現代節能建筑立面設計要素分析

鄭州大學建筑學院 余 茹

河南農業大學林學院 衛 紅

現代節能建筑立面設計要素分析

鄭州大學建筑學院 余 茹

河南農業大學林學院 衛 紅

鋼和玻璃相結合的建筑形象在19世紀曾引起了轟動，它引發了人們對建筑美的重新認識。但技術的發展及能源的廉價，使人們熱衷于利用成熟的機械設備與大面積外墻玻璃相結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濟代價，也對環境造成了破壞。世界上許多優秀的有責任的建筑師在進行建筑設計時不僅注重節能技術的運用，在外立面設計上也賦予更多理性的設計，使其達到降低建筑能耗的目的。

一、現代節能建筑中立面設計影響因素

現代建筑立面的節能設計，依據建筑所處地域環境的差異、基地環境的特點，以及建筑物的體形系數、形態構成等因素環環相扣。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。由此產生的獨特的形式創作也是能源節約的有效手段及建筑適應氣候措施的綜合表達。

1.地域因素。由于建筑所處地理環境不同，應對自然條件的反應也不同。這必然會影響到建筑立面設計的不同。因為現代節能建筑的立面設計首先要從地域特征入手，結合當地氣候特點、地域特性進行分析，針對各種不同氣候地域的特點，進行適應于氣候的建筑立面設計。例如20世紀40～50年代，美國的理查德·紐特拉、路易斯·康，保羅·魯道夫，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境之中，并和環境保持著某種聯系，環境的好壞對建筑的影響很大。尤其是建筑所處的自然形態特征與建筑立面設計息息相關。基地環境包括場地環境在城市中所處的位置、周邊地段環境以及基地的場地環境狀況等。基地環境是建筑外部環境的一個組成部分，是建筑設計環境構思時制約建筑生成的重要因素。我們在進行現代節能建筑設計時要根據不同的建筑場地環境進行分別研究。比如，美國著名現代主義建筑設計師賴特的有機建筑就是針對基地因素合理設計的最好證明。

3.建筑體型。研究表明，體形系數越小對建筑節能越有利，因此，出于節能的考慮，在建筑設計時應盡量控制建筑物的體形系數。有許多節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計，從整體上構思建筑的節能系統。不僅準確地把握了建筑空間，更加拓展了建筑外立面的設計。著名的案例有英國倫敦市政廳、倫敦瑞士再保險公司大樓。這兩個成功的節能建筑都是通過建筑體型的精確巧妙設計來影響建筑本身的節能效果。

4.形態構成。建筑的形態構成也是影響建筑立面設計的主要因素。建筑的凸凹變化，形態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容將構成70%以上的建筑采暖通風空調能耗。不同的建筑形態會造成能耗的巨大差別。例如倫佐·皮亞諾設計的吉巴歐文化中心（圖1）和楊經文設計的梅納拉大廈都是通過建筑本身形態設計來影響建筑節能效果的典范。

圖 1 吉巴歐文化中心

二、現代節能建筑立面設計的構成要素

現代節能建筑的立面設計的構成因素主要有第5立面即屋面設計、建筑立面材質、結構構件、采光設計共同構成。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，重視屋頂的節能設計，對提高抵抗夏季室外熱作用的能力尤其重要，這也是減少空調耗能、改善室內熱環境的一個重要措施。目前，比較常用的建筑節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、采光屋頂等幾種措施進行屋面節能設計的考慮。也有許多現代節能建筑設計在地下，建筑的屋頂直接是各種活動場地。像這樣的地下設計盡管在光照、視線、景觀方面有不足之處，但在節約能源方面有很多優點。日本著名建筑事務所松田平田建筑設計事務所設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。建筑立面材質在表達和處理人與社會、環境之間的協調關系上承載了越來越多的內容，其功能性不僅反映在空間限定、圍護結構和文化藝術表達上。同時也表現在對環境資源的有效利用以及改善室內舒適性等方面。采用新材料、新技術手段來進行設計的建筑外表皮同樣在節能方面成績斐然。2003年赫佐格·德穆隆設計完成的德國建筑工業養老金基金會辦公樓（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 德國建筑工業養老金基金會辦公樓

3.采光設計。現代建筑在進行節能設計時還應從建筑構件處理上進行推敲。力求建筑構件的設計不僅在功能上滿足需求，還對建筑的節能發揮巨大的作用。屋檐的出挑，陽臺的凹凸，樓板的設計無一不從節能的角度出發，使建筑構件不再僅僅是建筑立面效果的組成部分，也是建筑節能的輔助設置。

（1）窗口設計。在建筑中，窗戶設計是否合理，將直接影響節能設計的成功與失敗。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，因而要通過合理的設計來協調兩者的關系。廣州市新圖書館設計方案（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，經過設計師精心地設計，廣州市新圖書館在節約能耗方面取得了不錯的成績。

圖 3 廣州市新圖書館

（2）遮陽設計。現代建筑立面對于遮陽設計非常重視。良好的遮陽設計不僅有助于建筑節能要求，符合可持續發展的理念，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的高峰負荷大大削減下來。如果把遮陽與建筑構件合理結合，不僅能大大豐富建筑立面，還會對降低建筑能耗發揮重要作用。在遮陽方面，馬來西亞著名建筑師楊經文設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秀的案例。

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