■ 張學(xué)榮 ZHANG Xuerong 潘文蔚 PAN Wenwei 張夢瀾 ZHANG Menglan

0 引言

住宅建筑的外立面是建筑內(nèi)部與外部空間進(jìn)行物質(zhì)、能量及信息交流的重要媒介[1]。節(jié)能構(gòu)件作為輔助性構(gòu)件，不但影響到建筑外立面的造型，而且對減少建筑能耗有顯著作用[2]。在建筑設(shè)計階段，通過精心控制住宅外立面構(gòu)件的形式，不僅能影響建筑立面的視覺效果，在很大程度上還會影響到建筑的節(jié)能效果。隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，建筑光環(huán)境模擬逐漸成為建筑光環(huán)境設(shè)計的重要輔助設(shè)計手段[3]。本文通過對南京老城區(qū)住宅建筑立面節(jié)能構(gòu)件調(diào)研結(jié)果的分析擴展，結(jié)合Ecotect軟件對不同遮陽構(gòu)件的采光模擬，對住宅建筑立面上的遮陽構(gòu)件、空調(diào)板構(gòu)件與太陽能集熱器構(gòu)件進(jìn)行歸類歸納，構(gòu)建立面構(gòu)件庫，為住宅立面設(shè)計中構(gòu)件選型提供依據(jù)。

1 背景與意義

1.1 立面構(gòu)件的概念

“構(gòu)件”一詞在《現(xiàn)代漢語詞典》中的解釋為：①組成機構(gòu)的單元，可以是一個零件，也可以是由許多零件構(gòu)成的剛體；②組成建筑物某一結(jié)構(gòu)的單元，如梁、柱[4]。

本文所談?wù)摰牧⒚鏄?gòu)件主要包括影響建筑遮陽與自然采光的遮陽構(gòu)件、與空調(diào)擺放相關(guān)的空調(diào)板構(gòu)件、與太陽能利用相關(guān)的太陽能集熱器構(gòu)件，不包括墻體、門窗、屋頂?shù)戎饕鈬o(hù)結(jié)構(gòu)。合理設(shè)計立面構(gòu)件能夠在獲得美觀立面造型的同時，有效降低建筑能耗。

1.2 立面構(gòu)件庫的概念

構(gòu)件庫是存放構(gòu)件的儲存庫，其本質(zhì)是實現(xiàn)構(gòu)件與用戶交互的一個系統(tǒng)。構(gòu)件庫是能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)用戶對構(gòu)件上傳、儲存、修改，并對構(gòu)件復(fù)用的過程[5]。本文所研究的立面構(gòu)件庫指的是某一類立面構(gòu)件多種形式的集合，包含每種構(gòu)件的各種信息及優(yōu)選建議。將立面上的遮陽構(gòu)件、空調(diào)板構(gòu)件與太陽能集熱器構(gòu)件進(jìn)行信息化，為住宅立面設(shè)計中的構(gòu)件選型提供依據(jù)。

1.3 研究立面構(gòu)件庫的意義

將立面構(gòu)件信息化，為住宅建筑外立面設(shè)計提供一定的依據(jù)。立面設(shè)計是一個綜合性問題，不僅要考慮造型美觀，還要考慮建筑內(nèi)部的舒適度及節(jié)能的問題。利用立面構(gòu)件庫能夠有效針對相應(yīng)的設(shè)計需求，高效、快速地篩選出合適的構(gòu)件類型，在提高設(shè)計效率的同時，又能獲得美觀的立面造型，還能在一定程度上減少能耗。

1.4 研究方法

1.4.1 調(diào)研分析法

（1）通過對南京老城區(qū)住宅建筑外立面的調(diào)研，得到立面構(gòu)件庫構(gòu)件的基礎(chǔ)信息。

（2）分析老城區(qū)住宅立面上被動式節(jié)能構(gòu)件的形式特點，總結(jié)現(xiàn)有構(gòu)件類型的優(yōu)勢及不足。

（3）結(jié)合住戶的需求，提出更加多樣的構(gòu)件可能性類型。

1.4.2 計算機模擬分析法

利用Ecotect軟件對不同遮陽構(gòu)件進(jìn)行采光模擬，并根據(jù)計算機模擬結(jié)果，對遮陽構(gòu)件進(jìn)行歸類并給出最佳設(shè)計尺度建議。

