欧洲绿色建筑走过的路.doc

从理论到实践：欧洲绿色建筑走过的路摘要: 绿色建筑看似一个时髦的新概念，其实，人类对其研究已有30余年。特别是在欧洲形成了较完善的绿色建筑理论体系，本文重点介绍了包括亚历山大派克的 “自维持住宅”理论，布兰达威尔和罗伯特威尔的绿色建筑理论，诺曼福斯特的 “高层生态建筑理论”等欧洲绿色建筑理论体系。在这些理论的指导下，欧洲的一些建筑师也做了绿色建筑实践方面的探索并取得瞩目的成绩，该文以英国的朱比利校园，德国的法兰克福商业银行总部大厦，瑞士的拜尔勒基金会美术馆为例分析了在建筑实践中得到应用的绿色理念和技术。Abstract: Green Architecture seems to be a very modern concept, however, people have studied it for more than 30 years in practice. Especially in Europe, this idea has flourished and some mature theories come into being. They include the “Autonomous House” by Alexander Pike, “Green Architecture Theory” by the Vales, “Ecological Skyscraper Theory” by Norman Foster and will be explained in this paper. In terms of these theories, some European architects have explored the practice of Green Architecture and got the great payback. This paper will articulate the available green ideas and technologies adopted in some case studies such as Jubilee Campus in England, Commerzbank Headquarters of Frankfurt in Germany and Beyeler Foundation Museum in Switzerland. 关键词：欧洲绿色建筑，理论，实践Key Words：Green Architecture in Europe， theory， practice绿色建筑运动和电脑技术在建筑设计中的应用被许多媒体称作近年来建筑界最有影响力的两件大事。实际上，人类对绿色建筑的研究要远早于电脑辅助建筑设计的广泛普及。对绿色建筑的系统研究应始于上个世纪70年代初，由于世界能源危机和人类环境明显恶化的双重原因，各个发达国家开始着手于解决能源危机和改善环境方案的研发，其中最主要的行动是在建筑和交通方面，绿色建筑运动也应运而生。如果说现代建筑繁荣在美国，那么绿色建筑的发扬地应该是欧洲大陆，为什么欧洲方面能在此领域做的更好呢？主要原因应该如下：第一，政府的政策力度不同，在欧洲，许多国家的政府较早地制定了有利于绿色建筑发展的政策，例如鼓励开发商多开发自然采光，自然通风的住宅，制订了一系列的建筑环境评估体系等。而美国政府则忽略了节约的策略，而一味地强调了补充和供给的方法，这就使得建筑继续往高耗能，高资源消耗的方向发展，政府去寻找和开发更多的能源及资源来填补这一空白。正如詹姆斯瓦臣斯（James Wines）在其书中写的“美国政府所采取的强调经济补充的政纲，用来对付70年代以来的能源危机和环境问题，最终结果只能给人类造成更大的环境灾难”1。第二，生活方式的取向不同，布兰达威尔和罗伯特威尔（Brenda 和Robert Vale） 曾形象地将两个大陆普通民众的住和行的追求做了比较：美国人生活所必须的条件如居住和工作在有集中供暖及空调的建筑内，出行人手一辆汽车，对于欧洲人来说显得奢侈了，后者对生活的满意度在于，足够的食物，一个用木柴燃烧壁炉取暖的家，易于接近的公共交通2。这必然会造成美国人对和自己生活需求有矛盾的绿色建筑产生一种天然的排斥态度。