木材在綠色建筑中的特性與發(fā)展

管君

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090）

1 綠色建筑

1.1 定義與內(nèi)涵

綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。其基本內(nèi)涵是追求人、建筑與環(huán)境之間的和諧關(guān)系，即人們?cè)跒樽约簞?chuàng)造健康舒適的居住環(huán)境的同時(shí)，盡可能利用自然條件和技術(shù)手段來(lái)節(jié)約能源，降低能耗，減少對(duì)自然環(huán)境的污染和破壞。

1.2 基本要素

在建筑設(shè)計(jì)方面，綠色建筑應(yīng)該滿足節(jié)能、環(huán)保、適用這三個(gè)基本要素。

在節(jié)能方面，一方面是可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)有效利用能源。即因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來(lái)考慮建筑的整體布局，達(dá)到優(yōu)化采光和通風(fēng)的目的，使建筑可以有效利用自然光滿足室內(nèi)照度需求，通知利用自然通風(fēng)改善室內(nèi)的溫濕環(huán)境，以此減少通風(fēng)、采暖和空調(diào)設(shè)備的使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)能減排的目的。另一方面，可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)減少能耗，即在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋頂?shù)炔课皇褂酶呖萍嫉男虏牧?，提高能源利用率，減少室外環(huán)境對(duì)室內(nèi)的影響。

在環(huán)保方面，綠色建筑應(yīng)盡可能使用太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等綠色可再生能源，減少對(duì)碳排放能源的使用和依賴。與此同時(shí)，在建筑材料上，應(yīng)盡量采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的，或是天然可再生的材料，減少不可再生資源的使用，減少對(duì)自然的破壞，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。

在適用方面，綠色建筑和一般的建筑一樣，都應(yīng)該為使用者創(chuàng)造一種安全健康、舒適的生活空間。不同的是，作為綠色建筑，還應(yīng)該在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面更自然、更協(xié)調(diào)，在形態(tài)、色彩和布局等方面與所處的環(huán)境相融合，使人產(chǎn)生親近自然、回歸自然的感覺(jué)。

2 木構(gòu)建筑

綠色建筑在材料和技術(shù)上都有很多種實(shí)現(xiàn)方式，本文著重討論木構(gòu)建筑的發(fā)展可能。

眾所周知，木材作為建筑材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工性好等特點(diǎn)，同時(shí)其溫暖親切的質(zhì)感也深受人們的喜愛(ài)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，木材從取材、加工到設(shè)計(jì)、安裝都變得更加方便快捷?，F(xiàn)代木構(gòu)建筑在世界上許多國(guó)家都已應(yīng)用得相當(dāng)普遍（見(jiàn)圖1）。在北美，木結(jié)構(gòu)住宅處于市場(chǎng)的主導(dǎo)地位；在日本，新建的住宅房屋中有半數(shù)以上是木結(jié)構(gòu)；在北歐的芬蘭和瑞典，居住房的90%為一層或二層的木構(gòu)建筑。

圖1 不同形式的木構(gòu)建筑

2.1 木材的特性

首先，木材具有很好的耐久性。作為一種天然健康的材料，木材經(jīng)過(guò)現(xiàn)代技術(shù)的加工，例如阻燃、防腐等工序后，將更加堅(jiān)固耐用。木材穩(wěn)定耐久的特性使得正確建造和保養(yǎng)的木構(gòu)建筑可達(dá)到100年的壽命。除此之外，木構(gòu)建筑交錯(cuò)連接的結(jié)構(gòu)形式比其他材料具有更好的抗震性，使得木構(gòu)建筑在地震這類自然災(zāi)害下也不會(huì)遭到破壞。

其次，通過(guò)烘干處理的木材具有很好的防潮性。在現(xiàn)代科技下，處理后的木材完全可以做到不受潮且不被腐蝕，在多雨或潮濕的地區(qū)木構(gòu)建筑仍然可以長(zhǎng)期使用。與其他建筑材料相比，木材更不易因?yàn)榕紶柺艹倍艿接谰脫p壞，干燥至含水率19%以下的木材，其防潮性能甚至可以達(dá)到磚混結(jié)構(gòu)的10倍左右。

