新春手记｜大而重，还是轻而高效能?
“要么生火，要么建造庇护所；只有文化才能让人类建造出庇护所；原始人生火。我们修造建筑。”—Andrew Heid
宽泛地说，建筑保温层指的是用于建筑保温的、为实现任何目的任何物体，而建筑中绝大部分的保温层都是为了实现隔热功能。通常保温材料会根据其是否同时具备这些功能中的几项来选用。
建筑中的隔热保温层是为使用者营造舒适的温度的重要元素。保温层能够减少多余的热损耗或热增量，并且能够降低供暖和制冷系统的能源需求。保温层并不一定涉及通风充分与否的问题，可能影响隔音效果，也可能不影响。从狭义上说，保温层可以仅指用来缓和热损耗的保温材料，比如：纤维、玻璃绒、岩棉、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫、蛭石、珍珠岩、木纤维、植物纤维（大麻、亚麻、棉花、软木等）、回收棉质牛仔布、植物秸秆、动物纤维（羊毛）、水泥、土壤和反射保温层（又称“辐射隔离层”）等；但也可以包括针对主要的热传递模式（传导、辐射和对流）而采取的一系列设计和技术。上述清单中的很多材料都是通地一种简单的原理来处理热传导和对流——将大量的空气（或其他气体）密封，形成小气囊，作为一种热传导率较低的材料，而一般的固体，热传导率要高得多。类似的空气密封隔热原理也存在于动物毛发、绒毛以及含气绝缘织物中。
反射保温层（“辐射隔离层”）的有效性一般通过面向热源的空气间层的表面反射率（发射率）来衡量。
一栋房屋应该达到什么样的保温效果，这取决于该房屋的建筑设计、当地气候、能源成本、预算以及使用者的个人喜好等。不同的地域性气候会有不一样的要求。建筑法规只是规定最基本的要求，而隔热保温一般建议要超出规定所要求的程度。
建筑的隔热保温设计应该充分考虑到建筑的能量传递模式以及能量转移的方向和强度。一天之内的不同时段以及不同的季节，上述情况可能存在不同，应该根据具体的情况来选择适当的设计、正确的材料搭配和建筑技术。
要想决定到底用不用加保温层，你首先要知道你家的住宅已经有了什么程度的保温处理、存在于何处。一名合格的能源审计员会将隔热保温检查作为他整体住宅能源审计中按部就班进行的一部分工作。
天气
寒冷的时候
在气候寒冷的地方，主要目的就是减少流出建筑外的热量。建筑外层的构件，包括门窗、屋顶、墙壁和空气渗透屏障等，都是重要的热损耗源头。而如果一栋住宅的保温做得好，窗户就变成热传递的重要通道。减少热损耗的方式可以有：安装根据气候能调节室温的设备、采用大面积隔热板材以及减少非隔热玻璃（尤其是不朝向阳光的玻璃）的面积。如果用辐射系数很低的光谱选择透过性玻璃，室内热辐射也可能是一项不利因素。有些隔热玻璃会让Ｒ值（绝缘材料阻挡热流的阻力计算单位）繁荣昌盛高到二至三倍。
炎热的气候
在气候炎热的地方，热能的主要来源是太阳辐射。阳光能够通过窗户直接进入室内，或者对建筑外层进行加热，使其温度高于周围环境，进而通过建筑外层增加热传递。标准单层玻璃的太阳能热增益系数（ＳＨＧＧ，衡量太阳热能透过率的系数）大约是78%－85%左右。减少太阳能热增量的方法可以有：安装充足的遮阳装置、采用浅色屋顶、采用光谱选择性（热反射）油漆和涂料以及在建筑外层的其余地方应用各种其他隔热措施。特殊镀膜玻璃能让太阳能热增益系数降低约10%。在气候炎热的地方，辐射隔离层能够实现顶层空间的高效隔热。相较于气候寒冷的地方来说，这种隔离在气候炎热的地方要有效得多。对于向下的热流动来说，对流现象较弱，整个空气间层中是由辐射来主导热传递。辐射隔离层要想有效，必须面向足够的空气间隙。
