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从瓦特发明蒸汽机时起，化石能源消费开始迅速增加;1900年前后第二次工业革命发生，内燃机和电的发现与利用开启了电气时代，二次世界大战后，世界人口大爆炸(见图1)使得化石能源消费呈现爆炸性的增长。1870年以来，世界能源消费的变化趋势如图2所示，可以看出，二次世界大战稍微遏制了能源消费增长的势头，之后在20世纪70年代爆发的能源危机促使人们开始大力开发新能源，这个时期的水电和核电增长迅猛。进入21世纪，可再生能源发展迅猛，主要体现在光伏发电、风力发电、生物质能源，以及其它的可再生能源，如地热发电和潮汐能发电等。总体来看，低密度的新能源存在利用瓶颈和其它诸多质疑，核裂变所需矿产资源同样有限且已发生的切诺贝利核电站与日本福岛第一核电站事故证明核电站具有一定的不可靠性，另外热核聚变技术遥不可及且人类也无法开采太空资源。因此，到2030年前后，人类依旧无法摆脱对于高密度化石能源的依赖。 反观历史，从能源利用的角度分析，农耕文明是建立在低密度太阳能和风能基础上的，所有的人类机械太阳能装置(如PV光伏板)都没有植物光合作用利用太阳能的效率高且生态效益好［3］。根据卡诺定理发展出的热力学第二定律以及熵、耗散结构的提出更是决定了机械系统这种典型的耗散系统需要高密度能源的支撑。这样看来，高密度的化石能源是工业文明的必然选择，低密度的可再生能源无法支撑工业文明的能源需求。然而，化石能源的枯竭近在咫尺(见表1)，假设现有发展模式不变，化石能源枯竭后，自然生态环境破坏殆尽，全球将处于生态赤字发展阶段［4］，人类势必会在经历人口骤降、工业文明体制崩溃的动乱时期之后重新回到农耕文明。而目前，人们还看不到任何新能源有希望完全取代化石能源，因此中国要做好人类进入化石能源枯竭期的准备，建筑环境营造策略和技术也应该做出相应的转变，摆脱对化石能源的依赖。 在建筑能耗中，供暖空调系统占2/3，因此有义务转变建筑环境营造策略和技术，为社会发展节约宝贵的不可再生资源和能源。 工业文明在给人类带来不可再生资源和环境危机的同时，由于其“唯生产力至上”的文化和制度，将人视为社会机器而非自然生物，导致现代的社会生活方式出现了许多健康问题。在建筑环境营造方面，追求恒定的室内环境、以提高人体舒适度和生产效率的控制方法忽视了人作为自然生物的健康和心理需求，产生了许多建筑疾病，尤其以长期生活在恒定办公环境中的白领人群最为明显。在节能和健康需求的推动下，西方发达国家已经开展了建筑室内环境适应性热舒适标准的研究。另一方面，作为世界上唯一没有中断且代表农耕文明最高发展水平的中华文明，其提倡的人、环境、资源和谐发展的理念以及中医养生理论与古今中外的被动式建筑理念与技术相融合，可以为未来建筑提供环境营造策略与技术的参考和指导。 1建筑环境营造策略和技术、生活方式的演变 1.1建筑环境营造策略和技术的演变 建筑环境营造策略和技术总体来讲可分为两大类:一是与自然隔绝，以降低室外气候变化所带来的对室内环境的影响;二是建筑适应自然环境变化，通过被动式技术的应用，改善室内环境的舒适性［6］。从人类发展的时间尺度出发，可将不同时期的建筑形式变化及建筑环境营造策略和技术绘制成如图3所示的示意图。受到与工业文明相适应的市场经济制度和生活方式的影响，采用第2种策略和技术营造的建筑形式由于需要针对不同地域的气候进行分析与设计，且由于建筑空间功能设计受到热工设计的限制，不满足标准化快速建造的要求，与快速发展生产力的潮流相悖，逐渐被历史所抛弃，只有在出现能源危机时，才被人们所提倡，但始终难以成为主流。因地制宜、适应当地气候的一些民居逐渐消失，而大量新建的都是千篇一律的近现代钢筋混凝土建筑。由图3可以看到，随着建筑热工技术的演变，室内环境营造方法在人工隔绝环境营造策略和技术遭遇能源、环境和健康危机时，正逐渐向自然响应策略回归。 在图3中还可以看到，古代热工技术经过了上千年的发展，我们的祖先基于朴素理论指导的建筑规划设计，产生出了一些凝聚生活经验与智慧、令人惊叹的被动式供暖降温技术。古人利用极其简单的方法和技术，消耗极少的资源，营造出了许多现在利用复杂机械并消耗大量资源才能获得的建筑环境，不由令人汗颜。