除此之外，采用外包石膏防火板的輕型木結(jié)構(gòu)具有很好的防火性能。石膏防火板具有較高的耐火極限，用于木材外部可以阻斷并防止火焰直接燒木構(gòu)件，以此來(lái)滿足建筑構(gòu)件的耐火極限要求。重型木結(jié)構(gòu)構(gòu)件在燃燒時(shí)表面產(chǎn)生的炭化層能減緩火焰進(jìn)一步向構(gòu)件內(nèi)部燃燒，從而降低內(nèi)部材質(zhì)燒焦的概率，保證了構(gòu)件的強(qiáng)度。一般建筑起火時(shí)，溫度在700～900℃之間，處理過(guò)后的木材在火災(zāi)后一般能保持原構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%～90%，而相比之下，鋼材在溫度達(dá)到750℃時(shí)，強(qiáng)度僅為原來(lái)的10%。

2.2 木構(gòu)建筑的綠色特性

綠色建筑在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)系統(tǒng)地考慮建筑在建造、使用、維護(hù)和報(bào)廢整個(gè)壽命周期內(nèi)的成本、節(jié)能、環(huán)保、資源利用等一系列問(wèn)題。從建筑的整個(gè)生命周期的角度而言，木構(gòu)建筑具有很大的綠色特性及優(yōu)勢(shì)。

首先，木材作為一種生物資源，是純天然且可再生的。就我國(guó)而言，目前水泥和鋼鐵是主要的建筑材料，而生產(chǎn)這些材料會(huì)消耗大量的不可再生資源。與此同時(shí)，木材比鋼鐵和水泥輕便，有利于運(yùn)輸，很大程度上降低建筑材料的運(yùn)輸成本，達(dá)到在運(yùn)輸過(guò)程中的節(jié)能減排。

其次，使用木材作為建筑材料可以大大減少CO2的排放。用1m3木材代替混凝土可以減少1t的CO2排放。木結(jié)構(gòu)的建筑造成的溫室氣體排放是輕鋼結(jié)構(gòu)的80%，是混凝土結(jié)構(gòu)的69%。木材在生產(chǎn)過(guò)程中也可以吸收大量的CO2，通常樹(shù)木每生長(zhǎng)1m3可吸收1t左右的CO2并釋放3/4t的氧氣，起到凈化空氣的作用，這對(duì)減少建筑物全生命周期的碳排放也是很有幫助的。

最后，木結(jié)構(gòu)建筑在廢棄后，木材廢料可以用于造紙、制造層積板材等用途，可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，即使采用填埋等傳統(tǒng)的處置方式，由于木材可以100%降解，對(duì)土壤與地下水的影響很小。

2.3 木材的環(huán)保與否

盡管木構(gòu)建筑有著很好的耐久性、抗震性、防潮性等特點(diǎn)，且能有效減少CO2的排放，但使用木材作為建筑材料的前提是要對(duì)森林進(jìn)行可持續(xù)的管理。若是缺乏對(duì)森林管理，濫砍濫伐導(dǎo)致木材材源枯竭，非但起不到節(jié)能環(huán)保的作用，還會(huì)破壞生態(tài)平衡。眾所周知，無(wú)止境的砍伐樹(shù)木對(duì)環(huán)境的影響是非常惡劣的。森林面積的退化會(huì)導(dǎo)致動(dòng)植物的滅絕，增加溫室氣體的排放，加速全球氣候變暖。

