前言

在本书中，我们试图介绍建筑材料对建筑、能源、环境保护和社会发展的影响。建筑是人类初始的生产活动之一，处于史前狩猎和采集时代的先民就已从事建筑活动。建筑材料是产量最大、用途最广的材料，是建筑活动的基本元素。人类使用建材并开始建筑活动的历史，甚至比农耕的历史更加古老。建筑材料和建筑的发展变迁更是相互促进、相互依存的。建筑是人类文明的象征，建筑材料是建筑的骨架和外衣，建筑材料可以定义为人居环境构成物所用材料的总称，可以说建筑材料是人类赖以生活的物质基础。建筑材料的不断更新进步推动了文明的发展，然而其对能源、资源的大量消耗，对环境生态造成了破坏，阻碍了文明的进程。

建筑材料是与人类关系密切、难以分割的材料。现在人类几乎有大半时间生活在各类建筑（住宅和建筑工程）内，有许多人甚至长年累月在室内活动。人们接触最多的，对身体健康、生活节奏影响最大的材料就是建筑材料和服装、食品材料。

建筑材料的制造自古就是一个工序繁多、耗能很大的工程。申报世界文化遗产的南京城墙，600年前修造时就实行了“举国体制”和“岗位责任制”，每块城砖在烧制时都刻有来自各地制作者名和地名的字迹，城墙砌筑时在砖块中间浇铸铁汁或者用糯米混拌石灰。古代很多巨大建筑的取材使生态被惨重破坏，人们需要翻山跨壑，从数十里、数百里之外搬运巨石、大木，往往耗尽社会几代人的财力、人力，甚至影响文明发展进程。

节约能源，提倡低碳经济，防止大气温室效应和环境污染是当前世界各国政府迫在眉睫、亟待解决的课题。而在各类能耗中，建筑能耗首当其冲，已占发达国家总能耗的50%以上，其他国家与地区的建筑能耗也节节攀升。而建筑材料的性能又是决定建筑节能的重要参数。

从人类自身的进步和发展来看，人居生态环境的可持续发展贯穿于人类社会发展的全过程，贯穿于整个人类对建筑材料的开发、使用、制造、再生循环过程的各个环节。

随着低碳经济、和谐社会的概念深入人心，人们对于建筑材料与建筑节能的关系给予了前所未有的重视。人们认识到建筑节能的历史意义和现实意义大于其经济效益，它是社会发展到一定阶段的必然要求。在发达国家，建筑节能已经提升至同城市规划、国家全局发展的高度，各类建筑如达不到节能标准，宁愿不建，绝不留有遗憾。

本书站在建筑材料角度，介绍了建筑发展；叙述了黏土、石块由天然建筑材料，经过烘烧加工成为砖瓦、玻璃、水泥等耗能建筑材料，再到太阳能电池等节能建筑材料的发展过程；叙述了人类建筑由结庐而居、竖穴火炕到今日高楼大厦的发展过程，并介绍了古往今来一批珍辉玉映的著名建筑；重点介绍了正在蓬勃发展的太阳能材料，指出太阳能建筑代表了建筑材料和建筑的未来，是人类建筑史上最具有深远意义的革命。

本书试图从建筑材料的角度，回顾建筑由被动适应到主动汲取太阳能的发展过程，指出太阳电池等材料和组件是现代建筑材料家族中引人瞩目的新秀。由于太阳电池等的加入，太阳能建筑已展现出与数千年建筑迥然不同的风采，具有难以比拟的优势。

人类利用能源的历史已经历过使用天然草木时代、煤炭时代、石油天然气时代。现在，太阳能时代已露端倪，在近几十年间，人类将阔步迈入太阳能时代，而太阳能建筑的兴起，将是太阳能时代来临的主要标志。

《从泥土到太阳电池》将人类建筑利用太阳能的历史划分为四个既有联系、又有差别的阶段。第一阶段开始于建筑产生的初期，至少在100万年以前，由荒居野宿向寻找、修饰穴洞和结庐造屋过渡的先民，就自然而然地选择了向阳、背风、温暖、干燥、危险较小的居地。迈入文明门槛以后，各类房屋、宫殿，包括在历史上久负盛名的城市和建筑，都遵循着这种模式，对太阳光和太阳热开始有意识地利用。第二阶段始于工业革命，玻璃、钢材和水泥的广泛使用，出现了一批与数千年农耕时代迥然不同的建筑，各类透射阳光的温室，通风、光线明亮的廊庭随处可见，无数巨大建筑拔地而起，容纳好似从地下涌出的无数人口。第三阶段人们开始有目的地设计、建造节能建筑，通过绝热材料、相变材料、储能材料和各类玻璃等透光材料的使用，房屋通风和采光性能的改进使墙体达到保温隔热、冬暖夏凉的效果，从而降低能源的损耗。绿色建筑、生态建筑和低碳建筑，具有一脉相承的连续性。第四阶段始于20世纪后期，建筑进入主动利用太阳能和其他可再生能源的时代，自人类开始营造房屋以来，建筑第一次由耗能大户转为产能基地，太阳电池、太阳能集热设备、太阳能储存设备、太阳能采暖制冷设备和太阳光引入装置陆续成为建筑的有机组成部分，使建筑不再是单纯消耗能源、污染环境的同义词，而具备吸收、利用能源，改善人居环境和自然环境的功能。在21世纪，这种代表人与自然和谐、利于可持续发展的建筑（包括即将兴起的巨型建筑、海洋建筑、太空建筑和月球建筑），将成为建筑史上最辉煌灿烂的篇章。

太阳能建筑的出现，对于建筑哲学、人类居住学、建筑经济学、建筑文化学、建筑社会学、建筑科学整体及下属各个分支都将产生深远的影响，将对我国未来建筑、未来城市发展产生深远的影响，会在很长时间内陆续显示出太阳能建筑开源节流的特点。太阳能建筑集成了太阳能光伏发电、太阳能采暖/热水、太阳能制冷空调、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术，可与浅层地热能、风能、生物质能以及其他低品位能等广义太阳能技术结合，属于科技含量高、资源消耗低、环境负荷小的适宜建筑技术，汇集智能建筑和绿色建筑内容。因此，太阳能建筑将成为我国建筑的主要理念之一。

近年来，笔者有幸接触参与太阳能利用项目，从国内外有关专家、学者处受益良多，对太阳能科学与建筑科学结合趋势具有深刻印象。在本书写作过程中，参阅了很多文献资料，得到很多专家学者帮助，在此谨向所引用文献的作者和给予关心支持的人表示谢意，参考文献如有遗漏，望有关专家见谅。张耀明院士为本书作序，一些学者对本书进行评论（见封底），在此表示感谢。书中疏漏和不妥之处恳请读者不吝指正。由于篇幅限制，很多收集资料没有介绍。本书只能大致介绍自己设想的建筑材料发展的趋势，只求抛砖引玉，希望将来年轻学者有新的内容丰富的著作出版。

著者

2016年11月