建筑表皮生態(tài)化設(shè)計研究

【摘 要】本文以建筑表皮為切人點，著重論述了建筑表皮在生態(tài)化設(shè)計策略（自然通風(fēng)；自然采光；保溫隔熱；低能耗；集成立面；新技術(shù)應(yīng)用；積極適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颍┫滤苌龅纳鷳B(tài)化設(shè)計。通過理論和案例相結(jié)合的方式，充分展現(xiàn)了當(dāng)代建筑表皮生態(tài)設(shè)計理念及應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】建筑表皮；生態(tài)策略；生態(tài)設(shè)計

1 建筑表皮的概念和內(nèi)涵

自建筑產(chǎn)生以來，表皮就是建筑設(shè)計中不可避免的基本問題之一。

建筑表皮(Building Skin)是一個借用來的詞匯，是想將建筑與生物作一個類。外圍護(hù)是皮，結(jié)構(gòu)是骨，空間是靈魂。現(xiàn)今一些建筑師提出建筑的圍護(hù)體系應(yīng)該像動物的皮膚一樣起到保護(hù)、調(diào)解室內(nèi)溫度、排出室內(nèi)污濁空氣，適應(yīng)于外界環(huán)境改變的作用，成為一種可以“呼吸的皮膚”。

1.1 建筑表皮生態(tài)設(shè)計理念

今天我們對建筑的認(rèn)識，已達(dá)到“環(huán)境性建筑”的高度，即將建筑系統(tǒng)視為地球生態(tài)系統(tǒng)中各種不同能量和物質(zhì)材料的臨時組織形式。以此觀點來審視建筑的表皮，需要從表皮的原初含意出發(fā)并加以系統(tǒng)的梳理，進(jìn)而有效地揭示出表皮所蘊(yùn)含的生態(tài)意義。

生態(tài)建筑使得室內(nèi)氣候環(huán)境非常有益于使用者的健康，提高了居住環(huán)境的舒適性。并且可以減少二氧化碳的排放量，改善全球氣候變暖問題。更重要的是按照生態(tài)建筑的全壽命周期來計算，它遠(yuǎn)比普通建筑節(jié)能。

1.2 建筑表皮設(shè)計的生態(tài)策略

建筑表皮生態(tài)設(shè)計策略密切體現(xiàn)著建筑的生態(tài)整合：保溫、隔熱、遮陽、自然通風(fēng)、自然采光、低能耗等。表皮設(shè)計從功能出發(fā)，表現(xiàn)出表皮形式隨從生態(tài)功能、生態(tài)節(jié)能、太陽能利用、人的舒適度等功能角度出發(fā)，使建筑表皮設(shè)計因生態(tài)功能而精彩，只有注重生態(tài)理念，建筑表皮才會具有本體意義。

建筑通過門、窗、墻、屋頂、地板與外部接觸，使室內(nèi)形成溫暖、舒適的環(huán)境，同時也形成一個室內(nèi)外交流的界面，包含了熱、氣、光的交流，包括視線聯(lián)系、引進(jìn)自然光、自然通風(fēng)、保溫隔熱、遮陽、適宜的表面溫度、避免眩光，建筑外表皮某種情況下可視為多功能載體。

2 建筑表皮生態(tài)設(shè)計及應(yīng)用

2.1 雙層表皮

為了獲得良好的室內(nèi)熱環(huán)境，雙層皮立面中保溫隔熱、導(dǎo)熱通風(fēng)系統(tǒng)引入了生物氣候緩沖層這一概念。生物氣候緩沖層是指在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)，通過建筑構(gòu)件或建筑群體之間的組合關(guān)系，建筑實體的組織和建筑各種細(xì)部設(shè)計等的處理，在建筑與周圍生態(tài)環(huán)境之間建立的一個緩沖區(qū)域，即可在一定程度上防止各種極端氣候?qū)κ覂?nèi)影響，又可以強(qiáng)化各種微氣候調(diào)節(jié)的效果，盡量滿足各種舒適的要求，并且達(dá)到節(jié)能的指標(biāo)。其實質(zhì)就是有效利用雙層表皮之簡的空氣間層。

特隆布墻體是早期雙層表皮的一種構(gòu)造形式，通過玻璃和墻體的構(gòu)造組合實現(xiàn)對太陽能的被動利用，改善室內(nèi)熱環(huán)境，而基于特隆布墻體演化而來的雙層表皮幕墻視覺通透性好，近20年來在歐洲許多生態(tài)建筑中廣泛應(yīng)用。雙層皮幕墻是由內(nèi)外兩層玻璃幕組成，中間是空氣流動的熱通道，設(shè)置百葉、卷簾等遮陽裝置，防止夏季強(qiáng)烈的太陽輻射。以每一層為整體單元，在外層玻璃幕上下設(shè)置通風(fēng)擋板和百葉，作為進(jìn)出風(fēng)口。因外表皮的存在減小了建筑內(nèi)表皮的風(fēng)壓，使高層建筑中自由開窗通風(fēng)成為可能。夏季，打開上下兩端的通風(fēng)口，利用空腔內(nèi)的煙囪效應(yīng)(即熱壓原理)組織間層通風(fēng)及換熱。較冷空氣從下端通風(fēng)口進(jìn)入，熱空氣從上端通風(fēng)口排出。這種氣流運(yùn)行方式不斷將新鮮空氣帶入空氣間層，將熱量帶到室外，從而降低內(nèi)層幕墻的表面溫度。冬季關(guān)閉上下兩端通風(fēng)口形成相對靜止的空氣保溫層，有效減少建筑室內(nèi)外溫差，減少熱量損失。

