离网建筑

离网建筑（或译为自给自足式建筑）是一种概念性的建筑，其设计旨在独立运作，无需依赖公共基础设施的服务，例如：电力网、天然气网、市政给水系统、污水处理系统、雨水排水管网、通讯服务，在某些情况下甚至不依赖公共道路。相关文献大多指住宅，或称为离网住宅（自给自足式住宅）。

离网建筑的倡导者指出，其优势包括降低环境影响、提高安全性以及降低持有成本。部分被提及的优势符合绿色建筑的宗旨，而非“独立性”本身。脱离公共管网（简称离网）的建筑往往极少依赖市政公共服务，因此在遭遇城市灾害或军事袭击时，会显得更加安全与舒适。例如，若公共基础设施（如水电供应）受损或中断，离网建筑也不会面临断电或断水。

## 历史背景

### 1970年代

在1970年代，资源即将枯竭与饥荒临头的警告，激发了许多社会活动家与工程师团体的灵感。在美国，一个自称为“新炼金术士”的团体因对其项目研究所投入的深度而闻名。他们利用传统的建造技术，设计了一系列“生态庇护所”项目，其中最著名的便是为爱德华王子岛（Prince Edward Island，简称 PEI）设计的“方舟”生态庇护所社区。他们公布了所有这些项目的计划书，并附带详细的设计计算与蓝图。“方舟”利用风力进行抽水和发电，并在食物生产上实现了自给自足。它设有居住区、养殖罗非鱼以提供蛋白质的鱼池、以鱼池水浇灌的温室，以及一个闭环污水回收系统，可将人类排泄物循环转化为经过消毒的肥料，供鱼池使用。

在大约1975至1977年间，澳洲建筑师兼悉尼大学建筑学院讲师高尔·詹姆斯（Col James），与城市设计师、建筑师、艺术家兼大学导师尼克·霍洛（Nick Hollo）合作，带领学生在大学校园内设计并建造了一栋离网建筑（自给自足式住宅）。该项目向数百名学生传授了“自主建造”的可持续发展理念。

### 1990 年代

1990年代见证了“大地之舟”的发展。其设计初衷与之前的“方舟”项目相似，但它是以商业营利模式来运营的，其具体建造细节由美国建筑师麦克·雷诺兹发表在共有三册的系列丛书中。该建筑所使用的材料是填满泥土的废旧轮胎，以此筑成的墙体拥有极高的热质量。在建筑的外露表面会堆筑土堤，以进一步提高房屋温度的稳定性。其水资源系统始于雨水收集，经处理后先用于饮用，接着用于洗涤、灌溉植物、冲洗马桶，最后将黑水（即马桶污水）再次循环，用于更多植物的浇灌。储水槽也被用于增加热质量。包括电力、空间供暖以及生活热水所需的能源，均来自于太阳能。

在1990年代，部分建筑师如威廉·麦唐纳与杨经文开始将环境友善的建筑设计理念应用于大型商业建筑，例如办公大楼，使其在能源生产上基本达到自给自足。荷兰境内的一座大型银行建筑—荷兰国际集团的阿姆斯特丹总部大楼，在建造时便兼顾了自给自足与艺术美感。

### 2000 年代

2002年，英国建筑师布伦达·维尔与罗伯特·维尔写道：

“在澳洲的任何地方，建造一栋‘零账单住宅’是完全可行的。这种住宅无需主动式的冷暖气设备便能保持舒适，且能自行发电、收集自身所需的水源并处理自身的废弃物……利用现成的技术，这类房屋现在就能被建造出来。以与传统住宅相同的价格来建造一栋‘零账单住宅’是可能的，但其面积会缩小（25%）。”

## 优势

当建筑师或工程师越发关注运输网络的弊端，例如物流中断风险，以及对远端资源的依赖时，他们的设计往往会融入更多自给自足的元素。追溯历史，走向建筑自主性的起点，主要是出于对安全可靠的热源、能源、水源和食物来源的追求。而另一个与之几乎平行的自主性发展路径，则是始于对环境负面影响的深切关怀。