第三，对能源和资源拥有的程度不同，相对于欧洲大陆各国，美国人均能源和资源占有量要大的多，以火力发电的主要原材料煤炭为例，根据BP石油公司2003年的统计数字，美国的煤炭储量是115891万吨，而整个欧洲大陆的煤炭储量也只有144874万吨3。正是这些主要原因，使得欧洲各国对绿色建筑的研究更加地投入和深入，本文也将从理论和实践两个方面来介绍欧洲绿色建筑的发展历程。 理论篇亚历山大派克（Alexander Pike）和其“自维持住宅”理论欧洲对绿色建筑的研究主要开始于住宅方面，其突出代表是英国的“自维持住宅体系（Autonomous House System）”。1971年，亚历山大派克在英国剑桥大学建筑学院的技术研究中心（现更名为马丁研究中心）开始了对 “自维持住宅”的研究，在他不久后的一篇报告中将“自维持住宅”定义为：它是一种新的住宅体系，通过自身的服务系统，它将减少对地方消耗的依赖性。其后，在他和同事约翰弗来（John Frazer）共同的领导下，对一些住宅项目做了理论和实践上的尝试，从这个研究小组中也走出了另外两个后来享誉世界的绿色建筑大师布兰达威尔教授和杨经文博士。亚历山大派克还特别强调一个自维持住宅并非仅把开发周围环境可利用能源和资源循环使用的方法作为传统住宅体系的部分补充，而是完全建立一套完整的自我供给，自我服务系统。1975年，亚历山大派克当年在剑桥大学的学生布兰达威尔和罗伯特威尔发展了他的理论，按照威尔夫妇的阐述，一个自维持住宅在使用和运行中是完全独立的，所有的摄入和排出靠本身完成，它不需要连接市政公共的供气，供水，供电和排污系统，能源和水的获取来自于太阳，风和雨水，废物的处理自身内部完成。唯一和外界环境的联系是它不破坏其所处的自然，并和周边环境共偕共生 4。亚历山大派克的“自维持住宅”理论不仅对欧洲的绿色住宅发展项目提供了理论依据，也成为其它国家在绿色住宅研究方面的概念指导，例如后来的澳大利亚太阳能住宅指南手册中，也将本国的“自维持住宅”规定为“具有完全独立于外界的能源，服务供给系统，和垃圾处理系统的住宅” 5。威尔夫妇和其绿色建筑理论威尔夫妇对绿色建筑的兴趣和研究开始于对“自维持住宅”课题的实践，但其对世界绿色建筑理论的贡献却远超越了“自维持住宅”本身。其实，布兰达威尔和罗伯特威尔各自在他们剑桥大学的毕业论文中，已经强调了正在蓬勃发展的建筑运动给人类和环境带来的诸多副面影响，也给出了要解决这个矛盾的可选办法，其内容构成了他们绿色建筑理论的雏形。1975年，夫妇二人合作出版的第一部专著自维持住宅（The Autonomous House：design and planning for self-sufficiency）问世。该书以自维持住宅为例，讲解了建筑如何利用太阳能和风能来满足自身的能源需要，如何利用建筑的维护结构来储存热能，如何收集利用雨水，并在建筑物体内如何做到水的循环使用，以及如何再利用建筑产生的废物等。1991年，二人出版了代表其绿色建筑理论的专著绿色建筑：为可持续发展的未来而设计（Green Architecture：Design for a Sustainable Future），此书后来成为了国际公认的绿色建筑经典论著之一。该书的第三章作为重点陈述了威尔夫妇评价绿色建筑的六个基本原则：节约能源，设计结合气候，建筑资源的再利用，设计尊重使用者，尊重场地，整体的设计观。作者依据如上六个方面，分别列出了符合相应原则的建筑实例，并对其绿色元素进行了细致的分析。不过，他们在书中也承认当今一个建筑要符合所有六个绿色原则是很难的事情，但我们也不能否定一个建筑在某些方面对环境和人类的贡献，为了一个可持续发展的明天，人类的建筑应该向绿色建筑的方向发展6。在实践中，位于英国谢菲尔德的Woodhouse医疗中心，位于诺丁汉郡索斯韦尔的自维持住宅和豪其顿住房项目验证了其绿色理论的可行性。诺曼福斯特和其“高层生态建筑理论”诺曼福斯特1961年从英国曼彻斯特大学毕业后获得奖学金继续在美国耶鲁大学学习，后获得硕士学位，1967年成立了设计事物所并开始其建筑设计业务。他最初为世界建筑界认可并非他的绿色建筑实践，而是作为高技派建筑师的代表之一被广为宣传。例如1986年落成的香港汇丰银行大厦是他当年最为著名的作品。