基于遮陽系統的綠色建筑外立面應用研究

胡乾

摘 要：圍護結構節能作為建筑節能設計的最重要組成部分之一，一直是綠色建筑設計的重點。由于建筑外立面形態、材料、構造等因素對圍護結構的節能性能起著決定性作用，綠色建筑外立面節能設計的研究就成為了當今時代建筑設計的重要課題。本文主要通過遮陽系統節能技術應用的成功案例進行了具體的剖析，希望能夠通過本文的分析更加完整的總結現代綠色建筑外立面設計理論，為今后的設計起指導作用。

關鍵詞：綠色建筑;建筑遮陽;建筑外立面

進入21世紀以來，隨著全球經濟和科技的發展，世界大部分國家都加速了城市化的進程。伴隨著城市擴張、高樓林立，建筑能耗在能耗總量中的占比也在逐年的攀升。2019年我國開始實行新修訂的《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2019），在該標準中綠色建筑的定義是：在全壽命期內，節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生的高質量建筑。

1 綠色建筑的設計原則

1.1 充分尊重自然、尊重環境

對自然環境的關心是建筑師設計低能耗建筑的根本，是一種環境共生意識的體現。建筑工作者的心態首當其沖需要調整，需要充分認識到建筑是自然環境的一個組成部分，將兩者之間的關系正確處理好。

1.2 對使用者的關心

建筑內部是每個人每日工作、生活以及起居的微觀的環境，該環境的品質直接而且深刻地左右著人們的工作效率和生活質量。因此，綠色建筑不可以用降低使用者使用舒適度的方式來降低能耗。

1.3 順應未來科技的發展趨勢

可持續思想是綠色建筑的發展的目標，但實現這一目標的方法還尚在探索中。建筑設計中需要預留更多的彈性空間以供未來科學技術的施展，這就要求建筑結構、建筑設備等方面具有足夠的靈活性。

2 綠色建筑外立面設計影響因素

2.1 氣候因素

自誕生之日起，建筑的首要功能就是為人類提供庇護空間，以使人類能夠在不同的氣候條件下生存。空氣、風、降水和太陽輻射等氣候條件，創造了多種多樣的土壤、水文、植被等自然基礎條件，它們決定了世界各地的風俗習慣和民族文化，進而影響著不同地域的建筑立面形象。由此可見，氣候是綠色建筑外立面的重要決定因素。

2.2 基地因素

一個建筑的基地環境，直接影響到建筑的布局、節能技術的選擇以及外立面的形式。建筑與環境場所的相互滲透，賦予了建筑特殊的生命力。從綠色建筑思想的角度上講，不同基地環境（地形、地貌、形狀、朝向、功能、周邊建筑性質等）的兩個建筑不可能完全相同。因此，在進行綠色建筑的外立面設計時，不能用其它建筑的立面不加分析地生搬硬套，這不僅帶來資源和能源的浪費，而且會造成建筑的形象的千篇一律。

2.3 經濟因素

人的一切行為都需要價值觀的指導，建筑立面形式的選擇也體現著一定的價值觀。要建造可持續的綠色建筑，就必須以長遠的眼光看問題，改變傳統的建筑價值觀。在建筑中采取適當的綠色節能技術，才能使環境和經濟的效益最大化。我們可以利用很多低成本高效率的措施和辦法，比如利用天窗采光、遮陽百葉或地源熱泵供暖和供冷等，只要簡單地改變一下設計，少許增加一點前期費用，在后期就可以大大降低能耗，帶來更持續的經濟效益。

2.4 美學因素

建筑的外立面與自然環境的協調統一是生態美學的基本標準。建筑作為自然界的一部分，不僅需要與環境完成正常的能量交換與物質循環的過程，而且還應與外部環境的其它因素做到和諧共存。只有在設計中綜合考慮與這些環境因素的協調統一，才能使建筑真正生長于環境中。

3 建筑外立面遮陽系統的應用

建筑物冬季保溫和夏季制冷設備的成本，以及設備運行中的高能耗，要求設計師本著對環境和投資方的責任而應該充分考慮這一問題。而在現代建筑中，大面積的窗戶甚至是玻璃幕墻的使用并不利于建筑節能，這使得遮陽成為了現代低能耗建筑外立面設計的一種趨勢。外立面遮陽系統分為建筑構件遮陽、自遮陽、表皮遮陽、智能遮陽、綜合遮陽五類，并分別通過對國內外優秀案例中的創新應用方法的分析，總結出滿足建筑不同需求的相應的遮陽設計方法。

3.1 建筑構件遮陽系統

遮陽構件往往具有很強的靈活性，使人們可以輕松地調節其大小、方向、位置，以達到最大程度地降低建筑能耗、提高室內舒適度的目的。現在廣泛使用的遮陽構件的造型、材料、排列方式都具有很強的靈活性，已經漸漸地成為建筑師直觀表達、建筑思想、建筑技術和建筑地域性的主要手段。

魁北克圖書館坐落于加拿大渥太華河和圣勞倫斯河交匯處，加拿大第二大城市蒙特利爾。建筑包括公共圖書館、兒童圖書館、魁北克歷史檔案藏品區和圖書館管理區域共四個不同功能的公共空間。建筑利用玻璃幕墻、磨砂玻璃百葉結合的建筑外殼將圖書館統一成一個整體。外立面虛實結合，有些區域通透開敞，有些區域私密封閉。下沉的天井為低層空間提供了充足的光照和良好的景觀。建筑的外表皮用可旋轉的磨砂玻璃遮陽百葉包裹起來，調節了光照和熱輻射。在圖書館內部，邊緣是閱讀區，能夠獲得足夠的陽光和良好的視野，藏品集中擺放在中間，與閱讀區有木質格柵相隔，保證了書籍不受陽光直射。在冬季，打開的遮陽百葉使陽光可以射入建筑內部，太陽輻射也有助于建筑保溫。