离网建筑能够通过利用就地资源（如阳光和雨水等原本会被浪费掉的自然资源），来提高安全保障并减少对环境的冲击。自主性通常能显著降低为建筑提供服务的各种公共管网的成本与环境影响，因为它直接绕过了资源在采集与运输过程中所造成的层层损耗。其他受到波及的资源，例如石油储备和当地流域的水源保持，通常也能透过深思熟虑的设计，以极低的成本得到有效的保护。

离网建筑在运作中通常是节能的，因此也是具备成本效益的，其显而易见的原因在于，较小的能源需求更容易在离网状态下得到满足。离网建筑并不一定总是对环境友善。摆脱公共支援系统、追求独立自主的目标，虽然与绿色建筑的某些目标相关，但两者并不完全相同。然而，离网建筑通常也会融入一定程度的可持续性，例如使用再生能源与其他可再生资源，使得产生的温室气体不超过其消耗量，或采取其他相关措施。

## 缺点

首先，也是最根本的一点，独立性是一个程度问题。例如，摆脱对电网的依赖相对容易。相比之下，维持一个高效可靠的食物来源却可能是一项艰巨的任务。

居住在离网住宅中也可能需要牺牲一些生活方式或社交机会。即使是最舒适、技术最先进的离网住宅，也可能需要居住者改变一些行为。有些人可能并不乐意承担额外的家务。韦尔夫妇将一些客户的经历描述为不便、烦躁、孤立，甚至像是一份他们不愿承担的全职工作。精心设计的建筑可以减少这个问题，但通常会以牺牲部分居民的自主性为代价。

离网住宅必须根据气候和地理位置进行定制建造或大规模改造。被动式太阳能技术、替代性厕所和污水处理系统、蓄热设计、地下室储能系统、高效窗户以及其他一系列设计策略都需要一定程度的非标准施工、额外的费用、持续的试验和维护，并且还会对居住空间的心理状态产生影响。

## 系统

### 水

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收集和节约用水的方法很多。减少用水量是最具成本效益的方式。

灰水系统可以将排出的洗涤废水二次利用，用于冲刷马桶或灌溉草坪和花园。灰水系统能使大多数住宅建筑的用水量减少一半；不过，安装这类系统需要购买集水井、灰水加压泵以及一套独立的二次供水管道。有些建筑商甚至正在安装无水小便斗乃至堆肥马桶，从而完全消除污水排放中的水资源消耗。

在对生活方式改动最小的前提下，传统的解决方案是使用井水。井一旦开钻完成，井底泵就需要消耗大量的电力。然而，先进的井底泵相比旧款型降低一倍以上的用电量。在某些地区，井水可能会受到污染。索诺砷过滤器可以清除井水中有害健康的砷。不过，钻井是一项具有不确定性的活动，且部分地区的地下水层已经枯竭。此外，钻井也可能非常昂贵。

在降雨量充足的地区，将建筑物设计为采用雨水收集系统，并在干旱时期辅以人工送水，通常是更具经济效益的做法。雨水是非常优良的软水，适合用作洗涤用水，但需要进行抗菌处理。若要作为饮用水使用，则必须补充矿物质或进行矿化处理。

大多数沙漠与温带气候地区每年至少有250毫米的降雨量。这意味着一栋配有灰水系统的典型单层住宅，单靠其屋顶集水就能满足全年所需的水源。在最干旱的地区，可能需要一个30立方米的蓄水池。而许多平均每周降雨量达13毫米的地区，使用小至10立方米的蓄水池即可满足需求。

在许多地区，要保持屋顶足够清洁以收集饮用水是非常困难的。为减少泥沙杂质和异味，系统通常会采用金属集水屋顶，以及一个能将前 40 升雨水分流排出的“屋顶清洗器”水箱。蓄水池的水通常会进行加氯消毒，也可以用反渗透系统来处理饮用水。

在古罗马典型住宅中，家用水源是由一个蓄水池（即“降雨池/下水池”）提供的，它同时也是房屋主要公共空间—中庭的一个装饰性设施。池水是由向内倾斜的屋顶开口（“采光天井/集雨口”）通过落水管瓦片汇入其中。人们经常在池中种植睡莲以净化水质。富裕的家庭通常会从城市的公共蓄水池引水来打造一座小喷泉，作为雨水的补充。降雨池总是设有溢流排水口，因此绝不会淹没房屋。

