鄭州大學建筑學院 余 茹

河南農(nóng)業(yè)大學林學院 衛(wèi) 紅

現(xiàn)代節(jié)能建筑立面設(shè)計要素分析

鄭州大學建筑學院 余 茹

河南農(nóng)業(yè)大學林學院 衛(wèi) 紅

鋼和玻璃相結(jié)合的建筑形象在19世紀曾引起了轟動，它引發(fā)了人們對建筑美的重新認識。但技術(shù)的發(fā)展及能源的廉價，使人們熱衷于利用成熟的機械設(shè)備與大面積外墻玻璃相結(jié)合達到美學上的需求，而無視建筑所在的地域及氣候條件，忽視了建筑的能源消耗問題。近年來，建筑立面設(shè)計脫離功能需求的分離越來越嚴重，我們不僅為此付出了昂貴的經(jīng)濟代價，也對環(huán)境造成了破壞。世界上許多優(yōu)秀的有責任的建筑師在進行建筑設(shè)計時不僅注重節(jié)能技術(shù)的運用，在外立面設(shè)計上也賦予更多理性的設(shè)計，使其達到降低建筑能耗的目的。

一、現(xiàn)代節(jié)能建筑中立面設(shè)計影響因素

現(xiàn)代建筑立面的節(jié)能設(shè)計，依據(jù)建筑所處地域環(huán)境的差異、基地環(huán)境的特點，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。

1.地域因素。由于建筑所處地理環(huán)境不同，應(yīng)對自然條件的反應(yīng)也不同。這必然會影響到建筑立面設(shè)計的不同。因為現(xiàn)代節(jié)能建筑的立面設(shè)計首先要從地域特征入手，結(jié)合當?shù)貧夂蛱攸c、地域特性進行分析，針對各種不同氣候地域的特點，進行適應(yīng)于氣候的建筑立面設(shè)計。例如20世紀40～50年代，美國的理查德·紐特拉、路易斯·康，保羅·魯?shù)婪?，巴西的奧斯卡·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因素對設(shè)計的重要影響作用。

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)計息息相關(guān)?；丨h(huán)境包括場地環(huán)境在城市中所處的位置、周邊地段環(huán)境以及基地的場地環(huán)境狀況等。基地環(huán)境是建筑外部環(huán)境的一個組成部分，是建筑設(shè)計環(huán)境構(gòu)思時制約建筑生成的重要因素。我們在進行現(xiàn)代節(jié)能建筑設(shè)計時要根據(jù)不同的建筑場地環(huán)境進行分別研究。比如，美國著名現(xiàn)代主義建筑設(shè)計師賴特的有機建筑就是針對基地因素合理設(shè)計的最好證明。

3.建筑體型。研究表明，體形系數(shù)越小對建筑節(jié)能越有利，因此，出于節(jié)能的考慮，在建筑設(shè)計時應(yīng)盡量控制建筑物的體形系數(shù)。有許多節(jié)能建筑沒有明確的南北立面或者東西立面，而是把建筑作為一個整體進行考慮和設(shè)計，從整體上構(gòu)思建筑的節(jié)能系統(tǒng)。不僅準確地把握了建筑空間，更加拓展了建筑外立面的設(shè)計。著名的案例有英國倫敦市政廳、倫敦瑞士再保險公司大樓。這兩個成功的節(jié)能建筑都是通過建筑體型的精確巧妙設(shè)計來影響建筑本身的節(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)計的主要因素。建筑的凸凹變化，形態(tài)特點往往會對建筑物的光照、通風帶來一定的影響，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空調(diào)能耗。不同的建筑形態(tài)會造成能耗的巨大差別。例如倫佐·皮亞諾設(shè)計的吉巴歐文化中心（圖1）和楊經(jīng)文設(shè)計的梅納拉大廈都是通過建筑本身形態(tài)設(shè)計來影響建筑節(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)計的構(gòu)成要素

現(xiàn)代節(jié)能建筑的立面設(shè)計的構(gòu)成因素主要有第5立面即屋面設(shè)計、建筑立面材質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、采光設(shè)計共同構(gòu)成。此外，建筑外立面的顏色、保溫材料的使用也對建筑的能源消耗發(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，對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、通風屋面、閣樓屋面、太陽能屋面外，還可采取綠化屋頂、蓄水屋頂、采光屋頂?shù)葞追N措施進行屋面節(jié)能設(shè)計的考慮。也有許多現(xiàn)代節(jié)能建筑設(shè)計在地下，建筑的屋頂直接是各種活動場地。像這樣的地下設(shè)計盡管在光照、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。日本著名建筑事務(wù)所松田平田建筑設(shè)計事務(wù)所設(shè)計的千葉神田外語大學就是掩土建筑的成功范例。

2.立面材質(zhì)。建筑立面材質(zhì)在表達和處理人與社會、環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系上承載了越來越多的內(nèi)容，其功能性不僅反映在空間限定、圍護結(jié)構(gòu)和文化藝術(shù)表達上。同時也表現(xiàn)在對環(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)手段來進行設(shè)計的建筑外表皮同樣在節(jié)能方面成績斐然。2003年赫佐格·德穆隆設(shè)計完成的德國建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會辦公樓（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 德國建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會辦公樓

3.采光設(shè)計?，F(xiàn)代建筑在進行節(jié)能設(shè)計時還應(yīng)從建筑構(gòu)件處理上進行推敲。力求建筑構(gòu)件的設(shè)計不僅在功能上滿足需求，還對建筑的節(jié)能發(fā)揮巨大的作用。屋檐的出挑，陽臺的凹凸，樓板的設(shè)計無一不從節(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。在建筑中，窗戶設(shè)計是否合理，將直接影響節(jié)能設(shè)計的成功與失敗。所以，為更有效地利用能源，我們必須從門窗入手。但窗面積的減少會影響到采光系數(shù)，因而要通過合理的設(shè)計來協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系。廣州市新圖書館設(shè)計方案（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和自然采光，并滿足圖書館建筑所要求的適當進深。在建筑上設(shè)置了大大小小的狹長開口。外墻還采用了檐口狀的石材遮陽百葉和深凹的狹長開窗，并對兩者進行了隨機組合排列，經(jīng)過設(shè)計師精心地設(shè)計，廣州市新圖書館在節(jié)約能耗方面取得了不錯的成績。

圖 3 廣州市新圖書館

（2）遮陽設(shè)計。現(xiàn)代建筑立面對于遮陽設(shè)計非常重視。良好的遮陽設(shè)計不僅有助于建筑節(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。透過豐富的材質(zhì)和精美的細部，能充分彰顯材料的美感與細膩。實踐證明，采取對建筑進行遮陽的措施可使空調(diào)的高峰負荷大大削減下來。如果把遮陽與建筑構(gòu)件合理結(jié)合，不僅能大大豐富建筑立面，還會對降低建筑能耗發(fā)揮重要作用。在遮陽方面，馬來西亞著名建筑師楊經(jīng)文設(shè)計的位于馬來西亞吉隆坡的梅納拉大廈在遮陽方面可謂是優(yōu)秀的案例。

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