未来的绿色建筑表皮，将是什么样?

建筑表皮，又被称为建筑的名片，简单来说就是 “人们所看见的建筑模样”，同时也塑造了大家心中一座座建筑神话。

ESG 浪潮下，建筑业的节能降碳已成为整个行业工作的重心。而建筑设计也正在通过更加创新的方式来实现从源头上的焕绿  —— 建筑表皮，由此增加了又一重功能性 —— 通过实践绿色举措，来提高建筑的能源效率、改善室内环境、减少热岛效应等。

提到拥有 “绿色” 属性的建筑表皮，大家可能会想到长有大量绿植的建筑立面，又或者是寒冷地带厚厚的保温墙体与很小的采光窗的组合 —— 得益于技术的发展，这些针对绿色建筑表皮的 “刻板印象” 正在被颠覆。这一篇文章，我们有幸借助一名建筑师同时也是 LEED AP 的视角，来谈谈前沿的绿色建筑表皮，并窥见这些创新技术与 LEED 的共通之处。

本文作者：王一凯

LEED AP，国家一级注册建筑师

 绿色建筑的大势所趋 

01、材料革新

智能材料

智能材料是目前材料科学领域最前端的发展方向。总体来说，人类设想的智能材料一般具备感知、驱动和控制三大基本功能。在建筑表皮中，采用能够自动调整其性能以适应环境条件的智能材料是个可以一举多得的前进方向。

以智能玻璃举例：智能玻璃可以自动调节透光度，以最大程度地利用自然光并调节室内温度，并且还能帮助提升建筑内人的舒适度与健康。智能玻璃的设计可以响应环境的变化、调节进入空间的热量，通过减少暖通空调系统的负荷来显著提高建筑物的能源效率；此外一些智能玻璃还能调节室内照度，这对人的健康体验有直接的影响。

举例来说：智能玻璃厂商研发的一款变色玻璃，可以响应环境的变化，调节进入空间的热量、平衡房间的日光量这种玻璃的照度和可见透光率(VLT)都可以调节，还能通过 App 调控幕墙 © SageGlass

一份《能源工程杂志》(International Journal of Energy Engineering)发布的一项针对医院员工的研究 [1] 表明，有 92% 的受访者表示患者更喜欢待在有阳光的房间。而另一个刊登在《环境健康洞察》(Environmental Health Insights) 的研究表明，与靠近门的病人相比，靠近窗户的病人的住院时间更短。这生动反映了日光对人体健康的积极作用，而智能玻璃的动态采光恰恰能够在保证热舒适的同时优化建筑的采光。

纳米材料

纳米材料在建筑基础设施中的应用正成为一种热门趋势，其中纳米涂层可以被用在建筑的外墙、屋顶和玻璃表面 [2]。除了增加建筑物的耐候性、抗紫外线和抗污染性能，延长建筑物的寿命之外，纳米涂层还可以提供保温和隔热效果，改善建筑物的能效。

新型隔绝(Insulation)材料

常常被提及的建筑绝缘材料(Building Insulation)一般是指出现在建筑外壳中的隔绝材料，大部分时候，隔绝材料都是用于隔热，但其同样也适用于隔音、防火、防震等功能。

我们通常用 R 值来衡量隔绝材料的导热性能，R 值越高，保温越有效。从过去到现在，材料行业一直致力于提升 R 值来提升建筑表皮的性能，不断开发能够降低建筑表皮热传导和能量损失的新型材料。不过，随着材料对建筑围护结构、环境、安装人员和建筑使用者健康的影响越来越大，R 值已经不再是衡量隔绝材料可持续性能的唯一要素，人们还会更关注诸如全球变暖潜能值(GWP)以及材料的健康属性等。

值得关注的新型隔绝材料包括生物基隔绝材料，这类材料以植物纤维、蘑菇菌丝等可再生材料为原料制作而成，能在源头推动建筑行业向循环经济迈进。一家利用蘑菇菌丝制作可持续材料的公司 Ecovative[3] 是这个领域的先驱，他们研发出一种新方法来生产能够替代各种石油基泡沫塑料的 100% 生物基材料，拥有比塑料更高的耐热性和更好的绝缘性能。现在，他们还发明了一种叫做 “生态砖”(EcoCradle®)的生物基材料，用于制造绝缘材料和其他建筑材料。