1.4.3 總結(jié)歸納法

在實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，對立面構(gòu)件的類型進(jìn)行擴展，借助計算機模擬和綜合分析，對各種類型的構(gòu)件進(jìn)行歸納總結(jié)，得到優(yōu)選建議表，為住宅立面設(shè)計提供一定的依據(jù)。

2 實地調(diào)研

2.1 調(diào)研概況

2.1.1 調(diào)研對象與地點

現(xiàn)狀調(diào)研的對象為老城區(qū)老舊住宅建筑外立面上的節(jié)能構(gòu)件，地點位于江蘇省南京市老城區(qū)中心居住區(qū)，東邊以龍蟠中路為界，西邊為中山路，南邊為長江路，北邊為北京東路。在這個范圍內(nèi)選擇了39棟居住建筑，建筑分布圖如圖1所示。

2.1.2 調(diào)研目的與內(nèi)容

現(xiàn)狀調(diào)研的目的，一是從老舊的住宅建筑中提取被動式遮陽構(gòu)件；二是了解南京地區(qū)居民對遮陽節(jié)能的真實需求。

調(diào)研的內(nèi)容包括立面構(gòu)件的形式、節(jié)能相關(guān)構(gòu)件的朝向、構(gòu)件與建筑高度的關(guān)系、與建筑的整體關(guān)系、構(gòu)件的控制性與維護(hù)性能等各種信息。

2.1.3 調(diào)研方法

調(diào)研采用實地走訪、實地測繪方法，后期對所調(diào)研成果進(jìn)行歸納整理，利用數(shù)據(jù)分析的方法進(jìn)行對比分析。

2.2 調(diào)研成果

共獲得39棟住宅建筑外立面數(shù)據(jù)，其中，遮陽構(gòu)件的形式主要有獨立遮陽構(gòu)件和整體式外遮陽兩種。分別從這兩個類型進(jìn)行歸納整理，得到遮陽構(gòu)件的調(diào)研數(shù)據(jù)。

2.2.1 獨立遮陽

選取9棟外立面上采用獨立遮陽方式的建筑進(jìn)行歸納對比，如表1所示。

2.2.2 整體式外遮陽

選取10棟外立面上采用整體式外遮陽方式的建筑進(jìn)行歸納對比，如表2所示。

3 構(gòu)件庫建立

在調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，分析與節(jié)能相關(guān)的遮陽構(gòu)件、空調(diào)板構(gòu)件、太陽能集熱器構(gòu)件所有可能性，并通過計算機模擬分析得出遮陽構(gòu)件的最優(yōu)尺寸，構(gòu)建遮陽構(gòu)件、空調(diào)板構(gòu)件、太陽能集熱器構(gòu)件的構(gòu)件庫。

3.1 遮陽構(gòu)件庫

3.1.1 遮陽構(gòu)件

遮陽構(gòu)件分為水平式、垂直式、擋板式和綜合式（表3～6）。

3.1.2 計算機模擬分析

分析軟件為Ecotect，氣象數(shù)據(jù)以南京地區(qū)氣候數(shù)據(jù)為參數(shù)，通過建立不同尺度遮陽構(gòu)件的模型，進(jìn)行多次模擬，得出如表7所示結(jié)果。

表1 獨立遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

表2 整體式外遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

3.1.3 優(yōu)選建議

根據(jù)是否可調(diào)節(jié)、適宜的朝向、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與材料，對遮陽構(gòu)件庫進(jìn)行歸類總結(jié)，獲得優(yōu)選建議（圖2）。可以看出，絕大部分類型的構(gòu)件都不具備可調(diào)節(jié)性，水平式遮陽構(gòu)件比較適合于南向，其他類型的幾乎適合于多種朝向。

