英国建造会呼吸的大楼

【英国《新科学家》周刊６月１１日一期文章】题：会呼吸的办公楼
像人类一样，白蚁喜欢在气候得到调节的环境里工作。例如，澳大利亚西部的罗盘白蚁不论白天还是晚上，冬天还是夏天，始终将它们巢穴内的温度维持在３０—３２摄氏度，尽管外界的温度在３—４２摄氏度之间变化。
在写字楼里，只有空调系统才能这样精确地控制温度。但是，这要消耗大量的能源，而且有些科学家认为空调对人体的健康也是不利的。所以，一些建筑师在设计写字楼时逐步放弃了传统的空调系统，利用白蚁启示的通风系统来保持凉爽。他们声称，这样的建筑物将节省能源，在这样的场所工作更有益于健康，更舒适。“烟囱效应”
白蚁通过控制蚁穴的气流来调节巢穴内的温度。罗盘白蚁把它们的巢穴建在地下，在巢的上面用泥土筑起３米高的塔，塔内有连结地下洞穴与外界的通气道。甚至这种塔的外形和朝向也影响洞内的温度。塔是楔形的，而且总是朝北，塔的四周有大面积的平面，用来最大限度地吸收上午和傍晚的阳光热量，而塔顶部的表面积较小，可减弱正午强烈的阳光。
当塔变热时，塔内的空气就上升，经由白蚁的住所抽取新鲜的气流；当风吹过塔顶时，则帮助吸入空气并流过蚁巢。这种现象就是我们常说的烟囱效应。
如此说来，我们不久将在高耸蓝天几百米的冷却塔下宽大的地下室里工作吗？不完全是这样，但在英国已有几幢建筑物利用烟囱效应了。奇异的新楼
诺丁汉正在兴建的国内税收办公大楼群就是一个例子。这些办公大楼共计７幢，都是３至４层的，成弧形排列，面向北边半英里外的诺丁汉城堡。这个楼群定在９月竣工，将能容纳１８００名公务员。每幢大楼的角上都有一个１７米高的圆柱形玻璃塔，塔内装有主楼梯。这些塔起巨大的温室作用，采集阳光，吸收热量，使室内空气变热产生烟囱效应。每一个塔的顶部可以利用液压方法升起或下降，以调节上升空气的流量。这种上升的气流通过建筑物窗户和风扇格栅带走多余的热量并吸入新鲜的空气。
建筑物内的温度和气流是紧密相关的。这取决于多种因素：玻璃塔吸收的热量决定通过塔顶排出室外的空气量；通到每一房间的格栅的大小则限制通过的空气量；从办公室到玻璃塔的空间通道，甚至房间的几何形状也会影响空气的流动。为了寻找一种非常有效地使建筑物凉爽的方案，工程师们设计了这种结构的几个计算机模型，模拟影响气流的每个因素的变化所产生的效应。这些计算机模型甚至把天气数据也考虑在内了。
但是，计算机模拟并不完善。如果它们预测的结果不准确，便可能导致所设计的建筑物过热。现在，设计人员可以利用一种称为盐液模型测试的技术对计算机预测结果按比例进行交叉校核。
计算机模型再加上盐液模型，至少可以给工程师们指出大的设计错误。大厦内的“工蚁”
但是建筑设计仅仅是问题的一半，一旦大厦竣工投入使用，对大厦内的温度必须进行监测，对气流必须加以控制。在白蚁巢内，工蚁负责管理此事，而国内税收大厦则利用一个称为大楼能量管理系统（ＢＥＭＳ）的计算机程序来处理这一过程。
除控制塔顶调节烟囱效应外，诺丁汉大厦的大楼能量管理系统还有其它多种任务。当设在屋顶的气象站监测风速、风向、雨量和日照时，设置在大楼周围和埋在大楼建筑物结构中的传感器则测量温度。当有暴风雨时，ＢＥＭＳ系统将屋顶关闭，以防雨水流入。在夏季夜里，它启动格栅内的风扇，将清凉的空气扇入办公室。ＢＥＭＳ系统还监测白天光照强度并调整人工照明，以保持办公室的恒定亮度。这个系统可以使一个常规大厦的照明用电节省三分之二。
在夜间，ＢＥＭＳ系统自动关闭夹在三层窗玻璃中间的百叶窗，防止早晨的阳光照射办公室使温度升高。ＢＥＭＳ系统甚至可以“获悉”大楼在局部天气条件下的行为，例如，大厦的暴露部分可能比遮蔽部分需要更多的热量。
由于有了ＢＥＭＳ系统，再加上冬天减少热量损失的隔热措施和夏天利用自然通风换气，国内税收办公大楼将能最有效地利用能源。预计每年每平方米消耗的电能为９４千瓦小时，而在同一地点修建的常规办公楼每年每平方米消耗的电能约为３９０千瓦小时，其中有四分之一是用于空调的。
为了把炎热夏季的高温影响减至最低限度，一个办法是发挥“大教堂式建筑效应”，让建筑结构自身白天吸收热量，夜间再把热量释放出来。目前正在剑桥施工的约尼卡计算机公司总部，就把通气管贯穿于混凝土楼板。在炎热的夏季，白天楼板吸收办公室内空气中的热量；到了夜间，楼板中的热量再散发出来。像这样利用建筑物聚集大量热的方法可造成建筑物内外最高温度峰值的时差，室外温度高峰是在下午２点左右，室内温度高峰是在下午６点左右。到楼板开始散热时，大多数人已离开办公室回家了。建筑物自然通风，除去其它一些优点外，还比使用空调系统的办公室更有利于人们的健康。（钟元贞译）