如果在气候炎热、潮湿的地方采用冷却式空调，那么必须要保证建筑外层是密封的。潮湿空气在渗透中湿度会降低，这会造成大量的能源浪费。另一方面，有些建筑设计以有效的空气对流为基础，代替冷却式空调，利用盛行风来这现空气对流降温。
20世纪60年代，建筑史学家雷纳 · 班纳姆曾表示，人类文化一直在通过应对周围的环境。建筑是他们针对居住地方的不同气候采取的应对措施，人类用建筑来扩张宜居之地。
历史上，所有的建筑都包含被动式设计和隔热保温措施。古代建筑史学家维特鲁威曾经描述过罗马人是如何理解太阳的转动，并朝向西南修建他们的大型浴池，以此尽量利用日照和热吸收。如今，我们主要有三种隔热保温类型，这里我们将其分别称为“旧式”、“新式”和“被动式”。矿物棉、玻璃纤维、硬质聚苯乙烯和单层玻璃在这里就称为“旧式”。第二个类型“新式”则包括大豆喷涂泡沫、纳米凝胶、真空绝热板和中空玻璃（ＩＧＵ）等。“被动式”是本文讨论的重点，指的是建筑利用非技术、非工业的方法来缓和对环境的影响、提高人的舒适度，包括太阳能吸热壁（特隆布墙）、利用建筑体块和土壤等方法。
我们的论点是：现代技术让我们完全摆脱了承重结构的束缚，转而投向轻型、能源密集型建筑，这样的建筑就好比生一把大火。
通过摆脱承重结构，现代技术让能源密集型建筑发展壮大起来，用各种大型机械设备和系统生起一把大火；比如说，“国际风格”，就是每栋建筑都用相同的“玻璃＋钢”结构幕墙，而不顾所在地的气候、位置和环境。当前的趋势是制造具有超强隔热效果的建筑外层表皮，尽量少用或不用主动式能源消耗，这意味着让建筑生产能源。在这样的大前提下，我们来讨论上述三种类型的隔热保温。“旧式”和“新式”都是技术类，而“被动式”则无关技术，而是设计本身所固有的。下面就说细探讨这三种类型。
旧式
矿物棉是一种人工材料，从19世纪以来就一直用于建筑的隔热保温。矿物棉的使用早于“粉色填充料”，是19世纪发明的，组成成分有玻璃、毛料和陶瓷纤维。这种材料在二次世界大战期间在美国广泛使用，因为当时大量兴建木质结构建筑，而这种结构的蓄热能力较差。
矿物棉的换代产品就是玻璃纤维棉，这种材料已经成为轻型建筑中最流行的隔热保温类型之一。玻璃纤维隔热是随着美国木质结构建筑的立柱墙而发展起来的，20世纪30年代由欧文斯康宁生产这就是所谓的“粉色填充料”，柔软，方便安装，一卷一卷地排列。其设计主要是为填补立柱中木质框架之间的空隙。
上述的两种隔热类型都涉及环境问题。这些材料对皮肤和肺部来说都是刺激物，尽管玻璃纤维今天仍然在广泛使用，因为价格低廉且大批量生产。
硬质聚苯乙烯，也叫“泡沫聚苯乙烯”，是一种密集的膨胀发泡材料。这种材料比玻璃纤维棉要贵，其优势在于利于结构性承重。正因如此，硬质聚苯乙烯在建筑外表皮上拥有广泛的应用，尤其适用于地下楼板、挡土墙和屋顶的隔热。硬质聚苯乙烯的Ｒ值能达到Ｒ5每英寸。
单层玻璃的历史可以追溯到一千多年前。发展到现在，单层玻璃的热阻已经很小。浮法玻璃——玻璃液浇在熔化的锡上——是19世纪发展起来的，而引进的大型单层玻璃在20世纪初成为商业开发项目的备选材料。这种材料的热阻力很小，同时能让大量阳光射入。
