低技术对于现代建筑节能设计的启示

低技术对于现代建筑节能设计的启示

The reveal of low-technology that used in architecture energy conservation design

崔鹏

Cuipeng

摘要/本文通过对建筑节能中可采用低技术类型的分析，探讨了建筑低技术的应用设计策略，旨在采用适宜的低技术，充分利用可再生资源，以达到节约能源、降低建筑能耗，满足适宜地区节能要求的目的。 关键词/自然 生态 尺度 策略

ABSTRACT/ This paper discussed the application strategies of low-technology through technical analysis of low-technology in building energy saving. In order to save energy resources, reduce the building energy consumption and meet the energy saving requirements by applying suitable low technologies and making full use of renewable resources.

KEY WORDS/low-technology, Ecology, energy conservation design, Strategy

中国目前处于快速发展时期，全球化和乡村城镇化的基本国情,迫使我们必须应对发展中所面临的能源问题和材料消耗浪费问题。建设部统计数据显示，目前中国现有建筑的总面积为420亿平方米，预计到2020年还将新增建筑面积约300亿平方米。建筑所需用地直接消耗的能源占到全社会总能耗的近30%，建筑产生的空气污染、光污染、电磁污染等就占了城市整体环境污染的1/3[1]。一些当今的高科技在建筑中的运用虽然可以大大降低建筑能耗，但其造价以及维修费用大的惊人，比如上海金茂大厦虽然采用low-e玻璃，高性能保温板等先进材料，但一年的维护费用要达到1亿左右，而采用低技术与高技术相结合的马来西亚梅纳拉TA1大厦的维护费用却要降低很多。因此我们要在实际节能设计中积极运用生态低技术。 1 建筑低技术的概念

“低技术”（low-technology）简称lo-tech，指的是工业革命前的传统手工技术[2]。在日常生活中充斥着现代高新技术的今天，“低技术”表达的是回归自然和传统。“低技术”体现的是一种现实生活的理念。低技术不是说一味地追求技术尖端化，而是回归技术的本源。未来的城市发展与建筑发展离不开低技术的运用，促使我们去挖掘人类早已拥有的聪明才智，选择那些低排放甚至零排放的生产方式，去开发不需要大量投资的传统技术，创造人与自然更和谐的建筑构造方式，从而可持续地造福我们的城市，造福我们的生活。

建筑低技术的本质就是对于自然资源的充分运用，通过利用被动式太阳能，烟囱效应，热压通风现象，微气候效应等基本自然物理效应来达到对热量的控制。建筑低技术是对传统的现有建筑技术的延续，拓展以及创新，是与高技术相结合的，节能的，无污染的技术。 2低技术在建筑节能中的体现方式 2.1生态可循环的地方性材料的应用

地方性材料取材容易，技术简单，运输方便，节约能耗。正

所谓优胜劣汰，既然地方性的材料可以生存下来定当有其优势，地方材料一般都具有适合当地气候的热工性能。比如，西安富平陶艺村的建筑，利用当地粘土，就地取材，烧结成维护结构；西藏阿里苹果小学，创造性的采用“编织构造”来满足热工以及高原挡风的要求。

1 采用地方性材料建成的建筑（山东荣城的北斗山庄） Fig.1 The Northerndipper manor in Rongcheng

2 川藏地区碉楼

Fig.2 Turret in Tibet area

我国北方游牧民族一般采用皮毛制作的帐篷，防风透气，适合于北方草原气候；湿热地区人们通常运用竹子搭建透气防潮的房屋；沿海地区采用耐腐，保温隔热的海草做屋顶，花岗

岩做墙体，来达到上百年的使用寿命以及低能耗的经济利益，例如山东荣城的北斗山庄就是成功运用这种低技术的实例（图1）。在我国南方沿海地区一些生土建材也广泛使用，土层拥有良好的保温隔热特性，如掺入碱土也可防渗防水，生土材料在建筑多年失效以后还可以用作肥料，是完全可自我降解的生态建材，它冬暖夏凉，属于低技术的范畴，迄今中国仍有上千万人居住其中。在中国山东，四川，贵州西藏地区主要盛产石材，例如川藏地区的居民通常居住在一种叫做碉楼的建筑中，这种碉楼主要承重材料为石材，采用青稞或者木材来分割空间，由于石材优良的蓄热性能使得这种碉楼的热工性能满足夏季放热以及冬季供暖的需求（图2）。在中国西南地区的低技术节能材料一般是竹子，由于其良好的柔韧性和轻便性还有透气性，适用于潮湿，地基不稳定的地区。南美的建筑师Simon Velez根据中国竹子的这些特性发明了一种“螺栓加水泥”技术，可以做出悬挑8m跨度18m的竹结构[2]