通过该建筑，他将技术，结构在建筑中的作用体现的淋漓尽致，然而，汇丰银行大厦也同时成为当年极具争议的建筑之一，因其接近10亿美圆的巨额投资使之成为世界上最昂贵的建筑，从这点来看，它的建成似乎和绿色建筑的某些初衷是背道而驰的。上个世纪90年代，福斯特的高层建筑作品开始进入转型期，从当初的突出暴露建筑结构，设备的重技手法而发展为利用新技术在建筑中创造出有益于建筑节能和优化室内环境质量的亚生态系统。福斯特在改变着传统高层建筑的自我封闭观念，在努力打破高层建筑因结构需要而造成的建筑物内外环境的隔阂。他同时也做到了在高层建筑中利用自然采光，自然通风的办法来减少其电能的消耗，以及将植物引入高层建筑内部从而提高室内环境质量。1991年开始设计的德国法兰克福商业银行总部大厦代表着其高层生态建筑理论的形成，虽同为大型的银行办公建筑，但法兰克福商业银行总部大厦却比先前的香港汇丰银行大厦在生态设计方面前进了一大步。而且在法兰克福商业银行总部大厦的设计取得成功尝试之后，他又将这一方法演绎到许多其它作品中，如1992-1999年完成的德国新议会大厦，1994-2000年完成的伦敦大不列颠博物馆大厅等建筑。虽然，福斯特并没有专门著书阐述他的“高层生态建筑理论”，但其思想已经在他的作品中详细的表现出来，正如他的事物所网站所描述的那样：最近30年我们一直在关注着公众对于建筑能耗态度的改变以及对建筑生态设计的需求。最近的许多设计作品都反映出了我们在建筑中利用可再生能源及减少CO2排放方面的前眈性。它们中的一些通过来自于新技术和已被忘记的传统技术中挖掘出的灵感，成功地开发出新的能源资源从而代替原来的化石资源7。欧洲各国绿色建筑评估体系 绿色建筑评估体系在许多场合又被称为建筑环境评估体系，是一种用来评价建筑对能源，资源消耗程度，对环境影响大小，以及为使用者提供使用质量优劣的量化体系。一般的建筑环境评估体系包括如下一些方面：建筑和场地及交通的关系，建筑和能源及大气质量的关系，建筑和水资源及排污的关系，建筑和材料及资源的关系，建筑和室内环境质量的关系等。 因为政府对发展绿色建筑的大力支持，欧洲许多国家较早地的制定了本国的绿色建筑评估体系，目的是推动本国绿色建筑的实践。特别是环境保护方面非常重视的英国，德国，法国以及北欧四国。1988年，英国的建筑研究组织BRE（Building Research Establishment）着手开发英国的绿色建筑环境评估体系，这就是1990年正式生效的BREEAM（Building Research Establishment Environmental Assessment Method）体系，它也是世界上第一个完整的绿色建筑评估体系（美国的绿色建筑评估体系LEED的颁布要比它将近晚了10年）。经过十几年的理论发展和实践检验，今天的BREEAM体系日臻完善，它涵盖了建筑评估的各个方面，例如，2004年新颁布的BREEAM办公建筑就从如下9项指标来对一个办公建筑进行综合评价（1）管理：全面的管理方针，试运转场地的管理及过程中出现的问题。 （2）能源：运转所需能源及CO2的释放问题。 （3）健康：室内和室外影响使用者健康的因素。 （4）污染：大气和水污染问题。 （5）交通：交通相关的CO2排放问题，交通和选址问题。 （6）土地使用：“绿色”用地和“褐色”用地。 （7）生态：场地对生态价值的影响和提高。 （8）材料：建筑材料对环境的互动影响，包括材料对建筑生命周期的影响。 （9）水的消耗及使用效率8。 随后，欧洲的其它一些国家也纷纷出台自己的绿色建筑评估体系，其中有代表性的是：德国的生态建筑导则LNB，法国的Escale体系，挪威的Ecoprofile体系，丹麦的BEAT体系，芬兰的LCA House体系，瑞典的Eco-effect体系等。实践篇英国英国是欧洲绿色建筑开展实践最早的国家，从当初的自维持住宅到如今的绿色校园，绿色办公建筑已经历30余年，其间涌现出一些成功的绿色建筑作品，之中综合多种绿色建筑要素的成功作品是建于1997-1999年的诺丁汉大学朱比利校园（Jubilee Campus，University of Nottingham，UK）。该设计源于1996年10月诺丁汉大学举办的为了扩建新校园的一次竞赛，竞赛主题为“最小能源消耗和自然通风的建筑”。