白蚁是如何启发米克·皮尔斯设计绿色建筑的

2009年9月2日

当我提到“高层办公楼”这个词时，你会想到什么?可能是一个封闭的玻璃和钢盒子，去掉了细节，以上镜的现代主义简洁完美。

也许，你也像我一样，想象着它的使用者:弓着背坐在办公桌前，呼吸着新鲜空气和光线，被头顶上的荧光灯发出的嗡嗡声迷住了。事实上，我们对“高层”的文化理解似乎包括它的居住者与他们的自然环境分离，隔离在一个技术先进的人工环境中。

我们很多人都想知道我们目前的模式到底有多先进。

皮尔斯是一位试图改变这种模式的非洲建筑师，他在两座标志性建筑中展示了自己的想法集建筑在津巴布韦的哈拉雷市政大厦2楼在澳大利亚墨尔本。两座建筑都采用了基于梯度的常情被动系统来控制气候，两座建筑的灵感都来自于一种微小的昆虫——白蚁。

白蚁是大自然中技艺高超的建设者之一，它在地球上竖立着最高的建筑(以建设者的体型来衡量)，尽管外面的温度波动很大，但它的内部温度却保持恒定。

他们建造的土丘是非常耐用的泥土结构，通常使用复杂的支撑，在所谓的罗盘土丘中，精确的形状和位置可以优化太阳的效果。

澳大利亚的罗盘丘形状像大叶片，顶部狭窄，轻轻地弯曲成狭窄的船形足迹。它们的名字来源于它们一致的南北方向，正是这种方向和形状使它们能够优化环境。当太阳的角度很低，温度很低的时候，土堆会最大限度地暴露在它的侧翼上，从而获得温暖巢穴所需的热量。当太阳在头顶上时，在白天最热的时候，狭窄的叶片边缘接收很少的阳光和不必要的热量。在自然界中，形状可以节约能源。

让皮尔斯印象深刻的是当地非洲土丘的气候控制。尽管白蚁每天的温度在40摄氏度到0摄氏度之间波动，但白蚁能够在室内保持30摄氏度的恒定温度。

在厚厚的隔热墙内，他们通过创造并持续保持从低孔到顶部孔的通风来实现这一点。它们利用所谓的叠加效应，即从冷到热的对流气流。白蚁不断地调整这些开口，以获得最佳性能，有时还会添加湿泥浆，以帮助其蒸发效果降温。

这是一个在梯度上免费冲浪的经典例子，在我的去年两个皮尔斯也注意到了白蚁给他上的一课。1996年，当Eastgate办公楼的开发商要求他设计一个带有被动气候控制系统的结构时，他采用了其中一些原则。该综合体实际上是两栋建筑，其中包含一个内部中庭(右)。通过有限的玻璃、深悬挑和建筑体量来减少热量的增加，建筑师利用夜间冷却、热存储和对流气流来调节温度。

在白天，沉重的建筑体量和地下室的岩石储存吸收了环境和人类活动的热量。晚上，冷空气进入建筑底部，开始对流，白天的热空气通过屋顶通风口排出。冷空气也被储存起来，第二天通过空心地板和脚板通风口被输送到办公室。

这些被动技术，虽然不能提供建筑的所有气候控制，贡献了一些令人印象深刻的建筑保护统计数据。这座约32000平方米的建筑的建造成本仅为该地区典型通风成本的10%，能源成本减少了35%，典型的资本成本减少了10%，为一座价值3600万美元的建筑节省了350万美元。

十年后，皮尔斯完善了东门中学尝试过的一些原则，这次是在墨尔本一座更封闭的、10层、12500平方米的建筑中，“议会大厦2号”(Council House 2，简称CH2)。渐变的使用也是这个设计的关键。

该建筑的所有者墨尔本市议会(Melbourne City Council)估计，CH2可以实现80%的典型能源使用量和70%的用水量的减少。

像Eastgate一样，CH2是通过及时管理夜间空气和日间空气的温差来冷却的。在这种情况下，建筑的整个一侧通过回收木材制成的自动百叶窗直接进入空气(左图)。

这种“夜间净化”直接从办公室和商店空间排出温暖的空气，并为头顶的混凝土块降温。暖空气上升到天花板上的开口，然后通过空心地板到达竖井，最终到达屋顶通风口。仅这种被动处理就足以让空间在一天的一部分时间里保持舒适。冷却的新鲜空气通过地板登记册上升。

CH2还使用另一种流体的温度梯度，水，来调节建筑中的空气。首先，从城市的污水供应中“开采”水，经过三重过滤，然后用于冲厕所、灌溉植物和调节空气。交流水通过5个15米高的“淋浴塔”(下图)从建筑外部流下，产生蒸发冷却的空气，诱导进入较低的商业空间。

剩余的水通过管道进入地下室的储存库，在那里通过相变装置冷却，并在需要时进行分配。相变装置由1万个不锈钢球体组成，这些球体含有高冰点(15摄氏度)的盐，在夜间结冰，然后用来冷却水，以便在白天分发，就像冰块在饮料融化时冷却一样。这些新冷却的水从地下室被抽到建筑每一层的冷却梁上。这些光束是由铜管排列而成的，在白天晚些时候，当夜间净化的效果消失时，这些铜管会将冷空气降下来。

该建筑还利用热质量来吸收热量，通过放置玻璃减少热量的获得，并通过光伏发电和热太阳能电池板和燃气热电发电厂产生电力和热量。它还为基地提供了等量的植物叶片表面(以取代理论上因土地开发而失去的叶片)，为室内外的空气提供氧气。大楼每半小时换一次新鲜空气，业主声称，价值1100万美元(澳大利亚)的通风系统最大的回报是工人生产率提高了10.9%。这种提高的生产力估计每年价值超过200万美元(澳大利亚)的员工时间，这意味着投资可能在5-6年之内收回成本。多么大的不同啊!

虽然这篇文章的主题是建筑师成功地运用了自然的渐变，但我相信从白蚁身上可以学到更多的建筑经验。这些迷人的生物不是独自建造这些土丘的，也没有任何先见之明，它们当然也不了解自己使用的方法。然而，他们使用简陋的材料建造25英尺高的建筑，需要一根炸药棒才能拆除。此外，它们在一个复杂而有序的社会中为数百万居民维持精确的生活条件。他们的大脑只有针头那么大。这就是超级有机体的力量，我下次再写。