面、豎向規(guī)則的設(shè)計方案；優(yōu)化形體立面平整度，調(diào)整形體各面風(fēng)壓；控制建筑進深，提高自然通風(fēng)、采光效果。為應(yīng)對寒冷氣候，可使建筑形體在迎風(fēng)面外凸，緩解室外下沖渦流效應(yīng)；形體避免過多凹凸變化，平面、空間規(guī)整緊湊；可采用圍合或半圍合的建筑形體布局，開口背離冬季主導(dǎo)風(fēng)向，防止寒風(fēng)匯聚。為應(yīng)對炎熱氣候，應(yīng)利用植被、場地高差以及傾斜或懸挑的建筑體量為建筑提供遮陽，減少建筑空間得熱，降低空調(diào)能耗；可在夏季主導(dǎo)風(fēng)路上設(shè)置庭院、架空等形式的通風(fēng)口，使氣流進入或穿過建筑，帶走熱量[15]。

根據(jù)氣候特征，通過形體方位布局、凹凸，能夠優(yōu)化自然光利用，減少照明能耗。引入自然光可通過形體錯動、層層退臺或融入邊庭、中庭等空間；抵御自然光應(yīng)利用形體傾斜或?qū)訉油伺_實現(xiàn)自遮陽；加強自然光則需要增加采光面積、建筑構(gòu)造措施及設(shè)置反光板等設(shè)備的方式。在針對風(fēng)環(huán)境設(shè)計時，建筑主體方位應(yīng)面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向；在春秋過渡季通過導(dǎo)風(fēng)墻、開敞空間、中庭、通風(fēng)井等手段合理組織通風(fēng)，增強過渡季通風(fēng)。

（2）空間調(diào)節(jié)

空間調(diào)節(jié)基于量、形、質(zhì)等空間特征，對單一空間的不同性能進行利用與優(yōu)化，選擇針對性的氣候應(yīng)對策略進行合理的空間分區(qū)與組織，賦予空間更靈活的拓展能力和可變能耗屬性，有效降低氣候適應(yīng)性建筑的整體能耗（表2）。

表2 空間調(diào)節(jié)在量、形、質(zhì)等方面的體現(xiàn)，朱金津繪制

建筑空間根據(jù)不同功能對氣候性能的需求分為高性能、普通性能與低性能空間。性能相近空間集中布置，確保合理分區(qū)，普通性能空間宜布置在氣候適宜位置，高性能空間遠離氣候邊界處，低性能空間集中布置在朝向不佳位置作為氣候緩沖空間。普通性能空間宜通過與融入型空間、過渡型空間的綜合布局，引入庭院、天井等氣候緩沖腔體，實現(xiàn)冬季避風(fēng)與夏季通風(fēng)遮陽的需求平衡，并控制外區(qū)面積比、院落長寬比、過渡空間面積比、空間透風(fēng)度等空間因素，優(yōu)化能效表現(xiàn)[16]。

單一空間的氣候適應(yīng)性設(shè)計中，“量”的控制對能耗影響巨大?？筛鶕?jù)氣候特征，調(diào)整空間面積占比，保證適中的開間進深比，優(yōu)化自然通風(fēng)和采光；控制空間高度，調(diào)節(jié)空間熱舒適度；選擇合適的空間外露面積、室外傳熱面積，平衡熱量傳輸；控制中庭面積，優(yōu)化中空間進深、長寬比與高寬比?！靶巍敝饕ㄟ^單元空間的集中、狹長、引導(dǎo)等方式，控制空間傳熱面，增強建筑的保溫、采光和通風(fēng)效果。根據(jù)空間外墻洞口的位置、疏密、朝向或內(nèi)部隔斷多少、隔斷通透率等參數(shù)調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣流動，規(guī)避冬季冷風(fēng)滲透，增強夏季通風(fēng)?！百|(zhì)”的設(shè)計要明確空間的性能品質(zhì)需求，通常為冬季隔熱保溫、夏季通風(fēng)遮陽；控制主要使用空間熱舒適時間比、換氣數(shù)等因素，營造舒適的室內(nèi)環(huán)境[17]。

