伊纳吉 · 阿巴罗斯：热力学这一概念是如何运用到设计过程中的？

节选自《热力学建筑原型》，作者伊纳吉·阿巴罗斯，原标题为【为何我们不用箭头？ 】

人们有时会问：热力学这一概念是如何运用到设计过程中的？为什么我们不愿意展示设计过程“后厨”的玄机？人们期待的答案或许是带箭头的图解、红蓝相间的分级图示，或者缺乏创造的“环保技术”图表。

无论从学术还是实践角度出发，我们都不希望使用、展示这些工具，而是期望通过在建筑学以及在几乎所有历史建筑中（除了现代建筑）都存在的整体观，做到定性知识先行。这些原则如此重要，现如今却几乎“不复存在”。

我们的出发点是将热力学原理以定性的方式融入设计过程，这是建筑师的主要工作内容。定量分析已经进入工程领域，尽管它们彼此间边界模糊、渗透积极（尤其是在复杂的环境中），有必要说明的是：定性近似不构成图表，且无法通过计算机程序学习。定量分析只是基于个别原则和一系列公式，并且在实际的天气信息或材料表（焓湿图、阿什比材料剖面图等）中都会加以简化，这些表格不需要展示，但确实有用。其他的概念性文件，如贝林的三角形，则准确地体现出需要优先考虑的与形式、物质相关的问题，从开始就实现建筑良好的热动力性能，这对避免之后额外的工作很重要（传统设计过程总是会出现的情况），不会造成返工或昂贵的维护及施工。

我们向学生建议的方案很好地阐述了我们在国际专家的协助下逐渐实现个性化的过程（参见《原型与协议》一文）。一旦投入使用，很难脱离这些流程，因此我们称之为“热力学怪物”，让人上瘾（能识别项目中可能有效的一切）。热力学和建筑是综合的，就像工程总是根据“列表与排名”这一双重过程将关键要素排在最优先级。

分析各地气候的积极因素，深入研究气候最具特色的方面（有时很容易忽略，如马德里的夏夜微风，其影响在图表上可能并不显著，但对于夏夜的“热动力重启”至关重要），这如同从不推延的庄重仪式，先于草图或图纸的探讨，对于结构、形式和物质的考量十分必要。

最初的视角有时会带领我们进入未曾预见的领域。比如，多次分析马德里的气候后，一项更多关注其对全球重要性的新研究表明，马德里是唯一可以重新考虑其住房和办公室市场为 100%被动式的欧洲大都市，这也预示着一项改造翻新历史名城的政治议题，而这是量化研究无法企及的。 因此，我们与马提亚斯·舒勒在哈佛设立了图形化系统设计课程，舒勒的实验性内容也显示出这一假说的巨大潜力，重新评估传统的介入技术和方法，改善对健康和舒适度的影响（大幅减少热岛效应和环境污染），以其他方式促进可持续发展，如今还开启了专业文化与当代科学之间的关系。这些目标显然与其他科技至上论截然不同。

我们发现建筑能源认证存在一些矛盾之处，这些矛盾提醒我们不要掉进因为商业性而过分简化的陷阱，比如使用被动施工方法无法得到LEED 证书，因为不用电（空调），能效无法测量。这种矛盾在评级系统中对公共空间的作用更加明显。基本上建筑能源证书仅涉及内部效率，并未提及热能增益的去向——全部释放给了公共空间。建筑围护效率越高，街道越有可能成为热能废物场，特别是轻质、后部通风的立面。我们只有通过研究建筑的热质量（及其立面内和／或外的位置）对公共空间舒适度的影响，才能考虑建立一个平衡公共和私人领域的体系：二者的边界绝非相互抵消，而是有某种走向。另一个例子，我们无法评估城市树木的积极作用（比如测量树荫这一最廉价高效的操作系统的作用，更不要说其美观和生物多样性，以及对地中海和热带城市舒适度的改善），因此量化数据将之排除于任何体系之外。尽管现在这些方面有被纳入的趋势，但设计过程对它们的考虑还是少之又少。

毫无疑问，当气候条件颇具挑战性（如湿度高、气温高）或者项目条件使设计难以展开，抑或是当我们更自由地去尝试新想法时，具有科学背景的专业人士的帮助是不可或缺的，并且在项目之初就应当予以考虑，尤其是在材料科学及建筑物理学领域。这有助于以综合的视角分析热力学的作用，从全球的角度考虑我们应该采取怎样的系统。威利斯·开利发明的空调系统将气流像水一样处理，提供冷气和暖气的方式，非常低效且不利于健康，并且导致建筑内气流量最小化，经济性差，而建筑也只能是绝缘封闭的场所。

