關于有氧建筑低碳設計的設想

彭紅勝

0 引言

傳統的普通建筑是以滿足人們對建筑物的使用功能為目標，忽視甚至無視了建筑物對環境的影響。城市的混凝土建筑群密集是導致形成城市熱島效應的主要原因之一;同時使城市的綠化面積減少，空氣質量變差;另外，光禿禿的混凝土墻對城市的光環境、聲環境都有諸多不利影響。混凝土比土壤、植被具有更大的熱容量和吸熱率，使得建筑物儲存了較多的熱量，并向四周及室內輻射、傳遞，導致室內溫度高，被迫大量使用人工空調環境，因而排放出更多的熱量，更加惡化了室內和大氣的熱環境［1］。更為重要的是，惡劣的熱環境，嚴重影響人們的情緒變化、生活方式、工作狀態等［2］。故如何讓建筑既滿足傳統功能，又能減少污染、美化環境是我們亟待解決的問題。

1 有氧建筑的概念

陳廣雄、裴燁青等［3，4］提出了綠色生態建筑的概念，指出合理規劃、利用環保材料、提高小區綠化率等來達到改善環境、降低污染的目的。有氧建筑就是在小區綠化率不變的情況下，在立體上增加植物覆蓋面積，縮小植物與人的距離，讓人們生活在氧吧里，從而改善美化居住環境。

從廣義上講，有氧建筑應是綠色生態建筑的一個分支，即應用一定的手段，將綠色植物與建筑物的外墻和屋頂結合起來［6］，使其既具有傳統建筑外墻與屋頂的圍護作用，又具有綠地的釋放氧氣、吸收二氧化碳等廢氣的功能。在建筑小區平面上的綠化面積不變的情況下，沿建筑高度方向有效增大植物種植面積，減少二氧化碳等廢氣的排放量，從而達到低碳環保的目的，更加讓使用者感覺舒適、健康。

2 有氧建筑的實現方法

經濟發展、社會進步和環境惡化對建筑物的抗震性能提出了更高的要求，框架結構會被越來越廣泛的采用，有氧建筑的設想就是針對框架結構的建筑物提出的。有氧建筑以立體綠化和屋頂花園為主要內容。

1)將綠色植物和混凝土墻融為一體來實現立體綠化，一種形式是使用特制的“洞穴砌塊”作為填充墻，將植物種植在砌塊的洞穴里，等建筑物建成和植物長成之后，通過人工管理和修剪，建筑外墻就會形成具有凈化空氣功能的植物幕墻;另一種形式是直接用培育好的“植物砌塊”作為填充墻，在陽臺處和窗戶上沿形成綠色植物裝飾物，從而達到立體綠化的效果。2)在屋頂種植花草以形成屋頂花園。具體施行方法如下。

2.1 植物的選用和培育

綠色植物作為立體綠化的主角，選用時有以下基本要求:屬于長年生植物，對氣候和生長環境有較強的適應能力，抗性較強，具有良好的耐熱、耐寒性能，不至于夏天因高溫而痿殃，冬天因酷寒而凍死。繁殖培育方便，采用簡單的扦插、壓條方法就能很好的繁殖，易修剪，耐修剪等。例如常春藤、炮仗花、凌霄等攀緣植物和麥冬草、三葉草、無毛紫露草［7］等草本植物。

可以根據不同地域的氣候等自然條件，選擇不同的植物來彰顯其地方特色。植物種類選定之后，將優良品種在溫室里培育，以便用于以后的種植。因草本植物不像攀緣植物那么容易扦插，所以草本植物直接培育在“洞穴砌塊”里，形成“植物砌塊”，在施工時直接使用。

2.2 施工工藝與維護

有氧建筑的墻體施工分三步進行。即將外墻分成內、外兩層分別施工，第三步種植植物。

2.2.1 內層墻施工

先用200mm厚的防潮石膏砌塊填充內層墻，同時做好內層墻的防水層，將硅質防水劑摻入C20快速凝固細石混凝土內(使用快速凝固混凝土，縮短混凝土凝固所需的時間，提高施工效率)，在找平層直接做剛性防水板塊，板塊為1.5 m×1.5 m，縱橫分格，縫內嵌入密封膠。

2.2.2 外層墻施工

對于門窗、陽臺等處較少的外墻而言，在框架結構的柱子上設鋼筋混凝土結構扁梁，用來承擔外層墻上植物和砌塊的重量以及風荷載。考慮到攀緣植物長成之后可以達到10m甚至更長，而樓層高一般在3 m左右，因此每一層樓只需設一層“洞穴砌塊”，將植物種植在“洞穴”里，其他墻體仍用普通石膏砌塊，植物長成之后，連成一片，形成“植物幕墻”。因此在扁梁上的第一排加砌150mm厚特制的“洞穴砌塊”(見圖1)，其上再砌普通空心磚即可。在使用“洞穴砌塊”之前，先將膠凝狀的植物培養基放入洞穴中，作為植物生長初期的養分來源和起到固定植物根的作用。然后在墻面上涂一層混凝土砂漿作為保護層，砂漿層可以涂得粗糙些，這樣有利于攀緣植物攀附在墻面上。外層墻不用專門設防水層，在“植物幕墻”形成前期，外墻面的“儲水”可以適當為攀緣植物側根(氣生根)補充水分，有助于植物的生長。另外，“植物幕墻”長成之后，植物的莖葉也可以起到一定的防水作用。在外墻上適當的位置預先設置空調臺，以免在以后的施工中損壞植物。

