随着全球气候变化的严峻挑战日益凸显，建筑行业作为能源消耗和碳排放的重要领域，正面临前所未有的转型压力。在这一背景下，生物气候外围护结构以其独特的优势，正在成为推动可持续建筑和城市规划的重要力量。

一、生物气候外围护结构

生物气候外围护结构是一种创新的建筑设计理念，它通过将植物基材料和策略融入建筑的外墙、屋顶等围护结构中，利用自然系统提升建筑的环境性能。这种设计不仅注重建筑的保温隔热性能，更强调通过植被的蒸腾作用、遮阳效果以及雨水管理等自然机制，实现建筑的自我调节和生态平衡。

二、工作原理

2.1 动态隔热与遮阳

与专注于隔热和机械系统的被动房设计策略不同，生物气候外围护结构通过植被如藤蔓、爬墙植物等实现建筑的动态隔热和遮阳。在炎热的夏季，这些植被能够遮挡强烈的阳光直射，减少建筑内部的热量积累；而在冬季，随着植被的落叶或稀疏，阳光能够穿透植被照射到建筑内部，为室内提供必要的温暖。这种自然调节机制不仅优化了建筑的室内气候，还显著降低了空调的能耗需求。

2.2 碳汇作用与空气净化

植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，为建筑提供了一种天然的碳汇功能。生物气候外围护结构中的植被能够吸收并固定大量的二氧化碳，有助于缓解全球变暖的问题。同时，这些植被还能吸收空气中的有害物质，如尘埃、颗粒物等，起到净化空气的作用。这种空气净化功能为城市居民提供了一个更加健康、清新的生活环境。

2.3 雨水管理与生态调节

生物气候外围护结构还注重雨水的自然渗透和储存。通过设计绿色屋顶、植被墙等结构，雨水能够被有效收集和滞留，进而滋养植被并补充地下水。这种雨水管理方式不仅有助于缓解城市内涝问题，还促进了水资源的循环利用和生态系统的平衡发展。

三、益处分析

3.1 节能减排与碳中和

生物气候外围护结构通过优化建筑的保温隔热性能、减少空调能耗需求以及利用自然系统进行空气净化和雨水管理，实现了显著的节能减排效果。这些措施不仅有助于降低建筑的运营成本，还能为全球碳中和目标的实现做出积极贡献。

3.2 提升居民健康与福祉

这些外围护结构通过改善建筑的室内气候、净化空气以及提供丰富的绿色景观，为居民创造了一个更加健康、舒适的生活环境。长期处于这样的环境中，居民的身心健康将得到显著提升，生活质量也将得到进一步改善。

3.3 增强城市生态韧性

生物气候外围护结构通过增加城市绿地面积、促进生物多样性以及提升城市的自我调节能力，增强了城市的生态韧性。在面对自然灾害、环境污染等挑战时，这些绿色元素将发挥重要作用，为城市提供有效的保护和恢复能力。

四、案例: Baubotanik项目

通过使用活树作为建筑材料，Baubotanik 方法打破了人造和自然之间的差异。它们展示了我们从树木中了解到的所有积极方面：提供遮荫、冷却和过滤空气、调节自然水循环、产生氧气和吸收二氧化碳，是人类、植物和动物的共同栖息地。它们有助于提高个人生活质量和有韧性的生态系统。

费迪南德·路德维希（Ferdinand Ludwig）和丹尼尔·舍恩勒（Daniel Schönle）的Baubotanik项目突破了生物建筑的界限。这些结构使用活树作为建筑材料，将植物生长与技术元素相结合，创造出动态的、自给自足的建筑。这种方法将传统的生态智慧与现代技术相结合，旨在标准化城市建筑中生命系统的使用，以提高可持续性和复原力。

添加植物的方法是通过将数百种幼苗融合到一个“超级有机体”中来利用这种效果。一开始，植物由临时脚手架支撑，并单独浇水和施肥。随着时间的流逝，一个自给自足的结构出现了。

项目用5年时间来开发活植物柱子和不锈钢扶手之间的连接。植物生长在管道周围，形成一种形状贴合。这些细节展示了 Baubotanik 方法中自然与技术之间的关系。

梧桐树立方体Nagold

Baubotanik创造了新的建筑类型，这种建筑重新定义了内部与外部，城市与景观，自然与文化之间的关系，建筑物和树木融合为一个单元，梧桐树立方体Nagold就是一个例子。

五、未来展望

5.1 技术创新与成本降低

随着科技的不断进步和材料的持续创新，生物气候外围护结构将更加经济可行和易于推广。未来，可以预见更多的新型植物基材料、高效能仿生结构以及智能化的建筑管理系统将被应用于这些外围护结构中，进一步提升其性能和效益。

5.2 政策推动与市场接受度提升

全球各国政府对于气候变化的重视和可持续发展的追求，将推动更多有利于绿色建筑和生态城市的政策出台。这些政策将为生物气候外围护结构提供更多的资金支持和市场机会。同时，随着公众环保意识的提高和对于健康生活方式的追求，这些外围护结构也将得到更广泛的认可和接受。

5.3 跨学科合作与国际交流

生物气候外围护结构涉及多个学科领域的知识和技术，如建筑学、生态学、材料科学、能源技术等。未来，我们需要加强跨学科合作和国际交流，共同推动这一领域的发展和创新。通过分享经验、交流技术、协同攻关，我们可以更好地应对气候变化和可持续发展的挑战，为构建更加绿色、健康、宜居的城市环境贡献力量。

六、挑战与应对策略

尽管生物气候外围护结构具有诸多优势，但在实际应用过程中仍面临一些挑战。例如，植被的维护和管理成本较高，需要专业的技术和人员支持；不同地区的气候条件和土壤类型对植被的选择和种植方式提出了不同的要求；此外，如何确保这些外围护结构在长期使用过程中的稳定性和耐久性也是一个亟待解决的问题。

针对这些挑战，我们可以采取以下应对策略：一是加强技术研发和创新，开发出更加适应不同环境和气候条件的植物基材料和仿生结构；二是加强跨学科合作和国际交流，共同推动相关技术的研发和应用；三是制定和完善相关政策和标准，为生物气候外围护结构的推广和应用提供有力保障；四是加强公众教育和宣传，提高公众对于绿色建筑和生态城市的认知度和接受度。

七、结语

生物气候外围护结构通过整合自然系统和生态原则，不仅提升了建筑的环境性能，还能为人类创造了更加宜居的城市环境。随着技术的不断进步和全球对可持续发展的共识加深，相信生物气候外围护结构将在未来的建筑和城市规划中发挥越来越重要的作用。

来源：友绿网