3.2 自遮陽系統

隨著建造技術和建筑材料的發展，現代建筑的形體更加豐富多變，利用建筑形體遮陽成為了建筑遮陽技術的發展趨勢。充分考慮建筑整體或局部形體，利用建筑之間或建筑自身產生的陰影，以減少屋頂和立面窗口熱量進入的目的。建筑形體遮陽包括兩種類型：互遮陽和自遮陽。建筑互遮陽方式在我國江南的傳統民居中得到廣泛的應用，起到了很好的作用。

米澤爾法特儲蓄銀行要求設計方案富于創意，同時兼具人文關懷。滿足了該銀行總部的這一設計初衷，該建筑不僅為當地市民提供了一個全新的可持續性公共空間，同時也成為該市標志性的建筑。這座建筑物尺寸、規模和形式，都是與附近的村莊建筑參數化計算的結果，具有高度的關聯性，和諧地融入當地海濱的環境中，與周圍的城市環境形成了優雅的平衡。

3.3 表皮遮陽系統

在遮陽技術的發展過程中，構件遮陽是建筑設計中最常用的做法，但無論是水平、垂直遮陽還是擋板遮陽，對采光、視線及通風都有或多或少的不利影響。而且，即使是由水平、垂直遮陽組合而成的綜合遮陽對東西向的上午和下午的遮陽效果也無法完全滿足需求。這里所說的肌理是指建筑的表皮和紋理，既代表了材料的質感，又體現了表皮的形態。在現代建筑中，肌理已經成為認識建筑的最直觀媒介。綠色建筑表皮的肌理設計還能加強外立面對溫濕度、陽光、風雨等外界環境因素的應對，遮陽也是諸多問題之一。

基于對嶺南地區特殊氣候的考慮，建筑的出發點是利用遮陽減少直接太陽輻射，以提高使用空間熱環境舒適度。結合建筑具體部位的功能與形式，采用了多種不同形式的遮陽手法。在建筑南北兩側設置了奶酪墻，與玻璃幕墻形成雙層外皮，近10m高的奶酪墻為內層玻璃幕墻提供了大面積的陰影，有效地遮擋了太陽的直接輻射。

3.4 動態可變的智能遮陽系統

智能遮陽系統是計算機技術、信息通信技術、建筑材料技術諸多方面的綜合運用，其目的是實現遮陽構件的自主智能調節。智能化的實現離不開高科技的支持，隨著計算機信息技術的突飛猛進，當今的遮陽智能化也飛速發展，尖端遮陽產品已經突破了傳統的模式，變得更加綜合化、人性化。

哈佛大學設計研究生院是各種先進的綠色建筑技術的試驗場。霍伯曼公司為其建造了一個高技術動態遮陽立面，在標準的玻璃材料基礎上利用自適應式燒結技術，在玻璃中加入不透明圖形，用于控制太陽輻射熱的進入，調節光線，同時保證玻璃足夠的透明度，不遮擋室外景觀。自適應式燒結技術在傳統印花玻璃的標準做法的基礎上增加了對圖形的電動控制，使其可以隨時間變化而改變。

3.5 適應性強的綜合遮陽系統

在一些建筑中，單純的采用一種遮陽形式并不能滿足需求，根據建筑各立面或不同部位的遮陽需求分別選擇相應的遮陽形式，就形成了綜合式遮陽系統。例如，水平遮陽十分適合遮陽南向角度較高的陽光，而垂直遮陽適用于東、西兩側角度較低的陽光，在建筑東南和西南方向的立面，需要將水平與垂直遮陽相結合，才能遮擋來自這兩個方向角度較低的斜向陽光。

在綜合式遮陽的設計中，要根據建筑特殊位置的具體情況，考慮太陽入射光線的角度和高度以及風向、風速的特點，分別選擇適宜的遮陽措施，組合設置于建筑的外立面。同時，建筑師還要考慮到不同遮陽構件的交接和建筑的整體效果。在綠色建筑外立面設計中，合理地運用綜合式遮陽往能夠為建筑立面創造亮點，是綠色建筑設計實踐過程的重要手段。

墨爾本皇家理工大學專科學院位于澳大利亞維多利亞州首府墨爾本市中心，八層高的雙層幕墻外層包括了超過16000個人工安裝的半透明玻璃盤。它的設計師肖恩·高賽爾所在的設計中心總部就設在墨爾本，并長期致力于這種蜂窩式重復單位立面設計方法的探索和研究。在本項目中，分組的光盤隨著太陽位置的變化自動繞垂直軸轉動，建筑師在設計中心的立面設計中努力追求展示更創新的太陽能技術和綠色技術策略，賦予了建筑一個可變的智能立面。

4 結束語

低能耗建筑沒有統一的外立面形式，往往需要因地制宜地根據具體情況具體分析。不同的外立面設計，有的利用雙層幕墻、有的利用生態材料、有的利用遮陽、有的與太陽能或綠化結合，不同的設計手法會使建筑產生不同的立面效果，也會在不同方面降低建筑的能耗。在建筑設計思想多元并存，技術手段豐富多樣的今天，建筑師需要轉變固有的設計觀念和態度，及時了解技術的發展影響下的新技術、新材料的出現，并將這些新的設計手段與優秀的傳統方法結合，設計出更多優秀的低能耗的建筑，這對于地球和人類的可持續發展具有重要意義。

參考文獻

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