。 2.2被动式太阳能的运用

被动式太阳能建筑是利用科学的空间布局和挖掘建筑材料的热工性能来达到改善室内物理环境和节能目标的低技术形态，经过改进形成的可呼吸式幕墙，这种幕墙通过温室效应和烟囱效应，由太阳辐射的温差产生对流。根据通风结构的不同分为：“封闭式内循环体系”和“敞开式外循环体系”封闭式的应用于寒冷地区，敞开式的适用于冬冷夏热地区，夏季打开风口，由于烟囱效应产生对流，从而降低内层玻璃温度，冬季关闭以产生“温室效应”提高了内层玻璃温度，此种幕墙比传统的幕墙采暖节能42%-52%，制冷节能38%-60%（图3）。被动式太阳能低技术还包括直接得热墙，特朗伯集热墙，水墙，太阳房（图4）等。

中国传统的太阳能技术一般采用麦糠、锯末秸秆等在塑料袋中做顶棚的集热材料。其次屋面覆土也是一种减小能耗的适用低技术，通过西安建筑科技大学的测定，覆土，下沉太阳房夏季温度可维持24-26℃（室外30-35℃），冬季有阳光时，室内可达到10℃。虽然被动式太阳能的种类多样，但其基本原理相同，都是采用蓄热材料白天吸热，夜晚放热的性能，热量的特性就是只能由高温传导到低温部位，因此合理利用太阳能产生的热量是低技术实现的策略之一。

3可呼吸式幕墙

Fig.3 Energy saving curtain

4太阳房

Fig.4 Glass sunshine hut

2.3风能的利用

建筑节能的主要内容无非就是保温和隔热，究其本质是对于热量的控制，包括通风，光照等都与热量有关。通过合理建筑构造来达到节能的要求。比如穿堂风效应就是利用风压在建筑内部产生空气流动。当风吹向建筑物正面时，因受到建筑物表面的阻挡而迎风向上产生的正压区，气流再向上偏转同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生负压区[3]

（图5）。

5 穿堂风原理示意图

Fig.5 The principle drawing of draught

从表一中我们可以看出，得到穿堂风的房间每小时的通风换气次数最高可以达200多次，而单侧通风的房间每小时的通风换气次数却只相当于穿堂风房间的五分之一。穿堂风的获得可以大大降低建筑制冷的能耗和费用，而且还给室内提供了清洁、新鲜的自然空气。“烟囱效应”是自然通风的又一种方式，由于建筑物内外空气的气温导致了空气密度的差别，于是形成压力差，驱使室内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口排出，这时会在低密度空气原来的地方形成负压区，于是，室外温度比较低而比重大的新鲜空气从建筑物底部被吸入，从而室内外的空气源源不断地进行流动，这是一种利用热压的通风方式，另外，热压通风还存在一种“漏斗效应”。根据热力学第二定律,热量由高温传向低温一侧,那么在漏斗空间中的热量传导也符合从下部传向上部的规律,即漏斗作用将会对热空气的上升起到推波助澜的效果,有效的加剧热量的上升扩散

[5]

。通过利用“烟囱效应”在建筑中设计烟囱塔、

天井、中庭等多种形式，为获得良好的通风创造条件（图6）。

3 低技术在建筑节能中的设计策略 3.1合理规划布局，充分利用地形特征

建筑节能设计中在体形，用地，朝向等方面都有相应的低技术原理，通过合理采用达到降低能耗的作用。

中国传统民居所处地形复杂多样，在建造时应该因势利导，化不利为有利，缓坡应采用填挖以形成台地；或者垒土填实提高勒脚；或形成错层。陡坡则利用地形分层建筑，使屋顶逐层提高。在处理高差上的问题时，可以参照中国传统低技术山地营建十八法。采暖建筑为了防止“霜洞”效应不应布置太低凹的地域。中国北方城市冬季主导寒流为西北风，因此在北方地区要考虑通过绿化来遮挡建筑西北方。

建筑的体形也影响建筑能耗状况，当建筑的长宽比大时可以良好的冬季得热，当正南建筑长宽比为5：1时，各墙面辐射总得热为正方形建筑的1.87倍[6]

。一般体形系数越小的越好，但是在实际节能设计中要控制有效传热系数较大的面，例如采暖建筑北面传热系数较大，冬季季风是西北风，那么减小西北外墙有利节能。较封闭的院落式布局可以营造良好的微气候条件，比如中国传统的合院建筑充分利用日照，避免季风干扰，调节内部气候，利用建筑外界的反辐射，形成对冬季恶劣气候的防护。