3.2 空調(diào)板構(gòu)件庫

3.2.1 空調(diào)板構(gòu)件

空調(diào)是現(xiàn)代生活中不可缺少的元素，在住宅立面設(shè)計中空調(diào)板構(gòu)件承擔(dān)著放置空調(diào)的作用，空調(diào)板構(gòu)件對立面的美觀起著不可忽視的作用。結(jié)合空調(diào)的功能特點，從結(jié)合窗、陽臺等的一體化設(shè)計對空調(diào)板構(gòu)件進(jìn)行歸類，得到表8。

表3 水平式遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

表4 垂直式遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

表5 擋板式遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

表6 綜合式遮陽構(gòu)件統(tǒng)計表

3.2.2 優(yōu)選建議

從空調(diào)板的位置、隱蔽性及可放置空調(diào)的數(shù)量將空調(diào)板構(gòu)件進(jìn)行歸類，得到優(yōu)選建議（圖3），發(fā)現(xiàn)結(jié)合陽臺的空調(diào)板構(gòu)件往往隱蔽性相對較高。

3.3 太陽能集熱器構(gòu)件庫

3.3.1 太陽能集熱器構(gòu)件

太陽能集熱器作為一種新型的能源裝置，已經(jīng)逐漸普及，太陽能集熱器構(gòu)件的形式對建筑的立面設(shè)計同樣起著重要的作用，本文主要從結(jié)合窗、陽臺、外墻及遮陽構(gòu)件4個方面進(jìn)行擴展整理（表9）。

3.3.2 優(yōu)選建議

從位置關(guān)系、維護(hù)的便捷性和可調(diào)節(jié)性三個方面對太陽能集熱器構(gòu)件進(jìn)行歸納，其中結(jié)合陽臺的太陽能集熱器構(gòu)件維護(hù)便捷，結(jié)合外墻設(shè)計的構(gòu)件一般不可調(diào)節(jié)角度（圖4）。

4 結(jié)語

本文通過實地調(diào)研并結(jié)合相關(guān)計算機軟件進(jìn)行模擬分析，總結(jié)出各種形式的遮陽構(gòu)件、空調(diào)板構(gòu)件和太陽能集熱器構(gòu)件，構(gòu)建立面構(gòu)件庫，進(jìn)行信息化整理，并給出優(yōu)選建議，為立面設(shè)計中構(gòu)件選型提供依據(jù)。從中，我們可以得到以下結(jié)論：

（1） 針 對不同立面造型與節(jié)能需求，可選擇的遮陽形式有水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽及綜合式遮陽。其中，水平式遮陽構(gòu)件比較適合南向遮陽，垂直式遮陽構(gòu)件適合于東西南向的遮陽，擋板式適合于各種朝向，綜合式也適合于各種朝向的遮陽；部分擋板式遮陽構(gòu)件可設(shè)計為可調(diào)節(jié)式構(gòu)件。

（2）針對不同立面造型需求，可選擇的空調(diào)板構(gòu)件有結(jié)合窗、結(jié)合陽臺或結(jié)合外墻。其中，結(jié)合窗和結(jié)合陽臺比較常見，多位于窗下、窗邊、陽臺一側(cè)等；結(jié)合外墻，比如嵌在立面上的做法也比較常見，這種做法空調(diào)的隱蔽性相對較高。

（3）針對不同立面造型與節(jié)能需求，可選擇的太陽能集熱器構(gòu)件有結(jié)合窗、結(jié)合陽臺、結(jié)合外墻和結(jié)合遮陽等。其中，結(jié)合窗和陽臺的比較常見，與外墻一體化設(shè)計的缺陷是維護(hù)檢修不方便；結(jié)合遮陽可以實現(xiàn)構(gòu)件的功能復(fù)合，但也可能會造成檢修不便及熱損耗較大等問題。

表7 計算機模擬結(jié)果統(tǒng)計表

圖2 遮陽構(gòu)件庫優(yōu)選建議

表8 空調(diào)板構(gòu)件統(tǒng)計表

圖3 空調(diào)板構(gòu)件庫優(yōu)選建議

圖4 太陽能集熱器構(gòu)件庫優(yōu)選建議

表9 太陽能集熱器構(gòu)件統(tǒng)計表