對于陽臺和窗戶上沿的墻體，采用同樣的施工方法。不同的是陽臺的內層墻使用120mm厚的混凝土砌塊，外層使用100mm的“洞穴砌塊”(見圖2)，施工時使用已經培育好的“植物砌塊”，為減少植物損壞，施工時要盡量小心。

2.2.3 種植植物

外層墻施工完成之后，即可種植植物。根據建筑物的朝向以及周圍其他建筑物的影響，結合光照因素和植物的生長習性，選擇不同的植物種植在不同朝向的墻面上。例如接受光照多的墻面選擇喜陽耐熱的植物，光照少的墻面則選擇喜陰耐陰的植物等。

施工時，先在“洞穴砌塊”的洞口安裝與洞口尺寸相適應的圓形墊圈，以減小植物(主要針對攀緣植物)與洞口邊緣之間的相互作用力，避免植物受損。然后將培育好的植物枝條扦插在洞穴里的植物培養基上。在建筑上部采用依靠自重向下攀緣的植物，如炮仗花和凌霄花;在下部(如一、二、三層)采用可以向上攀緣的常青藤等，在這種高度可以很方便地控制植物的攀緣方向以達到美觀的效果。屋頂花園的施工就簡單得多了，在保護層上直接種植預先培育好的植物即可。

2.2.4 后期維護

在“植物幕墻”形成之前，對于可以向上攀緣的植物，需要人工控制植物的攀緣方向，而對于自然向下生長的植物，一般不需要。還要定期對植物進行修剪:1)剪掉那些枯枝敗葉;2)避免攀緣植物長得過長，減小對墻面的荷載。在植物生命的整個過程中，都要定期為植物施肥、補充水分、防治病蟲害。傳統的施肥方法是難以實現的，因此要采用葉面施肥技術為植物補充所需的養分。

2.3 預期效果

“植物幕墻”形成以后，滿墻的攀緣植物、整齊排列的草本植物和屋頂的花園總能給人以賞心悅目的感覺，增大城市的豎向綠化面積，提高空氣質量，減緩傳統墻面對城市的光環境、聲環境、熱環境等的不利影響。它不僅能凈化外界空氣，還能像一個“過濾系統”一樣對流入建筑物內的空氣進行過濾，使人們感覺更加舒適、健康。

3 存在的問題

在對“有氧建筑”的研究中，發現還存在著一些問題:

1)有氧建筑的結構形式具有一定的局限性。鋼筋混凝土框架結構、砌體結構是適用的，但是，例如對于鋼結構建筑來說，由于鋼材易腐蝕，而植物的存在可能對鋼材耐久性產生一定的影響，故有氧建筑不適用于鋼結構。2)與傳統建筑相比，培育植物和后期維護等方面的花費是額外增加的，故造價較高。3)施工過程復雜、施工時間長，外墻分兩層施工既復雜又費時間，陽臺和窗戶上沿處的“植物砌塊”帶著植物一起施工，很不方便，施工效率較低。

4 結語

這里只是簡單地闡述了“有氧建筑”的設想，要實現這一工程，不僅需要環境工程師和建筑師運用可持續發展觀、低碳理念和綠色建筑的設計方法和手段，還需要決策者、管理機構、使用者等多個環節的共同努力，共同參與營建的全過程。隨著經濟的發展，居民消費結構性升級，尤其是可持續發展戰略的提出并逐漸被人們所認識，不能說“有氧建筑”一定是未來建筑的發展方向，但至少提供了一個可以考慮實行的方法，提供一個“低碳設計”思路，從而早日實現建筑與環境和諧共生的目的。

［1］秦 波，齊海麗.綠色建筑思考［J］.陜西建筑，2008(12):1-3.

［2］李少卿，丁家樂.師法自然的低碳設計［J］.二十一世紀商業評論，2010(4):95-99.

［3］陳廣雄.芻議綠色生態建筑與可持續發展設計［J］.價值工程，2010(23):92-93.

［4］裴燁青，通 笑.營造現代人健康的綠色家園——綠色生態住宅小區中綠色建筑材料系統的構建和經濟評價［J］.住宅產業，2010(5):32-35.

［5］王 健，徐 進，閆成文.日本生態建筑技術——以“21世紀實驗住宅”和“地球之卵”為例［J］.浙江建筑，2010，27(6):48-52.

［6］張大忠，雷江麗，譚一凡，等.建筑屋面種植系統概述［J］.深圳土木與建筑，2005，2(1):56-59.

［7］克里斯托弗·布里克爾.最新版世界園林植物與花卉百科全書［M］.鄭州:河南科學技術出版社，2005.