生物材料

除了在隔绝材料中引入生物基材料，采用生物可降解和可再生的材料来直接构建建筑表皮，也可以降低对有限资源的依赖、减少环境影响。这一类生物材料包括竹子、真菌材料、藻类墙壁等。

在德国，由奥雅纳、SSC (Strategic Science Consultants)、Splitterwerk 建筑事务所共同设计了世界上第一座以藻类为动力的建筑 [4]，在建筑立面的外层使用了包含微型藻类的中空玻璃面板。藻类在阳光的照射下进行光合作用，可以产生供建筑使用的可再生能源；另外藻类还可以根据四季的变化，为建筑提供遮蔽，进一步降低空调的使用需求。

建筑表皮中的材料革新

如何助力 LEED 得分

这里提到的几种材料创新，可以作用到 LEED 多个得分板块。

在 “能源与大气” 板块，通过采用高效绝缘、高反射表面、遮阳装置等措施，可以降低建筑的热量吸收和能源消耗，从而符合 “最小能耗表现” 先决条件、“优化能耗表现” 得分点的要求。在 “材料与资源” 板块，对于选择可再生材料、低碳材料、经过认证的木材等与表皮设计有关的节能材料也是 LEED 鼓励建筑前进的方向。此外，在 “室内环境质量” 板块，智能材料在调节日光上的优越性能，也能有助于获得 “自然采光” 的得分点，一些材料的革新还能增强隔音，帮助建筑提升 “声学表现”。

 赋能建筑表皮的可持续表现 

02、跨领域科技

透明太阳能技术

能源转型被当作建筑迈向净零的重要途径，现在，人们对于太阳能的运用也越来越得心应手。太阳能光伏建筑一体化(BIPV)逐渐成为一种解决方案。越来越多建筑表皮会集成透明太阳能材料，使整个外墙或窗户成为能源发电的组成，同时还能保持透明性与美观。

于 2017 年开放的苹果公司的总部 Apple Park[5]，就运用了透明太阳能技术。大规模的玻璃幕墙中设置了太阳能玻璃，这些玻璃幕墙可以充分利用太阳光，将太阳能转化为电能，以供电给建筑内部，由此 Apple Park 实现了 100% 可再生能源供电。

自适应建筑表皮

建筑表皮的自适应是指建筑表皮通过调节自身的性状，来适应季节、天气和室内需求的变化。和传统建筑表皮相比，自适应建筑表皮将建筑从 “凝固的艺术” 转变为 “灵动的艺术”。由于其能对室外环境变化做出动态响应，自适应建筑表皮可以有效降低建筑能耗并提高室内环境舒适度，这也是近年来建筑学领域的研究热点之一。

在荷兰阿姆斯特丹，有一栋智能办公楼 The Edge[6]，其因为高度智能化及能源净消耗为零而闻名，这座大楼就采用了自适应建筑表皮的前沿绿色技术。The Edge 办公楼的外立面覆盖着上千块太阳能面板。这些面板不仅可以收集太阳能，还可以通过旋转来控制阳光的进入。面板采用了可旋转的机制，可以根据太阳的位置和光照条件自动调整角度。这意味着在需要时，太阳能面板可以朝向太阳，最大程度地捕获太阳能，而在不需要时，它们可以调整成垂直或关闭状态，减少太阳光线的进入。通过自适应表皮技术，The Edge 办公楼能够确保建筑内部保持适宜的光照和温度，还可以最大程度地利用自然光，减少人工照明的需求、降低能源消耗。

自维护表皮

自维护可以被拆解为多个概念，比如自我修复：即表皮自身能够迅速修复小型损伤或裂缝，延长材料寿命，减少维护成本；再比如自清洁，拥有自清洁能力的建筑表皮，可以减少大量的能源、人力与财力成本。