现代的蓄水池通常是大型塑胶储水罐。安装在矮塔上的重力供水水箱可靠性高，因此即便水泵损坏需要维修，情况也不那么紧迫。最便宜的大容量蓄水方式是地面上的围栏水塘或池塘。

降低对完全独立供水的依赖，可以缩小水箱的容量并降低成本。许多自给自足型住宅能够将每人每天的用水量控制在 38 升以下；这样一来，即使遇到干旱，只需通过卡车运送一次水，就能以较低的成本满足整整一个月的用水需求。此外，通过在皮卡车斗内安装折叠水箱，通常还能实现自行运水。

诸如反渗透之类的新技术，能够利用污染水、海水甚至潮湿的空气，制造出无限量的纯净水。用于游艇的造水机可以将海水和电力转化为饮用水及浓盐水。而大气制水机则能从干燥的沙漠空气中提取纯净水。

### 污水

#### 资源

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堆肥马桶利用细菌将人类粪便分解成有用、无味且卫生的堆肥。这一过程之所以卫生，是因为土壤中的细菌会吞噬人类病原体以及绝大部分的排泄物重量。尽管如此，大多数卫生主管部门仍禁止将“人粪尿堆肥”直接用于种植作物。这其中的风险包括微生物与病毒污染，以及重金属毒性。在干式堆肥马桶中，排泄物会被蒸发或消化分解成气体（主要是二氧化碳）并排出，因此一个马桶每六个月仅产生几磅重的堆肥。为了控制异味，现代堆肥马桶利用小型风扇使马桶内部保持负压状态，并将气体通过排气管排出。

部分家用污水处理系统采用生物处理技术，通常利用植物床和水族生态缸来吸收营养物质与细菌，将灰水及生活污水转化为清澈的水源。这种无异味、无色的再生水可用于冲洗马桶和浇灌室外植物。经检测，其水质已接近饮用水标准。在有结冰期的寒冷气候下，植物和水族生态系统需要放置在小型温室空间内维护。一套优秀的系统所需的维护精力，大约与照顾一个大型水族箱相当。

电焚烧马桶可将排泄物直接烧成微量的灰烬。它们外表触感凉爽，无需使用水和管道，只需在墙上安装一个排气口。此类马桶常用于限制使用化粪池的偏远地区，通常是为了减少流入湖泊的营养物负荷。

美国国家航空航天局（NASA）的生物反应器是一种极为先进的生物污水处理系统。它能够通过微生物作用将污水转化为空气和水。美国国家航空航天局计划在载人火星任务中使用这项技术。另一种方法则是美国国家航空航天局的尿液蒸馏提纯水系统。复杂生物污水处理系统的一个重大缺点在于：如果房屋长期无人居住，系统内的生物菌群可能会因缺乏养分而“饿死”。

#### 污水处理

污水处理对于公共卫生至关重要。许多疾病都是通过功能不良的污水处理系统传播开来的。

标准的系统是将化粪池与铺有排水管的渗漏田相结合。其基本构想是提供一个具备初级污水处理功能的小型系统。污泥沉淀在化粪池底部，通过厌氧消化得到部分分解，而液体则分散排入渗漏田。渗漏田通常位于长满草坪的院子下方。化粪池完全可以依靠重力运行，如果管理得当，安全性相当高。

化粪池必须定期由吸污车抽吸清理，以消除无法分解的固体残渣。若未能及时抽吸化粪池，可能会引发溢流，从而损坏渗漏田并污染地下水。使用化粪池可能还需要对生活方式做出一些改变，例如不使用厨房垃圾处理器、尽量减少冲入池内的液体量，以及减少冲入池内的不可消化固体。此外，建议使用化粪池安全型卫生纸。尽管如此，化粪池依然大受欢迎，因为它们允许使用标准的卫浴管道设施，且几乎不需要对生活方式做出妥协。

堆肥马桶或打包马桶使得将污水丢弃变得既经济又卫生，成为普通垃圾收集处理的一部分。它们还能大幅度减少用水量，并免去使用化粪池的繁琐与昂贵费用。不过，这类马桶需要当地的垃圾填埋场具备卫生规范的处置措施。