在一座無(wú)人管理的森林里，樹(shù)木在生長(zhǎng)過(guò)程中不斷進(jìn)行光合作用，吸收大氣中的CO2，并釋放出氧氣。但在樹(shù)木自然死亡腐爛的時(shí)候，會(huì)釋放大量CO2，這是對(duì)環(huán)境不利的。因此，只有對(duì)森林進(jìn)行可持續(xù)的管理，在樹(shù)木衰老之前，有計(jì)劃地對(duì)森林進(jìn)行砍伐，同時(shí)種植幼苗實(shí)行更新代替，才是真正持久且環(huán)保的做法。

3 案例分析

這座主要由木材建造而成的橢圓場(chǎng)館位于加拿大溫哥華，是2010年溫哥華冬奧會(huì)速度滑冰項(xiàng)目的比賽場(chǎng)館（見(jiàn)圖2）。該場(chǎng)館的設(shè)計(jì)遵循了可持續(xù)發(fā)展的原則，有著很好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。靈活的設(shè)計(jì)使得該建筑在比賽結(jié)束后改變用途，作為供居民進(jìn)行多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的健身場(chǎng)所。木材的使用則節(jié)省了建造和運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)在很大程度上減少對(duì)環(huán)境的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，憑借溫室氣體的儲(chǔ)存和減少排放，使用木材代替其他材料建造奧運(yùn)場(chǎng)館一共產(chǎn)生了大約2.5萬(wàn)噸的CO2效益，這相當(dāng)于4800輛汽車一年的排放量。

圖22010 年溫哥華冬奧會(huì)的橢圓場(chǎng)館

作為速度滑冰的比賽場(chǎng)館，在比賽期間需要大量的能量來(lái)維持冰面的溫度，橢圓場(chǎng)館并沒(méi)有浪費(fèi)掉這一巨大資源，而是將部分熱能捕獲并用于其他房間。由于場(chǎng)館內(nèi)速度滑冰的場(chǎng)地大小等效于六個(gè)國(guó)際曲棍球溜冰場(chǎng)，所以回收的熱能是相當(dāng)可觀的。

除了對(duì)熱能的再利用，橢圓場(chǎng)館還能對(duì)雨水進(jìn)行收集和再利用。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，使得場(chǎng)館的巨型屋面作為天然的雨水收集器大部分收集到的雨水流入建筑物的公用系統(tǒng)，用于衛(wèi)生間的沖洗等用途。剩下的則儲(chǔ)存在池塘中，用于周圍樹(shù)木和園林綠化的灌溉。該池塘同時(shí)具有增加氧氣的作用。

場(chǎng)館的屋頂是用被甲蟲(chóng)殺死的廢棄的松木制成的。這些廢棄松木的大面積使用可以很好地緩解甲蟲(chóng)疫情給該地區(qū)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)困難，并鼓勵(lì)人們將這種木材用到其他地方。同時(shí)，建造過(guò)程中是用的涂料、粘合劑、密封劑等材料都是環(huán)保的低揮發(fā)性有機(jī)化合物。在整個(gè)施工過(guò)程中，可回收的建筑垃圾也被轉(zhuǎn)移到垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行再利用。

4 總結(jié)

木材作為一種節(jié)能環(huán)保的可再生資源，兼具經(jīng)濟(jì)、適用、美觀等特點(diǎn)，是理想的建筑材料。伴隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，木構(gòu)建筑具有很好的耐久性、抗震性、防潮性、防火性等特點(diǎn)，這就消除了地域上的限制，使得木構(gòu)建筑在多種自然環(huán)境下都能使用。從整個(gè)建筑生命周期來(lái)看，木構(gòu)建筑更具低碳減排的優(yōu)勢(shì)，能有效減少對(duì)環(huán)境的破壞。在地廣人稀的地區(qū)，木材是住宅建筑的首選材料，而在土地資源相對(duì)緊缺的大城市中，木結(jié)構(gòu)也能廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑、學(xué)校、娛樂(lè)設(shè)施、體育館等公共建筑中。相信隨著科技的進(jìn)步，施工的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化，以及管理制度的完善，木構(gòu)建筑將在節(jié)能、環(huán)保、適用上達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，成為應(yīng)用得更為廣泛的綠色建筑形式。