空間的氣候適應(yīng)性設(shè)計也要求其具備相應(yīng)的兼容拓展策略。建筑內(nèi)部墻體等構(gòu)件可以根據(jù)氣候條件與人群活動需求改變形態(tài)、位置和尺寸，從而根據(jù)動態(tài)的發(fā)展進行調(diào)整以適應(yīng)變化，提高建筑壽命，節(jié)約資源。大空間通過采用開放結(jié)構(gòu)體系、輕質(zhì)隔墻系統(tǒng)，優(yōu)化熱工分區(qū)，提升空間能效；實現(xiàn)“低能耗空間—普通能耗空間—高能耗空間”的分區(qū)間可變性，以此對應(yīng)時間變化，適應(yīng)氣候調(diào)節(jié)?？臻g宜采用靈活劃分設(shè)計，根據(jù)季節(jié)切換賦予不同功能，預(yù)留門洞和可移動輕質(zhì)隔墻，從而合理調(diào)整建筑的橫向和豎向分隔量、分隔通透度和分隔走向。

（3）表皮調(diào)控

表皮作為建筑內(nèi)外的界面，結(jié)合不同的氣候特征，通過對氣候的吸納、過濾、傳導(dǎo)、阻隔等方面進行建筑性能優(yōu)化，實現(xiàn)具有氣候調(diào)控能力的表皮適應(yīng)性設(shè)計（表3）。

表3 表皮調(diào)控在吸納、過濾、傳導(dǎo)、阻隔等層面的做法，朱金津繪制

表皮的“吸納”表現(xiàn)為對氣候環(huán)境的光能和熱能的充分利用，在保證建筑自然采光的同時降低制冷制熱負荷，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)?？赏ㄟ^控制窗墻比、屋頂透光部分面積比、可見光透射比來優(yōu)化自然采光，結(jié)合反光板、散光板、導(dǎo)光管、反光裝置等適宜的增強采光方式促進對自然光的利用；采用重型墻體或相變材料等蓄能型建筑表皮，增加圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性，通過控制外墻熱惰性指標(biāo)、相變溫度，減小室內(nèi)熱環(huán)境的波動。

表皮的“過濾”機制能夠控制進入室內(nèi)的自然風(fēng)和太陽輻射的質(zhì)與量，通過靈活調(diào)節(jié)的開閉系統(tǒng)及遮陽系統(tǒng)，實現(xiàn)對風(fēng)、光、雨的調(diào)控?？筛鶕?jù)自然通風(fēng)需求，合理設(shè)置建筑洞口的位置與尺寸，優(yōu)化窗墻比、有效通風(fēng)面積、外窗可開啟面積比；可通過玻璃自遮陽、遮陽構(gòu)件及垂直綠化等外遮陽方式，控制外窗太陽得熱系數(shù)SHGC、可調(diào)遮陽設(shè)施面積比，降低夏季太陽輻射得熱，同時兼顧冬季室內(nèi)得熱；結(jié)合建筑類型及功能，在建筑屋面、主要出入口、窗口處設(shè)計挑檐或者雨篷[18]。

表皮的“傳導(dǎo)”以通風(fēng)與散熱為原則，利用門窗洞口設(shè)置方位、大小、形狀等設(shè)計手法加強氣候?qū)κ覂?nèi)熱濕環(huán)境的正向影響?？赏ㄟ^優(yōu)化通風(fēng)窗與主導(dǎo)風(fēng)向夾角、開啟扇角度、有效通風(fēng)換氣面積比、可開啟外窗風(fēng)壓達標(biāo)面積比、自然通風(fēng)換氣次數(shù)，增強室內(nèi)自然通風(fēng)[19]。

表皮的“阻隔”表現(xiàn)為對熱量、光線、潮氣的屏蔽，降低建筑的冷熱負荷，避免不舒適眩光產(chǎn)生?？蛇x擇合適的門窗結(jié)構(gòu)與材料，優(yōu)化門窗傳熱系數(shù)、太陽得熱系數(shù)、可見光透射率、氣密性；合理控制外墻的保溫隔熱性能，采取有效的斷熱措施、隔汽防潮構(gòu)造，選用有防潮性能的保溫材料，平衡表皮內(nèi)部水蒸氣分壓力；采用雙層表皮融合景觀設(shè)計，通過“溫室效應(yīng)”和“煙囪效應(yīng)”實現(xiàn)冬季保溫、夏季通風(fēng)；實現(xiàn)建筑表皮構(gòu)件的遮陽、導(dǎo)風(fēng)一體化設(shè)計，可結(jié)合太陽能光伏板產(chǎn)生不同的表皮形式。

3.2 主動式設(shè)計的關(guān)鍵要點

（1）可再生能源技術(shù)擴大產(chǎn)能

可再生能源是建筑實現(xiàn)碳中和的必然選擇，在所有可再生能源技術(shù)中，應(yīng)重點關(guān)注太陽能的利用。在絕大多數(shù)情況下，建筑都能接收到太陽輻射，因此太陽能利用是達成零能耗目標(biāo)的關(guān)鍵。光伏建筑一體化技術(shù)由于其有效提升可再生能源產(chǎn)出量、構(gòu)造靈活多樣、提升圍護結(jié)構(gòu)性能、整合建筑表現(xiàn)等優(yōu)勢，已成為當(dāng)今太陽能利用的著力發(fā)展方向。