基尔·莫准确地指出，把建筑变成了冰箱着实是残忍的，消除了文化、环境和社会的互动，因为它所依据的原则与城市概念截然相反，旨在尽可能抵消所有与外部的交流。

热质量已经被热绝缘取代；自然或对流通风被建筑密封所取代。材料唯一的活跃参数是传导性 ; 对热舒适性十分重要的辐射因素和扩散率等因素却常常被忽视。因为一直以来，热分析的方式是静止的，忽略了气流分布的时间和变量，而日常循环不断变化，热液的变化对舒适度至关重要。这不是简单地质疑这些系统的重要性，而是要理解技术和文化条件对克服问题、创造原型、建造形式和物质构成产生的建筑综合体的意义，而这一点对于地球上几乎所有的建筑并不新鲜。然而现在却鲜有这样的例子了，我们面临的情况变了，规模、功能、密度、与基础设施的关系、全球化的物质文化，这一切使我们无法回到过去。当代建筑师就像孤儿，历史的孤儿以及当代先驱的孤儿，不得不遵从基于分析系统的规范，而规范歪曲了现实。我们应该理解资源并且以独特的方式加以利用，现在也有足够的数据帮助我们趋利避害。

大面积使用数字化工具推动了室内空间（家庭或办公）的机械化，我们可以重新考虑室内热压力的概念。孩子的娱乐室布满了数字设备，犹如小型数据中心或高科技办公室。住户与电器设备的合力使生活方方面面的用电量攀升，因此亟须通过能源交换循环加以管理及调整，有时这与室外日常或季节换循环相关联。在高密度城市，混合功能建筑不仅是好的商业选择，还可以打造一个开放的系统和耗散结构，这样的系统和结构在不久之前还仅适用于生物或生态环境，而非建筑。

我们可以继续列举建筑及城市热动力学相关的定性概念带来的相关事宜，不仅仅是定量方面，还有定性方面（即创意）。回到本文的主旨，我们理解这一认识是关键的文化和政治武器，同时在美学方面不乏创意，这就是建筑领域的热力学法则最有趣的角度。综合性视角既关注理论，又退后一步纵观全局。总而言之，我们对过程伊始尤为关注，确保选择方案之前，做好第一个决策：针对形式、质量、气流、与自然元素的关系、管理室内外的热收益与经济上的合理性，实现项目的良好开端。我们会格外质疑适用于公共领域、源自充满漏洞的传统方法的形式和施工假说，因为其中包含的策略会影响生活的各个领域。我们尤为关注广阔且具有创意的全景，当在实践及理论层面重新从热力学的角度考量城市时，这一全景就展开了：为什么斟酌这一看似微不足道的因素，可以重新考虑那些我们曾经毫不质疑的规模、方法及目标呢？这适用于学术领域以及专业领域（不同程度的完美）。事实上，由此构成的反馈系统至关重要，重新界定了学术作用，以及建筑在科学、文化和社会等方面的调解作用。就像有些景观学教授禁止学生将“绿色”作为优先策略，以避免落入俗套一样，在我们的办公室或课堂也很少见到箭头图示，除非是在描述复杂的现象时，我们将无形的动态现象视觉化的能力是有限的。由于形式与物质结合，与构成动态气候环境的自然元素互动，热力学法则在不同的审视方式下，或隐蔽或明显。做完相关的定量分析后，不再进行调整，这些材料组织才能促进出现热力学行为。

然而这些材料组织本身就是建筑，通过简单的公式和原则加以解释，而我们工作的目标，尤其是涉及学术项目时，是推动打造突破体验局限的建筑，并为 21 世纪的城市遇到的困难提供解决方案。

（请不要误解：这些问题绝非质疑定量知识的价值，而是启发思考其他要求，这比考虑增加两厘米的隔热层是否意味着认证评级的标准由铜级改为银级更加重要，虽然后者是所有建筑领域环境计算程序以及与此紧密相关的能源认证图章的焦点。 )

关于空间组织、 材料与室外舒适度参数工具之间相互作用的研究， Felipe Silva、 Ziyin Zhou

节选自《热力学建筑原型》，作者伊纳吉·阿巴罗斯，已经由同济大学出版社·光明城出版发行。