現(xiàn)代節(jié)能建筑立面設(shè)計(jì)要素分析

鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 余 茹

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 衛(wèi) 紅

現(xiàn)代節(jié)能建筑立面設(shè)計(jì)要素分析

鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 余 茹

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 衛(wèi) 紅

鋼和玻璃相結(jié)合的建筑形象在19世紀(jì)曾引起了轟動(dòng)，它引發(fā)了人們對(duì)建筑美的重新認(rèn)識(shí)。但技術(shù)的發(fā)展及能源的廉價(jià)，使人們熱衷于利用成熟的機(jī)械設(shè)備與大面積外墻玻璃相結(jié)合達(dá)到美學(xué)上的需求，而無(wú)視建筑所在的地域及氣候條件，忽視了建筑的能源消耗問(wèn)題。近年來(lái)，建筑立面設(shè)計(jì)脫離功能需求的分離越來(lái)越嚴(yán)重，我們不僅為此付出了昂貴的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，也對(duì)環(huán)境造成了破壞。世界上許多優(yōu)秀的有責(zé)任的建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)不僅注重節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用，在外立面設(shè)計(jì)上也賦予更多理性的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到降低建筑能耗的目的。

一、現(xiàn)代節(jié)能建筑中立面設(shè)計(jì)影響因素

現(xiàn)代建筑立面的節(jié)能設(shè)計(jì)，依據(jù)建筑所處地域環(huán)境的差異、基地環(huán)境的特點(diǎn)，以及建筑物的體形系數(shù)、形態(tài)構(gòu)成等因素環(huán)環(huán)相扣。這些因素不僅表達(dá)著建筑物本身的性格特征，更多的是左右著建筑物的耗能量。由此產(chǎn)生的獨(dú)特的形式創(chuàng)作也是能源節(jié)約的有效手段及建筑適應(yīng)氣候措施的綜合表達(dá)。

1.地域因素。由于建筑所處地理環(huán)境不同，應(yīng)對(duì)自然條件的反應(yīng)也不同。這必然會(huì)影響到建筑立面設(shè)計(jì)的不同。因?yàn)楝F(xiàn)代節(jié)能建筑的立面設(shè)計(jì)首先要從地域特征入手，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、地域特性進(jìn)行分析，針對(duì)各種不同氣候地域的特點(diǎn)，進(jìn)行適應(yīng)于氣候的建筑立面設(shè)計(jì)。例如20世紀(jì)40～50年代，美國(guó)的理查德·紐特拉、路易斯·康，保羅·魯?shù)婪颍臀鞯膴W斯卡·尼邁耶、盧西奧·考斯塔等建筑師的許多作品中都充分考慮了氣候和地域這兩個(gè)因素對(duì)設(shè)計(jì)的重要影響作用。

2.基地因素。任何建筑都必然要處在一定的環(huán)境之中，并和環(huán)境保持著某種聯(lián)系，環(huán)境的好壞對(duì)建筑的影響很大。尤其是建筑所處的自然形態(tài)特征與建筑立面設(shè)計(jì)息息相關(guān)?；丨h(huán)境包括場(chǎng)地環(huán)境在城市中所處的位置、周邊地段環(huán)境以及基地的場(chǎng)地環(huán)境狀況等?；丨h(huán)境是建筑外部環(huán)境的一個(gè)組成部分，是建筑設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)思時(shí)制約建筑生成的重要因素。我們?cè)谶M(jìn)行現(xiàn)代節(jié)能建筑設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同的建筑場(chǎng)地環(huán)境進(jìn)行分別研究。比如，美國(guó)著名現(xiàn)代主義建筑設(shè)計(jì)師賴特的有機(jī)建筑就是針對(duì)基地因素合理設(shè)計(jì)的最好證明。

3.建筑體型。研究表明，體形系數(shù)越小對(duì)建筑節(jié)能越有利，因此，出于節(jié)能的考慮，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量控制建筑物的體形系數(shù)。有許多節(jié)能建筑沒(méi)有明確的南北立面或者東西立面，而是把建筑作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)，從整體上構(gòu)思建筑的節(jié)能系統(tǒng)。不僅準(zhǔn)確地把握了建筑空間，更加拓展了建筑外立面的設(shè)計(jì)。著名的案例有英國(guó)倫敦市政廳、倫敦瑞士再保險(xiǎn)公司大樓。這兩個(gè)成功的節(jié)能建筑都是通過(guò)建筑體型的精確巧妙設(shè)計(jì)來(lái)影響建筑本身的節(jié)能效果。

4.形態(tài)構(gòu)成。建筑的形態(tài)構(gòu)成也是影響建筑立面設(shè)計(jì)的主要因素。建筑的凸凹變化，形態(tài)特點(diǎn)往往會(huì)對(duì)建筑物的光照、通風(fēng)帶來(lái)一定的影響，從而影響建筑的能源消耗。包括建筑物與外環(huán)境的換熱能，自然通風(fēng)狀況和自然采光水平等。而這兩方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。不同的建筑形態(tài)會(huì)造成能耗的巨大差別。例如倫佐·皮亞諾設(shè)計(jì)的吉巴歐文化中心（圖1）和楊經(jīng)文設(shè)計(jì)的梅納拉大廈都是通過(guò)建筑本身形態(tài)設(shè)計(jì)來(lái)影響建筑節(jié)能效果的典范。