现阶段较为成熟的自维护表皮技术为自洁玻璃 [7](self-cleaning glass)，技术原理为利用太阳能中的紫外线激活玻璃表面的催化剂，促进化学反应，将污染物分解为更小分子，随着雨水的冲洗达到洁净的效果。在英国圣潘克拉斯国际火车站(St Pancras)，其站台玻璃穹顶改造就采用了光触媒自洁玻璃，光触媒含有二氧化钛，通过在阳光下促进有机分子氧化，窗户表面上的有机沉积物在此过程中变成二氧化碳和水。

更多方向……

现在，材料科学、电子技术、智能 AI 等领域的发展正如火如荼，我们相信它们也将为建筑表皮绿色技术带来了更大的创新机遇和可能性，比如更好地量化和改善室内环境质量、更灵活可变地智能调节，以及对于建筑全生命周期的可持续维护等等。

建筑表皮中的跨领域科技

如何助力 LEED 得分

透明太阳能技术与 LEED “能源与大气” 板块中的可再生能源应用策略息息相关，还能助力建筑迈向净零碳排放和净零能耗；在 LEED “材料与资源” 板块中，设有 “减少建筑全生命周期影响” 的得分点要求项目团队进行全生命周期分析，评估并减少建筑材料的环境影响，自维护表皮正是减少建筑全生命周期的应用典范。同时，自适应建筑表皮也可以助力项目在 “室内环境质量” 板块的 “自然采光” 得分点上有更好的表现。

 让建筑表皮成为生态系统的一部分 

03、生态技术

生态系统集成(将植物、藻类和微生物集成在建筑表皮之中)是建筑表皮迈向绿色发展的一个方向。

在搜索引擎中搜索绿色建筑的图片，大家会经常看到一个经典的 “生态系统集成” 图片，这是位于意大利米兰的 Bosco Verticale[8] 垂直森林项目，建筑师 Stefano Boeri 将高层建筑与植物整合，建有两座由树木和植被覆盖的塔楼。塔楼的绿色生态很好融入了该片区的生态系统和自然环境营造，此外阳台的植物提供了空气净化、隔热和美学价值，使建筑具有更好的能源效率。

建筑表皮中的生态系统集成

如何助力 LEED 得分

生态系统集成可以降低建筑的热岛效应，这对 LEED “可持续场地” 板块的 “减少热岛效应” 得分点会有很大帮助。另外，生态集成系统也能够有效减少建筑的热负荷，降低运行期间的能源消耗，符合 “能源与大气” 板块的得分要求。

 值得期待绿色建筑表皮设计 

04、畅想更多

各行各业对于气候变化的共识已经越来越强，更多前沿领域的发展也为绿色建筑表皮设计提供了令人期待的无限可能性，比如建筑表皮交互性、3D 打印技术、区块链技术等等。

建筑表皮的交互性可以理解为建筑外部表面与周围环境、人或其他因素之间的相互作用，举例来说，交互式的外立面设计可实现用户调节窗户、遮阳板或其他元素，以满足他们的需求，改变光线、隐私性或空间氛围；3D 打印技术可以提升建造效率、节省材料以及生产过程的碳足迹；区块链技术则可以用于建筑材料的跟踪和验证，确保建筑表皮材料的来源和环境友好性…… 这些热门技术的发展与建造技术进行融合，也非常值得期待。

能源效率、室内环境质量、可持续场地和整合、创新性的设计都是 LEED 关注的重点，我们在不断畅想未来绿色建筑的模样，建筑表皮的革新与演进也将越来越适应环境挑战。期待能够抛砖引玉，与大家共同探索绿色建筑的表皮发展方向。

参考文章

[1] https://researchportal.hw.ac.uk/en/publications/survey-of-hospitals-lighting-daylight-and-staff-preferences

[2] https://briefs.techconnect.org/wp-content/volumes/Cleantech2007/pdf/3026.pdf

[3]  https://www.sohu.com/a/458848793_487885

[4] http://www.syntao.com/newsinfo/2111253.html?templateId=337

[5] https://www.usgbc.org/projects/apple-park-main-building

[6] https://www.cdbb.cam.ac.uk/system/files/documents/TheEdge_Paper_LOW1.pdf

[7] https://www.nature.com/articles/s41598-021-00230-9

[8] https://www.architecturaldigest.com/story/how-milans-bosco-verticale-has-changed-the-way-designers-think-about-sustainable-design