6福斯特设计英国警察局自然通风天井 Fig.6 Ventilation shaft design by Foster

3.2结合地方气候，采用适宜低技术手段

不同的地域采用的低技术手段不同，应该根据当地的气候分析来选择相应的技术措施。地方性建筑回应气候的主要方式就是合理处理阳光和风对与建筑的影响。比如湿热地区的建筑应采用开敞式布局，利用伸展的造型、薄而透气的墙体以及大坡面的屋顶促进通风和纳凉；而干热地区的建筑宜采用内向型布局，外部采用厚重墙体进行封闭隔热，同时减小建筑的间距以产生阴影来避免阳光直晒。北方寒冷地区的建筑外形厚重、封闭，内部设置采暖措施，街道非常宽阔以避免冬季冷风的形成。朝向一般向南以利获得阳光。比如北欧寒冷地区通过持续低温供热达到舒适的室内环境。这些基本的设计方法都是针对特定的气候环境做出的具体回应，只有采用适宜的技术才能与当地环境和谐的融为一体，否则反而产生相反的结果。

在寒冷地区、干热地区及温差较大的地区一般首先考虑保温隔热，采用封闭的外墙和小开窗减少了建筑物的直接得热量；在建筑外部种植花墙以防止太阳直晒，利于采光，同时防止过热现象。选用热容量稳定的重质材料可以抵御昼夜的巨大温差。例如丹麦建筑师福莱明·斯库德设计的混凝土洞穴房就采用了这样的原理。此建筑内部木构造技术为建筑提供了一个10cm的天然绝缘带，使建筑的屋顶和四周各面都是透气的。木结构外部覆盖着土制斜坡和草皮，草皮具有气候缓冲和温度缓冲的作用。在冬天，混凝土洞穴房住宅内的温度从不会低于+5℃[6]

。即便是在夏天，在不使用任何人工通风方法的情况下，房屋内部也有着令人愉快的比室外更加凉爽的平均温度。 3.3继承传统技术，改良创新低技术

据专业设计调查机构OECD统计，2010年全世界成功的创新性产品中只有49%与新技术有关，而其余51%则来自使用方式和行为模式上的创新。低技术的运用不能单一的从技术层面着手，可以采用以下几点来将低技术完美的融合建筑形态中如将电梯、卫生间等服务性空间布置在建筑外层，减少太阳对中部空

间的热辐射。高层建筑表面绿化或在中部引入绿化开敞空间，减轻高层建筑的热岛效应。 使建筑表面凹凸有致来塑造阴影空间(灰空间)并使遮阳与绿化相结合。通过可呼吸式幕墙形成复合空间或空气间层，产生立面的层次感，为建筑穿上可呼吸的外衣，在屋顶设置天窗通风采光，将中庭透空与烟囱效应相结合，使大厅既满足美学需要也满足通风要求等。本届世博会上，“低技术”范例比比皆是：城市最佳实践区的德国汉堡之家、法国罗—阿大区案例馆，不约而同采用塑窗框提高隔热效果，技术简单效率很高；台北案例馆介绍的“垃圾零掩埋”经验，依靠周密细致的管理，为处理城市垃圾提供了“低技术”解决方案；西班牙馆的藤条遮阳、中国馆的“自遮阳”技术、国家电网馆的“穿堂风”设计，主题馆的绿化墙，都是“低技术”的降温方案，巧妙地运用了自然之力。关键是要认识到，设计既不是艺术也不是技术，而是对事物的组织、行为和重点的创新思考。 4 结论

严格的意义上来讲，低技术节能策略不是技术创新的有效方法，因为没有真正技术效率的改良，但是使用适宜的建筑低技术确实可以在有限的条件下迅速提高经济效益。在中国比较不发达地区，低技术的采用是一种通过降低技术成本而劳动密集型技术，可以降低技术上的花费，增加更多的施工就业机会。技术的进步需要的是时间，然而并不是所有创新都需要新技术的参与，关键是要认识到，设计既不是艺术也不是技术，而是对事物的组织、行为和重点的创新思考。

低技术是现代技术的必要补充。建筑低技术在节能经济性方面的优势目前是其他高新技术不可比拟的，国外一些优秀的建筑师越来越重视低技术在节能方面的优势，比如印度的查理斯·柯里亚，C·Patel，马来西亚的杨经文，墨西哥的史蒂夫· 巴尔等都是充分利用低技术而创造出高效能的例子。在我国低技术还停留在传统阶段，如何将我国特有的传统技术与现代技术合理的结合到一起，并满足节能的要求，是我们建筑师未来努力的方向。■

参考文献：

[1] . 引自建设部《公共建筑节能设计标准》.中国建筑工业出版社.2005年5月 [2]. 陈晓扬.地方性建筑与适宜技术.中国建筑工业出版社 .2007年12月 [3] . 建筑节能技术。北京。中国计划出版社，1996，P21

[4]. 高云飞.孟庆林.《一种生态建筑技术——自然通风》. 生态科学. 2003年2月 [5]．李华东. 高技术生态建筑.天津:天津大学出版社.2002:61,114,123 [6]．王璞.《低技术生态建筑的形态解析》. 合肥工业大学 2008年5月

图片来源： 图1崔鹏拍摄 图2来源网络 图3-6自绘