圖 1 吉巴歐文化中心

二、現(xiàn)代節(jié)能建筑立面設(shè)計(jì)的構(gòu)成要素

現(xiàn)代節(jié)能建筑的立面設(shè)計(jì)的構(gòu)成因素主要有第5立面即屋面設(shè)計(jì)、建筑立面材質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、采光設(shè)計(jì)共同構(gòu)成。此外，建筑外立面的顏色、保溫材料的使用也對(duì)建筑的能源消耗發(fā)揮著一定作用。

1.第5立面。研究表明，屋面的耗能約占建筑總耗能的10%。因此，重視屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)提高抵抗夏季室外熱作用的能力尤其重要，這也是減少空調(diào)耗能、改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個(gè)重要措施。目前，比較常用的建筑節(jié)能屋面除倒置式屋面、外保溫屋面、通風(fēng)屋面、閣樓屋面、太陽(yáng)能屋面外，還可采取綠化屋頂、蓄水屋頂、采光屋頂?shù)葞追N措施進(jìn)行屋面節(jié)能設(shè)計(jì)的考慮。也有許多現(xiàn)代節(jié)能建筑設(shè)計(jì)在地下，建筑的屋頂直接是各種活動(dòng)場(chǎng)地。像這樣的地下設(shè)計(jì)盡管在光照、視線、景觀方面有不足之處，但在節(jié)約能源方面有很多優(yōu)點(diǎn)。日本著名建筑事務(wù)所松田平田建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所設(shè)計(jì)的千葉神田外語(yǔ)大學(xué)就是掩土建筑的成功范例。

2.立面材質(zhì)。建筑立面材質(zhì)在表達(dá)和處理人與社會(huì)、環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系上承載了越來(lái)越多的內(nèi)容，其功能性不僅反映在空間限定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和文化藝術(shù)表達(dá)上。同時(shí)也表現(xiàn)在對(duì)環(huán)境資源的有效利用以及改善室內(nèi)舒適性等方面。采用新材料、新技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的建筑外表皮同樣在節(jié)能方面成績(jī)斐然。2003年赫佐格·德穆隆設(shè)計(jì)完成的德國(guó)建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會(huì)辦公樓（圖2）方案中，采用的是金屬外表皮。其建筑表皮不僅注重形式上的美感，并且能起到保溫隔熱和遮光的作用。

圖 2 德國(guó)建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會(huì)辦公樓

3.采光設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代建筑在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)從建筑構(gòu)件處理上進(jìn)行推敲。力求建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)不僅在功能上滿足需求，還對(duì)建筑的節(jié)能發(fā)揮巨大的作用。屋檐的出挑，陽(yáng)臺(tái)的凹凸，樓板的設(shè)計(jì)無(wú)一不從節(jié)能的角度出發(fā)，使建筑構(gòu)件不再僅僅是建筑立面效果的組成部分，也是建筑節(jié)能的輔助設(shè)置。

（1）窗口設(shè)計(jì)。在建筑中，窗戶設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響節(jié)能設(shè)計(jì)的成功與失敗。所以，為更有效地利用能源，我們必須從門窗入手。但窗面積的減少會(huì)影響到采光系數(shù)，因而要通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系。廣州市新圖書館設(shè)計(jì)方案（圖3）由于體量龐大，為了確保建筑表面積能夠提供有效的自然通風(fēng)和自然采光，并滿足圖書館建筑所要求的適當(dāng)進(jìn)深。在建筑上設(shè)置了大大小小的狹長(zhǎng)開口。外墻還采用了檐口狀的石材遮陽(yáng)百葉和深凹的狹長(zhǎng)開窗，并對(duì)兩者進(jìn)行了隨機(jī)組合排列，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)師精心地設(shè)計(jì)，廣州市新圖書館在節(jié)約能耗方面取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

圖 3 廣州市新圖書館

（2）遮陽(yáng)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代建筑立面對(duì)于遮陽(yáng)設(shè)計(jì)非常重視。良好的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)不僅有助于建筑節(jié)能要求，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，而且能夠使建筑更趨于人性化、多元化和精美化。透過(guò)豐富的材質(zhì)和精美的細(xì)部，能充分彰顯材料的美感與細(xì)膩。實(shí)踐證明，采取對(duì)建筑進(jìn)行遮陽(yáng)的措施可使空調(diào)的高峰負(fù)荷大大削減下來(lái)。如果把遮陽(yáng)與建筑構(gòu)件合理結(jié)合，不僅能大大豐富建筑立面，還會(huì)對(duì)降低建筑能耗發(fā)揮重要作用。在遮陽(yáng)方面，馬來(lái)西亞著名建筑師楊經(jīng)文設(shè)計(jì)的位于馬來(lái)西亞吉隆坡的梅納拉大廈在遮陽(yáng)方面可謂是優(yōu)秀的案例。

綜上，盡管立面各個(gè)影響因素以及立面構(gòu)成要素對(duì)于節(jié)能效果影響顯著，建筑的剖面設(shè)計(jì)、建筑方位、空間的設(shè)計(jì)、建筑的顏色和開敞空間的設(shè)計(jì)也是影響現(xiàn)代建筑節(jié)能的重要因素。所以，改進(jìn)建筑設(shè)計(jì)方法，發(fā)展節(jié)能建筑，是各國(guó)建筑師們共同關(guān)心的重大課題和責(zé)任。