白蚁如何启发米克·皮尔斯的绿色建筑

2009年9月2日

Termite mounds - CC许可由Flickr用户librarianidol

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铁盒子，去掉了细节，完美地体现了它的上镜和现代主义的简约。

也许，你也会像我一样，想象它的主人:弓着背坐在办公桌前，呼吸着新鲜空气和阳光，被头顶上的荧光灯消失的嗡嗡声迷住了。事实上，我们对“高层”的文化理解似乎包括了它的居住者与他们的自然环境分离，被隔离在一个技术先进的人工环境中。

我们中的许多人一直想知道我们当前的模型到底有多先进。

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哈拉雷，津巴布韦和议会大楼2号在澳大利亚墨尔本。两座建筑都采用了基于梯度的常见性被动气候控制系统，它们的灵感都来自于一种微小的昆虫——白蚁。

白蚁是大自然中最出色的建筑者之一，它能建造出地球上最高的建筑(与建造者的体型相比)，并且在室外温度波动很大的情况下仍能保持室内恒温。

他们建造的土堆是非常耐用的泥土结构，通常采用复杂的支撑，在所谓的罗盘土堆中，精确的形状和位置优化了太阳的影响。

澳大利亚的罗盘丘形状像大叶片，顶部狭窄，慢慢弯曲成狭窄的船形脚印。它们得名于它们一贯的南北方向，正是这种方向和形状使它们能够优化它们的环境。当太阳角度较低、温度较低时，蚁丘的两侧能最大限度地暴露在阳光下，从而获得温暖巢穴所需的热量。当太阳在头顶，在一天的热量，狭窄的叶片边缘接收很少的阳光和不必要的热量增加。在自然界中，形状可以节约能源。

让皮尔斯先生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度到0度之间波动，但它们能够保持室内温度恒定在30度。

在厚厚的隔热墙内，他们通过创造并持续保持从低开口到顶部孔的气流来实现这一点。它们利用了所谓的烟囱效应，即对流气流从冷到暖。白蚁不断地调整这些开口以获得最佳性能，有时还会加入湿泥浆，以帮助其蒸发冷却。

这是一个经典的例子，免费冲浪的梯度，在我的讨论去年两个白蚁给他上的课在皮尔斯身上应验了。1996年，当东门(Eastgate)办公楼的开发商要求他设计一种带有被动式气候控制系统的结构时，他采用了其中一些原则。这个综合体实际上是两栋建筑，里面有一个中庭(右)。有限的玻璃、深悬挑和建筑体量减少了热增益，建筑师利用夜间制冷、蓄热和对流气流来调节温度。

白天，地下室中厚重的建筑体量和储存的岩石吸收了环境和人类活动的热量。在晚上，冷空气被允许进入建筑的底部，并开始对流，通过屋顶通风口将白天的热空气排出去。这些冷空气也被储存起来，然后在第二天通过空心地板和踢脚板通风口进入办公室。

这些被动式技术，虽然不能为建筑提供所有的气候控制，但贡献了一些令人印象深刻的建筑保护统计数据。该建筑面积约为32000平方米，通风成本仅为该地区的10%，能源成本降低了35%，典型资本成本降低了10%，为3600万美元的建筑节省了350万美元。

十年后，皮尔斯完善了Eastgate尝试的一些原则，这次是在墨尔本的一栋10层、12500平方米的建筑中，Council House 2 (CH2)。渐变的使用也是这个设计的关键。

该建筑的所有者，墨尔本市议会估计，CH2实现了80%的典型能源使用减少和70%的水使用减少。

像东门一样，CH2通过及时管理夜间空气和白天空气之间的温差来降温。在这种情况下，整个建筑的一侧通过由回收木材制成的自动百叶窗(左图)直接进入空气。

这种“夜间净化”将较热的空气直接从办公室和商店空间排出，并为头顶的混凝土降温。温暖的空气上升到天花板的开口，然后通过中空的地板到达一个垂直竖井，最终到达屋顶的通风口。这种被动处理本身就足以让空间在一天的一部分时间里保持舒适。冷却的新鲜空气一整天都通过地板记录器上升。

CH2还使用另一种流体——水的温度梯度来调节建筑中的空气。首先，水从城市的污水中“开采”出来，经过三层过滤，然后用于冲厕所、浇植物和调节空气。空调水通过5个15米高的“淋浴塔”(下图)从建筑外部流下去，产生蒸发冷却的空气，进入较低的商业空间。

剩下的水通过管道进入地下室的储存库，在那里通过相变设备进行冷却，并在需要时进行分配。这个相变装置由10000个不锈钢球组成，这些球含有高冰点(15摄氏度)的盐，这些盐在晚上冻结，然后在白天用来冷却水，就像冰块融化时用来冷却你的饮料一样。新冷却的水从地下室被泵到建筑每一层的冷却梁上。这些光束是排列在一起的铜管，当夜晚净化的效果在白天晚些时候消失时，这些铜管会将冷空气降下来。

该建筑还利用热质量吸收热量，通过玻璃的战略性放置减少热量的获得，并通过光伏、太阳能热板和燃气热电联产厂产生电力和热量。它还拥有与基地相当数量的植物叶片表面(以弥补理论上因土地开发而损失的部分)，为室内和室外空气提供氧气。大楼每半小时换一次新鲜空气，业主声称工人的生产力提高了10.9%，这是价值1100万美元(澳大利亚)的通风系统带来的最大回报。这一提高的生产率计算价值超过200万美元(澳大利亚)每年的工作时间，意味着投资可能会在5-6年收回。差别是多么大啊!

虽然一名建筑师受自然启发成功地使用了渐变是这篇文章的主题，但我相信还有更多的建筑经验可以从白蚁身上学到。这些迷人的生物并不是独自建造这些土堆的，也不是经过任何先入之见，它们当然也不明白自己使用的方法。然而，他们使用简陋的材料，建造25英尺高的建筑，需要一根炸药才能拆除。此外，在一个复杂而有序的社会中，它们为数百万居民维持着精确的生活条件。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。