最后，麦克霍普金斯联合建筑事物所（Michael Hopkins& Partners）获胜并开始建筑部分的设计，作为结构设计伙伴，英国另一个著名的结构设计公司阿如普公司（Arup）参与了朱比利校园从竞标到完成的全过程，也正因此，才保证了建筑设计人员在绿色设计方面的设想得以最终实现。首先，从校园选址和规划上，校方及设计人员充分考虑了生态性。例如，该校园建设在原工业厂址，属于棕色用地（Brownfield），对于棕色地块的开发将有利于土地资源的保护。校园将教学和部分学生宿舍安排在同一建筑群中，减少了交通的压力；同时，该校区和主校园有公交穿行，校区内还专设了几百个自行车停放位，这都为了降低人们对私人汽车的依赖性，从而减少交通能耗和由此产生的CO2排放量。在建筑群的布置上，设计者依原地形曲线安排系列建筑，并在朝向郊外的一侧设计了一个人工湖，这一总平面的规划弱化了校园后面工业区和正面郊外住宅区间的不协调感，人工湖也同时丰富了校园的自然景观，和具有开敞外廊的建筑群相呼应，使原来的棕色地块变成了和谐的绿色校园（见图一）。图一：朱比利校园总平面其实，朱比利校园最成功的设计创新在于它的通风系统，它有效地结合了机械和各种自然手段。夏季，中厅入口上方的玻璃百叶开启，来自湖面的新鲜冷空气进入中厅，通过另一侧的百叶及两侧楼梯间的抽风作用完成内部的穿越。在每个主体建筑楼梯间的顶部，设计了两个巨大的风帽，在冬季玻璃百叶关闭时，将通过风帽下的空气处理系统（包括热交换装置，风扇，加热器等）吸入新鲜空气，空气被引入到风道中，然后进入到各层楼板的夹层空间，进而在楼板低压发散装置的辅助下进入到各房间。回风时，排出的空气通过走廊（走廊中尽量减少横向楼梁的设计，为了空气流通顺利）和楼梯间的低压抽风作用回到风塔（楼梯间）上部的空气处理系统，并最终经热回收或蒸发冷却装置，通过风帽排出，风帽将随着风向而转动使其永远朝下风向，增大压差，使废气易于排出，从而减少风扇工作需要的能耗。而且其空气处理系统所需要的能耗，完全由放置于主体建筑中厅顶部的太阳能光电板产生的电能提供，这样就使得整套的通风系统成为了名副其实的“零CO2排放”。图二为朱比利校园主体建筑群通风系统工作流程。图二：通风系统工作流程此外，朱比利校园在建筑遮阳的采用，建筑材料的地域性选择等方面均做出了有效的实践。通过如上各种方法，一份关于比较朱比利校园建筑和同样规模建筑所消耗能源及CO2排放量的报告显示：该建筑群的能耗不及同规模建筑的一半，而CO2排放量也只有同规模建筑的四分之一左右。获得这一成就并非追加很大的额外投资，因为该建筑成本造价只有105英镑/平方英尺，这和普通建筑的单方造价相差无几。由于朱比利校园在绿色建筑设计方面所取得的成绩，它获得了2000年全英建筑工业大奖中的建筑奖（Building Award in the British Construction Industry Awards，2000），2001年英国太阳能建筑奖（UK Solar Award，2001）和2001年英国皇家建筑学会年奖（RIBA Award，2001）等多项建筑大奖。当然，除了朱比莉校园（绿色校园）之外，英国还有一些其它类的绿色建筑值得我们研究学习，主要包括：豪其顿（Hockerton）住房项目（绿色住宅），贝丁顿（Bed ZED）生态社区项目（绿色社区），BRE的环境楼（绿色办公建筑）等。德国德国的绿色建筑中最为出名的无疑是位于法兰克福的商业银行总部大厦（Commerzbank Headquarters，Frankfurt，Germany），由来自于英国的福斯特联合建筑事物所完成建筑设计，结构配合同样是英国的阿如普公司（Arup，它也是广州新电视塔的结构设计方），它是高层绿色建筑的一次成功的尝试。在福斯特的笔下，传统的办公塔楼似乎被一刀切开并进行了内外环境的重新配置，他将传统位于塔楼中央的公共交通等核心（电梯，步梯，洗手间等）分散在建筑三角形平面的三个角，而解放出中部较大的空间来重新设计，每2个交通核之间的梯形部分则是建筑的主要办公部分，三个梯形又围合出一个空透的三角形中庭。福斯特的过人之处是在这些梯形部分每隔8层就安排了1个高达4层（约14米）的空中花园，而且花园是错落上升设置的，这让每层的办公室都可以接触到花园般的景色。同时，中庭和空中花园的设置使得在全年的大多数工作时间里，该大厦仅靠自然通风和采光手段已经满足内部通风和采光的需要。