单层玻璃由于规格和透明度能达到惊人的程度，所以20世纪20年代随着现代主义的崛起，在“国际风格”的建筑中得到广泛应用。它是勒 · 柯布西耶1914年开发的Ｄom-ino系统的逻辑表达——在结构框架的基础上应用大面积的透明玻璃作为空间划分的手段。这种结构已经不再是空间划分的特色了；现在，透明薄膜已经成为划分空间的手段。
新式
新式技术手段包括高效能的各种隔热材料。对于这些高效能的隔热材料来说，更重要的是除了隔热之处，它们还有其他的功能，比如结构功能、美学功能、防潮功能、防水功能等。这就是一体式建筑系统背后的理念，即：一种构件拥有多项功能。
接下来列举的材料能够详述目前在使用中的以及在隔热保温技术领域前沿正在开发的新技术手段的不同类型。
大豆喷涂泡沫是一种膨胀发泡喷涂隔热材料。与对环境产生消极影响的传统喷涂泡沫不同（用美国建筑师威廉 · 麦唐纳的话来说，就是“从摇篮到坟墓”），大豆喷涂泡沫由天然原材料制成，可再生，可回收利用，不排放气体，无毒，而且最重要的是，Ｒ值能达到Ｒ6每英寸。它能在建筑外层内的空间形成空气密封，省时又省钱，让建筑外层的隔热效能更高。
纳米凝胶是为宇宙飞船研发的一种气凝胶隔热材料。能达到惊人的Ｒ值，几厘米的厚度就能让温度从数千摄氏度降到20摄氏度。这是因为气凝胶中大约90%－95%的空间是中空的。纳米凝胶的另一大特色是其光学透明性，既能隔热，又不阻挡自然光线，因此解决了隔热保温领域的一大棘手难题。
中空玻璃（ＩＧＵ）：断桥结构是任何中空玻璃的关键，从玻璃的中心部位以及四周框架提高其抗热性能。历史上，很多现代风格的“玻璃＋钢”建筑没有断热结构，其建筑处层的隔热性能就不高。如今，由于特殊塑料的改进，结构框架和中空玻璃框架能够实现断热，达到超高的抗热性能。将一个结构“断热”意味着它不会像钢或者铝那样导热，进而限制窗框的热传递。
被动式
被动式设计主要有三大目标：通风、采光和蓄热（或热物理性能）。利用土壤、雪、特隆布墙（即“水冷壁”）和建筑体块是最常见的被动式设计类型。这里我们要讨论一种传统方式——混凝土墙搭配外部坚固的隔热层和土壤。
举例来说，比如一栋沉入地下一半的房屋，采用混凝土墙，表面覆以聚苯乙烯绝缘层和土壤，以此实现隔热。混凝土的作用是作为被动式蓄热体，能够储存太阳能，而外面包裹的土壤能够让外墙免受外部气候的侵袭。这种隔热系统的特点在于：隔热层是看不到的，土壤很好地融入环境，而内部承重的混凝土墙完全暴露于阳光下，冬季能够吸收阳光热量，夏季又能为建筑降温。
结语
被动式设计和隔热保温的关键在于建筑内部与外部之间设置高效的隔热屏障，同时又要能够对自然通风和采光实现灵活的控制。成功的高效能建筑外层设计要让空气在需要的地方进入建筑内部，也就是通过开窗，而不只是通过薄膜或墙壁。
任何环境设计的最终目标是如何在炎热、潮湿的气候环境中实现免费的降温。在中国，这一点尤为重要，因为中国大部分人口居住在沿海的南方，常年需要主动式降温。主动式降温意味着需要大型空调和大量的能源消费；而被动式设计意味着通过本文描述的技术和方法，让主动式降温的需求最小化，让自然通风最大化。在温带气候区或者炎热、干燥气候区，夜晚可以让凉爽的空气从建筑内流通，被动式降温更容易实现。