光伏建筑一體化（BIPV）是指將光伏系統(tǒng)作為圍護結(jié)構(gòu)的一部分集成于屋面和立面系統(tǒng)中。隨著光伏電板、光電薄膜等各類光伏產(chǎn)品的發(fā)展與探索，光伏建筑一體化由單一的產(chǎn)能屬性轉(zhuǎn)化為整合設(shè)計導(dǎo)向[20]。光伏系統(tǒng)可與各種建筑材料組合，形成全新的表皮采光、遮陽、和通風(fēng)系統(tǒng)，滿足建筑的空間效果、節(jié)能產(chǎn)能、通風(fēng)采光、保溫圍護等整合需求。尤其是薄膜光電等新型技術(shù)的引入，可以與玻璃材料整合實現(xiàn)調(diào)節(jié)陽光透射率的目標(biāo)，也可置入雙層表皮空腔，在兼顧產(chǎn)能效率的同時控制室內(nèi)得熱量，有效調(diào)控建筑室內(nèi)溫度（圖2）。

圖2 光伏建筑一體化（BIPV）在建筑屋頂和立面的運用框架

光伏組件的轉(zhuǎn)化效率一直以來被認為是制約光伏一體化發(fā)展的因素之一。光伏電板的布置需要考慮所選區(qū)域的全年太陽輻射強度，以優(yōu)化發(fā)電效率。光伏屋面系統(tǒng)需考慮屋面的防水、保溫以及光伏電板的維護性等問題，其中坡屋面可直接沿屋面坡度鋪設(shè)光伏發(fā)電板或光伏發(fā)電瓦，平屋頂則可采取一定傾斜角度地安裝以提升產(chǎn)能效率。光伏立面系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與建筑外觀系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計，選擇合適的光伏組件類型和數(shù)量，合理地布置于建筑立面體系中，同時兼顧立面的采光、保溫、通風(fēng)及防水等功能需求[21]。光伏立面系統(tǒng)通常包括光伏墻體、光伏幕墻、光伏遮陽等類型。同時，光伏組件與Trombe墻結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)、光伏組件與相變材料集成的混合技術(shù)系統(tǒng)等可以有效地提升太陽能綜合利用效率，雙重用途、靈活高效，這種混合式技術(shù)為光伏建筑一體化發(fā)展提供了重要思路。

（2）能源回收利用折減耗能

能源回收技術(shù)是將建筑運行過程中產(chǎn)生的空氣、廢水等余熱，以及可再生能源進行回收儲存利用，可大幅折減建筑的能耗。空氣余熱回收系統(tǒng)已成為零能耗建筑應(yīng)用最廣的技術(shù)措施。余熱回收利用系統(tǒng)包括交叉式和對流式回收方法，可以進行顯熱回收與焓熱回收，在保證建筑物整體氣密性的前提下能夠?qū)崿F(xiàn)高達85%～90%的熱回收率[22]。采暖地區(qū)由于通風(fēng)換氣造成的空氣滲透熱損失率高達1/3，采用熱回收技術(shù)能夠節(jié)約能源，保持室內(nèi)溫濕度；炎熱地區(qū)的能源回收技術(shù)則原理相同、作用相反，它采取冷回收技術(shù)，以有效降低室內(nèi)的溫度，保持舒適度。

UBC可持續(xù)發(fā)展互動研究中心（CIRS）的加熱與冷卻源由3個不同的熱源回收系統(tǒng)提供。主熱源來自熱回收系統(tǒng)從相鄰的地球與海洋科學(xué)大樓（EOS）的通風(fēng)柜收集的排氣廢熱，并轉(zhuǎn)移至CIRS的熱泵中。熱泵通過輻射地板和置換通風(fēng)系統(tǒng)為建筑提供加熱與冷卻。第二個熱源是CIRS自身的廢熱回收，用于建筑熱水系統(tǒng)；最后的熱源來自場地內(nèi)的地源熱泵，它是對熱交換系統(tǒng)的有利補充，并在運行時保證將CIRS多余的熱量返回給EOS。CIRS每年輸送給EOS的熱量為622,070kWh,而從UBC電網(wǎng)獲取的電量僅為613,540kWh，在實現(xiàn)負碳的同時也滿足了CIRS的能源平衡與碳中和目標(biāo)（圖3）。

