在建筑领域,人工制冷、供暖和计算机辅助设计的进步,反而使建筑可能变得更加低能效。
过去100年来,建筑立面的演变尤其清楚地展现了这种“建筑反弹效应”。
全玻璃建筑比砖石或混凝土建筑更容易让热量进出。因此,它们在夏季和冬季都更需要人工制冷和供暖,一位专家写道。
有人曾声称,技术是应对气候危机的答案。按照这种说法,通过提高能源效率,最终使经济增长与其对环境的影响脱钩,更好的技术有望避免灾难性的全球变暖。
然而,这种说法忽略的诸多因素之一,是现实:新技术往往助长了奢侈的消费方式,从私家车和飞机,到家电齐全的厨房,以及在气候温和的国家使用空调。
技术还造成了所谓的“反弹效应”:能源效率提高会降低能源价格,进而推高能源消费。例如,购买一辆燃油效率更高的汽车,会降低每次出行的平均燃油成本,因此很可能促使你增加出行次数,抵消至少一部分预期的节能效果。
建筑领域也出现了类似趋势:人工制冷、供暖和计算机辅助设计的进步,非但没有带来更高效的设计,反而引入了浪费能源的建筑风格。
在我的研究中,我将这种现象称为“建筑反弹效应”。观察过去100年来建筑立面(覆盖建筑的“外皮”)的演变,就能尤其清楚地看到这种效应。
立面设计失误
Cité de Refuge是位于巴黎的一栋住宅楼,由瑞士裔法国建筑师勒·柯布西耶于1933年设计,其立面全部采用玻璃,是最早的此类建筑之一。然而,由于没有窗户或空调,夏季室内温度最高可达33°C,使其成为建筑设计中的“显著败笔”。
为解决这一问题,人们在立面上加装了外遮阳装置,并将约三分之一的玻璃改为不透明。这个方案大体有效:计算机模拟显示,改造后的设计可将夏季室内温度降至25°C以下。
从20世纪50年代起,随着空调系统日益高效且价格低廉,城市天际线开始被没有遮阳装置的全玻璃立面所主导;这些系统空调系统使建筑内部温度得以调节。
然而,这些新式玻璃盒子也带来了自身的环境问题。例如,研究显示,纽约曼哈顿区在1965年至1969年间建成的办公楼,单位楼面面积能耗是1950年至1954年间建成的建筑的两倍。
其中一个原因可能是这些建筑的窗墙比不同。后建建筑的窗墙比为53%至72%,而早期建筑为23%至32%。这意味着,前一组建筑在夏季和冬季都有更多热量进出,因此更依赖人工制冷和供暖。
全玻璃立面的另一个问题是会在建筑内部造成强烈眩光,因此室内百叶窗大部分时间都必须放下。这会遮挡使用者的室外视野,并增加对人工照明的依赖,进一步推高能耗。
如今,全玻璃立面的这些问题仍困扰着建筑。现在,人们常用参数化设计的遮阳装置来解决问题。遗憾的是,这类装置往往会遮挡室内工作人员的室外视野,同时仍让他们需要使用人工照明。
限制自由
我们是否应该阻止建筑师行使审美自由,设计这些损害地球的奢华建筑?一种解决办法是为建筑能耗设定上限。这就要求建筑师采用被动式设计策略——通过这些技术,人们无需耗费不必要的能源,也能在气候严酷的环境中生活。
例如,早在公元前400年,波斯人就想出了一个巧妙的方法,利用名为“亚赫查尔”的冰窖,在炎热的夏季储存冰块。这些穹顶蓄水池高达15米,深约六米。
热空气从蓄水池顶部的开口排出,冰块则深埋地下,因此亚赫查尔底部以及其中的冰块在整个夏季都能保持寒冷。
现代的一个例子是印度古尔伯加的警察总长办公综合楼。这栋建筑利用装有喷水装置的风塔,在炎热潮湿的气候中营造舒适的环境。水雾吸收进入建筑的空气中的热量,使空气在进入建筑前最多降温13°C。
首先,必须确定如何最恰当地衡量建筑能耗上限。目前的建筑能源评级体系常采用“能源使用强度”这一指标,即单位楼面面积的能耗。
但这一指标的缺陷在于,面积过大、外观宏伟的建筑也可能因此获得低能耗认证。更恰当的指标可以考察能耗与建筑使用人数的关系,换言之,即建筑的人均能耗。
打造杰作
有人可能会反对说,这会导致建筑变得“乏味”,缺乏美感。在这种情况下,我们可以鼓励建筑师通过不供人居住、因而运行所需能耗极少或无需运行能耗的建筑结构来发挥创造力。
这将大幅降低此类建筑杰作对环境的影响。平均而言,建筑碳排放的80%至90%来自建筑的运行,而非建造。
此外,许多标志性建筑并未如设计初衷那样发挥作用。密斯·凡·德·罗设计的柏林新国家美术馆遭遇窗户开裂和严重结露的问题;而弗兰克·盖里在麻省理工学院设计的斯塔塔中心则屋顶漏水,霉菌滋生严重。然而,这些建筑并未被拆除,而是留存至今,作为顶尖设计的范例。
或许,如果建筑师将对大胆美学的追求倾注于雕塑般的结构,而非供人居住的建筑,就能继续突破设计的界限,同时不让地球为此付出代价。