图三为从中庭看空中花园的景色。图三：从中庭看空中花园。 除了贯通的中庭和内花园的设计外，建筑外皮双层设计手法同样增加了该高层建筑的绿色性，外层是固定的单层玻璃，而内层是可调节的双层Low-E中空玻璃，两层之间是165毫米厚的中空部分，室外的新鲜空气可进入到此空间，当内层可调节玻璃窗打开时，室内不新鲜的空气也进入到这一中空部分，完成空气交换。在中空部分还附设了可通过室内调节角度的百页窗帘，炎热季节通过它可以阻挡阳光的直射，寒冷季节又可以反射更多的阳光到室内（见图四）。建筑管理中控系统（BMS Control）在法兰克福商业银行总部大厦中得到了应用，但这次福斯特并非追求将高新技术设备充分暴露，而是利用它们来创造更节能，更舒适的建筑空间。大厦的室内感光感温系统全部采用自动化，具体到每个办公室均由一个中心调控系统控制，室内的光照，温度，通风等均通过自动感应器得到相应的调整，以确保办公空间适当的光照和空气质量。上述种种自然通风，采光方法，以及智能控制技术等在法兰克福商业银行总部大厦中的综合应用，使得该建筑自然通风量达60%，这在高层建筑中是非常难得的，大厦也成为欧洲最节能的高层建筑之一，使用第一年的耗电量仅为185 kwh/m2/y9。但是，该大厦也存在一些不足之处，由于设计者将较大空间安排为空中花园和中庭，使得建筑的办公面积使用效率较低。图四：法兰克福商业银行总部大厦双层外皮。外层的单层固定玻璃 内层的双层Low-E中空玻璃 电控百叶 165毫米厚的中空部分 防鸟线 德国的其它绿色建筑还包括位于柏林的新议会大厦，位于爱森的RWE办公楼，位于Wurzburg的Gotz 总部，位于Herne-Sodingen的Mont-Cenis 培训中心等。 其它国家 除了上面介绍的英德两国，欧洲的其它国家也涌现出一批成功的绿色建筑实例，如法国的联合国教科文组织大厦，荷兰乌特勒支大学的Minnaert建筑，丹麦的斯科特帕肯低能耗住宅，瑞士的拜尔勒基金会美术馆等。下文将重点介绍位于瑞士巴塞尔的拜尔勒基金会美术馆。拜尔勒基金会美术馆（Beyeler Foundation Museum）于1997年建成于瑞士巴塞尔郊区的里恩（Riehen），建筑设计由同为高技派代表人物的意大利著名建筑师伦佐皮亚诺（Renzo Piano）完成，结构配合为英国阿如普公司（Arup）。因基地南侧有一座18世纪的别墅，在设计之初业主拜尔勒先生就强调建筑一定要和周围环境相融合。皮亚诺将主入口安排在南立面，通透的玻璃门加上4根简洁的立柱，使其不但醒目又弱化了它对周围环境产生的视觉干扰（图五）。沿东西立面是两面长108米，高图五：拜尔勒基金会美术馆南立面6.1米的石墙，建造石墙的材料全部来自于当地，这一方面使建筑更好地融入当地环境，同时也减少了建材的运输耗能。 拜尔勒基金会美术馆的另一个突出的绿色设计是它巧妙地利用了自然采光，一般的博物馆或美术馆因考虑到对藏品的保护，在自然采光方面比较慎重，而这次皮亚诺则通过精确的设计和计算，使阳光很好的服务于该建筑。在建筑的顶部，好象漂浮着一个玻璃的天顶，这是一套多层的轻质屋面天花结构（图六）。它包括了最顶端竖立在外并与水平成一定角度的乳白色滤光玻璃，其作用是避免阳光直射并接收光线漫射入室内。它下面是防雨，防紫图六：独特的屋面天花结构外线的双层玻璃屋面，紧接屋面下是能通过电动控制的铝制百叶，通过它可以调节进入室内的光量，闭馆时也将被关闭。铝制百叶至它下面的玻璃板天花板之间的空间被考虑为热缓冲区，玻璃天花支撑着荧光灯管和电动铝制百叶的马达，但荧光灯仅作为自然采光的补充。最下面才是室内能看到的穿孔金属板吊顶。如此精细的安排，使得自然光线恰倒好处地应用于室内照明而又不伤害艺术品的质量。天花和屋面间的热交换缓冲空间也起到了节能的效果。在通风系统的设计上，皮亚诺同样向传统方式进行了一次挑战。为了减少上送风中强气流对室内展品可能造成的损害，他在美术馆中采用了低压下送风系统（图七）。送风口和地图七：下送风口。板色彩，材质完全和谐，方便隐蔽，从而不干扰展室的视觉延续性，同时它又易于检修。每个展室的送气量可以通过地下室设备间内的送风调节箱来控制。一些设计上的大胆创新和精确计算，使新的建筑材料（如各种高科技的玻璃制品，金属百叶等）在传统的展示性建筑中发挥了作用，最终让建筑和自然环境相和谐，同时又达到了节能，舒适