圖3 CIRS的熱回收系統(tǒng)，圖片來源：舒欣根據(jù)UBC提供的資料翻譯改繪

3.3 隱含碳設(shè)計的關(guān)鍵要點

建筑材料從原材料提取、加工、制造整個生產(chǎn)過程及運送到建筑工地進行裝配最終轉(zhuǎn)化為建筑元素所排放的CO2稱為隱含碳（Embodied Carbon）。從全生命周期的角度來看，隱含碳可以用來衡量建筑材料和相關(guān)系統(tǒng)對氣候環(huán)境碳排放的影響。不同類型的建筑隱含碳占全生命周期碳排放的比例存在差異，其中普通建筑占比6%～20%，低能耗建筑占比為26%～57%，碳中和建筑高達74%～100%[23]。由此可知，隱含碳在零能耗建筑的碳排放環(huán)節(jié)起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)予以足夠的重視。

（1）本土材料、可再生材料的充分利用

本土材料是由石、木、磚、瓦、植物等原生材料組成的建材，由于其就地取材便捷性、加工強度低技術(shù)性、可循環(huán)利用性等特點，往往具備較低的碳排放強度；本土材料蘊含深厚的鄉(xiāng)土文化內(nèi)涵，對當(dāng)?shù)氐臍夂蛭幕c人文歷史也有著真實的反映[24]。建筑師在設(shè)計中應(yīng)充分發(fā)揮本土材料的低碳屬性與文化特性，促進建筑與人居環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

Eco Moyo教育中心項目充分考慮了本土材料和資源的運用，當(dāng)?shù)亟橙藦哪韭辄S森林就地取材作為木構(gòu)的搭建，地基所用的珊瑚石也從臨近開采。室內(nèi)空間由兩扇麻隔欄和三面當(dāng)?shù)靥赜械挠筛勺貦叭~制成的Makuti茅草墻分隔而成。這些隔欄在保證教室私密性的同時，維系了教學(xué)空間和周邊自然景觀之間的聯(lián)系；Makuti茅草墻則保護室內(nèi)空間不受大雨侵襲，也為家具擺放和學(xué)生作品展示提供了實用空間。最終建筑呈現(xiàn)出極富當(dāng)?shù)靥厣男螒B(tài)風(fēng)貌，全部就地取材的營建過程，也進一步降低了能源資源的消耗，實現(xiàn)了材料的全生命周期利用（圖4）。

圖4 Eco Moyo教育中心項目的就地取材

大竹園村的文化禮堂“小村客廳”項目則充分挖掘本地材料作為建構(gòu)方式表達與空間文化傳遞的物質(zhì)基礎(chǔ)。建筑采用傳統(tǒng)瓦片和竹材通過疏密有致的組合排布打造遮風(fēng)、擋雨、遮陽的屋頂，造型波蕩起伏意如江南水鄉(xiāng)遠山如黛、煙波浩渺；除此之外，建筑師發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在舊時燒制夯土加以麥秸、竹面使之更加堅固、耐用，所以沿用相同工藝的夯土材料希望能打破時間壁壘使歷史歲月感與農(nóng)耕文化山鳴谷應(yīng)；壘砌拼接的毛石墻、河邊的卵石以及地面的青條石完全就地取材來表達返璞歸真卻錯落有序的淳樸景觀。多元本土材料的綜合運用使項目最終的全生命周期碳排放僅為普通建筑的1/2（圖5）。

圖5 “小村客廳”的本土材料運用

可再生材料作為一種廢物回收利用的材料，由于其全生命周期時長的擴展，減少了傳統(tǒng)建材對自然資源的消耗，同樣擁有較低的碳排放強度[25]。通過舊材料或變廢為寶的新材料來代替一般性建材的補充性材料其性能通常不如原生材料，常作為替代品用于建筑性能要求較低的區(qū)域。因此，可再生材料如果僅僅實現(xiàn)“變廢為寶”，其應(yīng)用領(lǐng)域極為有限，需要在此基礎(chǔ)上融合保溫隔熱、防噪通風(fēng)等性能，形成一種全新的先進材料，從而更大程度發(fā)揮可再生材料的低碳能效。

英國的軟木住宅項目試圖通過單一的生物可再生材料來構(gòu)筑堅固的建筑形象。膨脹軟木是一種由軟木林業(yè)的廢料制成的純生物先進材料，整個建筑的結(jié)構(gòu)、隔層、外部覆層和內(nèi)部裝飾均為膨脹軟木模塊，為清晰簡潔的幾何形式增添了一份溫暖的質(zhì)感。同時，模塊采用的干式連接系統(tǒng)十分便于拆卸，整個住宅的1268塊軟木可以在建筑使用周期結(jié)束時被回收利用，或重返生物圈。經(jīng)Sturgis碳分析評估表明，該住宅在建成時隱含碳值為負，是其評估過的全生命周期碳排放最低的建筑。從收集資源到壽命終止，軟木住宅體現(xiàn)了強大的全生命周期的可持續(xù)建造方法（圖6）。