这种适宜当地气候，采用当地材料的自然调节建筑技术是古人留给人们应对化石能源枯竭的利器(如火炕、火墙、燃池、风塔等)，所采用的被动式技术和设计方法值得进一步传承与发展。在此基础上稍加改进，使之成为集古今中外自然调节技术和方法于一体的自然调节建筑，便能有效解决中国农村的建筑能耗问题，为中国的社会主义新农村建设做出贡献。如果能更进一步地规划、集成、设计低消耗、低浪费、高舒适的可持续生态农宅，则可为中国应对未来化石能源枯竭提供一片广阔的农村生态根据地。 在近现代大约100多年的时间内，首先是二战后大量的需求导致了大量没有保温的标准化现代建筑出现，这些建筑没有考虑气候响应和热工环境，且大量使用空调装置，虽解决了这类建筑恶劣的室内环境，却导致了能耗的大幅增加。而后，在1952年，德国制定了第1个建筑保温设计的技术标准，主要是防止围护结构冷凝水对室内卫生和结构体产生影响。20世纪70年代，在能源危机的背景下，德国于1976年制定了《建筑节能法》，之后陆续颁布了一系列法律法规，其基本思路是提高围护结构热工性能和设备效率，以实现建筑节能。1991年，德国建成了第1栋被动式房屋，主要是通过围护结构的超级隔热保温和气密性以及高效的新风热回收系统实现其不需要传统供暖空调设备的目标［7］。经过10多年的实验与完善，被动式房屋已经在欧洲及北美等发达国家开始推广。在2010年的中国上海世博会上，德国馆就是1栋被动式房屋。在零能耗房屋还处于实验阶段、同时其成本过高而显得遥不可及的情况下，被动式房屋(近零能耗房屋)由于其成本只比普通建筑高出10%，甚至经过良好设计其成本可以持平的情况下，已经成为了欧美发达国家的必然之选［8］。#p#分页标题#e# 西方发达国家的未来建筑仍在向零能耗房屋转型，且这些国家一直都有从事自然乡土建筑研究的开发团队。除了零能耗房屋，目前较为领先的建筑概念还有气候响应型建筑，这种建筑环境营造策略和技术不同于西方主流的隔绝自然响应的策略，而是接受自然气候有利的影响，消除其不利的影响。近年来，由于恒定的建筑室内环境带来了健康和舒适问题，适应性热舒适研究也开始流行。这种舒适标准正好迎合了气候响应型建筑策略，可与之很好地结合。从建筑环境营造策略和技术发展历史的角度分析，气候响应型建筑是在自然调节建筑的概念上进行了高科技的提升，辅助机械设备，营造出满足现有舒适标准的建筑环境。 通过如图3所示的发展历程可以看到西方建筑环境营造的发展思路及其历史背景。在中国农村和城市的住宅建设过程中，受西方工业化房屋建造技术的影响，正在走西方建筑发展的路线。现在摆在人们面前的问题是，还有条件让我们重复西方的发展路线吗?照搬西方建筑环境营造模式就一定健康、科学吗? 在中国的农村和城乡结合地区，可以利用较好的自然环境发展集成式的自然调节建筑，而在建筑外部环境恶劣的城市中，应该走什么样的建筑节能路线呢?很多人尝试过跨越式发展，如参考学习引进被动式房屋模式，但其背后所需的完善政策体系、高度发达的工业基础与市场经济，以及高素质的设计与施工人才让人们望而却步。在集成式自然调节建筑方法和技术的基础上，以适应性热舒适标准和健康室内环境曲线为指导，通过低能耗的机械设备系统营造健康舒适的室内环境，这种气候响应型建筑应可以满足自然环境较差的城市地区的需求。 1.2建筑环境营造目的的演变 随着生产力的发展，人类社会发展被划分为石器时代、青铜器时代、铁器时代、工业时代、后工业时代和信息时代，与之相匹配的生产关系又将其分为部落制度、奴隶制度、封建制度、资本主义制度和社会主义制度。在建筑环境营造策略发展历程中，根据其控制目标和实现策略的不同，可以分为古代、近现代和未来的环境营造技术及理论。 在这里应该特别注意到，作为具有悠久历史延续并唯一保存到现代的中华文明，有着一套古老的自然调节技术(如传统民居、火炕、火墙)和朴素的分析理论(如风水、园林理论)，这种“天人合一”的朴素观点渗透到了整个古代中国社会经济、文化和政治的每个角落，也就是社会经济、文化和政治均提倡人与自然的和谐。与之形成鲜明相比的是，西方近现代的社会经济、文化和政治指导原则全部为“唯生产力至上”，不考虑自然环境的破坏及资源的有限性。