圖6 軟木住宅采用的可再生材料——膨脹軟木，來源：https://www.gooood.cn/thecork-house-by-matthew-barnett-howlanddido-milne-oliver-wilton.htm

（2）關(guān)注建筑部品的分離度及回收利用

當(dāng)建筑部品自然地完成其生命周期時，許多人傾向于直接將這些部品材料扔到廢料堆里，然后再運到垃圾填埋場。然而，極大多數(shù)情況下，這些部品可以被修理補救，回收利用，在大量不同的創(chuàng)意項目中被再次使用。在整個拆解或拆除過程中，處理這些部品都需要格外注意保持它的完整性，并檢查判定它們在未來被再次使用的可能性。同時，傳統(tǒng)的設(shè)計與建造方法，導(dǎo)致了建筑部品的消耗和浪費，設(shè)計初期就應(yīng)當(dāng)充分考慮它回收及其超出建筑壽命的使用途徑，這也對建筑設(shè)計提出了更高的要求[26]。

日本上勝町社區(qū)酒吧致力于實現(xiàn)零廢棄垃圾的生活理念，建筑師用從小鎮(zhèn)的廢棄房屋中收集到的百葉窗和窗框制作成保溫隔熱的雙層立面，它既是建筑的門面也是小鎮(zhèn)的明燈，照亮由于人們?nèi)コ擎?zhèn)里苦苦打拼而導(dǎo)致人口下降造成的失落。建筑外墻是用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的雪松板木材回收后用天然的柿皮顏料著色，廢棄的物品做成地板，空瓶子做成燈，在城鎮(zhèn)中為塔臺生產(chǎn)的鹿角，以及報紙作為墻紙。這個建筑充滿了即興創(chuàng)作和發(fā)現(xiàn)，這些都是浪費回收的創(chuàng)造性組合。建筑不僅能夠提供能源和資源，而且通過回收、再利用來減少碳排放（圖7）。

圖7 上勝町社區(qū)酒吧廢棄建筑部品綜合利用，來源：https://www.archdaily.cn/cn/892887/ri-ben-la-ji-ling-fei-qi-shang-sheng-tingshe-qu-jiu-ba-hiroshi-nakamura-and-nap?ad_source=search&ad_medium=projects_tab

泰國的廢物亭展館顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計和建造方式，并提出一種替代方法。這座高6m的展館是用再生塑料磚和尼龍屏風(fēng)設(shè)計而成，結(jié)構(gòu)使用模塊化的構(gòu)造，通過元素的重復(fù)排列創(chuàng)造韻律感。建筑每個組件的大小和比例都是根據(jù)活動結(jié)束后的產(chǎn)品化運用而量身定制的。展覽結(jié)束后，再生磚和屏風(fēng)將被拆除，變成2500把椅子和1500個袋子。雖然建造時間很短，但展覽館部品組件的回收利用使其超出了建筑物的使用壽命，實現(xiàn)了真正意義上的碳中和（圖8）。

圖8 廢物亭展館全回收利用的部品組件

4 結(jié)語

通過國內(nèi)外相關(guān)案例的分析總結(jié)可以看出，氣候適應(yīng)性建筑在建筑碳排放領(lǐng)域起到了關(guān)鍵作用。對于建筑師而言，在今后的氣候適應(yīng)性建筑設(shè)計中，基于碳中和的設(shè)計策略具體來說有3個關(guān)鍵要點：其一，建筑師應(yīng)充分利用被動式優(yōu)先的整體設(shè)計策略優(yōu)化能效，通過氣候賦形、空間調(diào)節(jié)、表皮調(diào)控等各個層級最大程度減少運行碳；其二，主動式設(shè)計應(yīng)從關(guān)注能效轉(zhuǎn)向可再生能源及能源回收的設(shè)計思路上來，以光伏建筑一體化、空氣余熱回收系統(tǒng)為代表的技術(shù)系統(tǒng)能夠有效滿足建筑的能耗需求；其三，建筑師在設(shè)計階段還應(yīng)關(guān)注全生命周期的隱含碳，從對形式和空間的關(guān)注拓展到對材料的有效利用上，通過創(chuàng)造性的設(shè)計路徑，實現(xiàn)建筑的碳中和目標(biāo)?！?/p>