近来年，这种“唯生产力至上”的发展观由于忽略了资源的有限性及生态环境的可承载性，造成了全球性的能源和环境危机。另一方面，这种发展观忽略了人是自然生物而不是社会机器的本质，造成了全人类的健康危机。体现在建筑环境营造时，最为显著的便是将人看作社会机器，为了提高人的工作生产效率以恒定的室内热湿环境作为舒适标准。出于对恒定室内环境所带来的许多健康问题的考虑，以及避免营造恒定室内环境所导致的高能耗，西方发达国家提出了新的适应性热舒适标准，如图4所示。 1.3建筑环境与生活方式之间的关系 鉴于中华文明保存较为完整且未被中断，本节以中国古代为例进行分析。 图5所示为生活方式的演变对建筑环境营造带来的影响，由图可知，中国古代无论从事农事的农民，还是地主文人阶层，他们所遵从的生活都有着一套以黄帝内经作为指导的中医养生理论，讲究应时而动。古代的室内环境功能较为简单，对农夫来说，只有生活、起居和少部分作业(如织布等)，大部分时间呆在自然环境中;对文人来说，他们的生活、学习和工作都在室内完成，但由于中国文化讲究“天人合一”和养生理论，娱乐和体育活动多在自然环境中进行，而且根据四季气候变化，颇多讲究。这些养生理论的影响在现代人的生活中也随处可见。因此，在古代的建筑环境营造中，古人讲究改变自己来顺应自然。用久经岁月的生活智慧和经验指导建筑室内环境的营造，讲究应时而动，不希望人呆在一个恒定不变的环境中。 由图5还可以看出，在20世纪70年代世界能源危机以前，建筑设计以大量高耗能的建筑设备的应用来营造恒定、舒适的建筑内部环境，被人们视为现代化的标志。生活在现代化社会的人们，生活、工作、娱乐、体育活动都在室内进行，人生90%以上的时间都在室内度过，且现代化程度越高，人在室内的时间越长。自然环境已经离大部分人的生活很远，除了与少数农民发生直接关系外，已经显得不那么重要了。这种“唯生产力至上”的社会注定会产生一系列问题，西方发达国家在较早地经历了能源、环境及健康危机之后，开始在发展生产力的同时，兼顾自然环境与能源的有限性。虽然如此，基于经济全球化，西方发达国家高生活标准带来的环境危机和资源问题已影响到了中国，故中国以其发展方式为目标，学习其建筑环境营造策略与技术，仍不可取。 2自然调节建筑定量分析方法 新的设计方法需要新的分析工具，本文基于谐波法的启发，提出一种定量分析的研究思路。首先是自然环境具体参数变化曲线，通过规划手段营造优化的建筑外部环境，具体手段的优劣情况可用其衰减的波幅值和延时值进行评价。同理可以看到建筑设计手法对于室内自然环境曲线的影响，综合上述各条曲线，最后拟合出一条室内自然环境曲线，在其基础上，根据舒适标准进行人工调节。如图6所示，图中曲线①为温度曲线;曲线②为供暖调节目标温度曲线，在恒定舒适标准里为18℃，在健康舒适标准里为舒适区间，可示意性地取为10～18℃;曲线③为预测的健康调节温度曲线。比较曲线①、②和③之间的面积，则可以得到需要补充的热量大小。可以看到，不同的舒适标准对于能耗的影响很大，恒定的舒适标准能耗明显大于适应性热舒适标准能耗。另外，曲线③的预测波动趋势大致与自然环境波动趋势一致，故新的动态舒适标准更有利于节能和健康。#p#分页标题#e# 3结论 每个文明都有着其兴衰的过程，人类若在50年甚至更短的时间里找不到可靠的高密度新能源取代化石能源，那么只有不到300年的工业文明和现代生活方式将难以为继，整个社会将回归到农耕文明。中国应做好向农耕文明转型的准备，放缓城镇化脚步，将社会主义新农村建设为低消耗、低浪费、高舒适的可持续生态农村，作为应对风险的蓄水池。而现实中，中国正处于高速工业现代化的进程当中，“唯生产力至上”的发展观大行其道。从建筑环境史的演变可知，这种“唯生产力至上”思想下的建筑环境营造策略和技术势必会带来高能耗、高生态负担和亚健康等问题，势必会加重中国的能源危机、环境危机和健康危机。因此中国需要低能耗、低浪费的可持续生态建筑环境营造策略和技术。集成式的自然调节建筑设计方法和理论、建筑室内环境适应性热舒适标准理论，以及基于中医理论的室内环境健康标准理论的研究与应用可为中国向低能耗、低浪费、低生态负担的可持续社会转型做出巨大的贡献，是今后的研究重点。