2.2 變化遮陽

由于平衡自然采光、冬季溫室效應(yīng)以及防止夏季室內(nèi)過熱三者的關(guān)鍵在于控制建筑表皮透明部分(玻璃窗墻)的“透明”狀況。而透明的玻璃作為表皮，存在著使用中的兩難。作為適應(yīng)氣候的建筑表皮，需要根據(jù)具體的氣候條件，來調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的太陽光熱輻射量。調(diào)控的方法主要有兩種：

一是對陽光的“防”(構(gòu)件遮陽)，二是對陽光的“堵”(玻璃阻光)。赫爾佐格設(shè)計的辦公樓運(yùn)用可調(diào)節(jié)的鐮刀形遮陽構(gòu)件，可以根據(jù)不同季節(jié)、不同時段對利用陽光和遮陽的要求，實現(xiàn)“陽光設(shè)計”和“防陽光設(shè)計”的整合。即使是普通的窗，也可以采用類似護(hù)窗板、卷簾及某些特制的百葉，使光熱、風(fēng)僅在有益時進(jìn)入建筑。而且當(dāng)今玻璃工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，腎這種應(yīng)變的概念運(yùn)用在材料本身上。各種光敏玻璃、熱敏玻璃、液晶玻璃以及Oka—Lux玻璃，均可以如同生物般對環(huán)境變化做出相應(yīng)的反應(yīng)。總之，建筑表皮玻璃(透明)部分的氣候適應(yīng)性原則，是通過各種方法來調(diào)節(jié)“透明度”，使其在透明、半透明及不透明之間的組合變化中實現(xiàn)能耗的最小化。

2.3 復(fù)合性建筑表皮

傳統(tǒng)建筑實體圍護(hù)體系的構(gòu)造特征，一般是疊加式的，如在單層混凝土屋面板上添加保溫層、防水層，各司其職地完成各項功能。但這種固定的構(gòu)造難以提供動態(tài)調(diào)節(jié)的方式，因而不完全具備適應(yīng)氣候變化的能力。表皮的可變化部分就不再是各種材質(zhì)的簡單疊加，而是以其對光熱輻射的調(diào)控為依據(jù)，將各種不同特性的材料以適應(yīng)氣候的方式進(jìn)行優(yōu)化組合，形成一個有機(jī)的系統(tǒng)。

因此，建筑表皮更多地表現(xiàn)出復(fù)合性的構(gòu)造特征。不透明的實體圍護(hù)部分，常常與半透明的材料相組合，典型有使熱量“只進(jìn)不出” 的TWD墻“一半透明外保溫墻。在玻璃這種透明材料的運(yùn)用上，就表現(xiàn)得更為明顯。雖然玻璃的熱阻較大，但由于一般尺寸較薄而熱容小，往往是表皮的薄弱部分。行之有效的方法就是采用具有復(fù)合特征的構(gòu)造方式，在玻璃之外增設(shè)一個帶通風(fēng)層的外表皮，形成雙層玻璃幕墻。在雙層皮之間通過“可變化”的構(gòu)造，實現(xiàn)諸如組織通風(fēng)、設(shè)置遮陽、引入陽光等一系列截然不同的目標(biāo)。設(shè)計合理的系統(tǒng)，其功能大于所組成的諸元素之和。建筑表皮的這種復(fù)合構(gòu)造特征，可以大大改善外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。

2.4 建筑光伏一體化

太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽電池（片），多個太陽能光電池加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中或固定在其他基層材料之上，彼此之間經(jīng)過其背面的導(dǎo)線相連，構(gòu)成一個整體的光電板，在陽光照射下產(chǎn)生直流電。所有光惦記產(chǎn)生的電能，通過多極集成電路整流、變壓過程，轉(zhuǎn)化成供使用的交流電，送入用戶電網(wǎng)。

建筑物的光伏能量系統(tǒng)，將光伏元素與建筑集成，光電板的尺寸規(guī)格可以根據(jù)實際工程的幕墻分格方案進(jìn)行量體定型制作，再把光電板安裝在建筑幕墻（屋頂或其他建筑構(gòu)件）相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上，就組成了建筑光電系統(tǒng)，即建筑光伏一體化設(shè)計。

3 結(jié)語

建筑的表皮是構(gòu)成建筑的重要組成部分之一。它不斷適應(yīng)生產(chǎn)生活活動的需要發(fā)生著功能與樣式的變革，逐漸由厚變薄，由封閉走向通透，其功能也從簡單的防護(hù)功能轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳暗募嘀毓δ苡谝簧恚衩襟w表皮、生態(tài)表皮等。

建筑表皮生態(tài)設(shè)計，其中各種生態(tài)策略并非孤立的手法，而是綜合運(yùn)用于建筑設(shè)計中，運(yùn)用新的設(shè)計手法和建筑材料、簡單高效的維護(hù)結(jié)構(gòu)和暖通系統(tǒng)．從另一個側(cè)面創(chuàng)造全新的建筑形態(tài)。使生態(tài)建筑逐步向著更合理、有機(jī)的方向發(fā)展，營造出建筑特有的詩意與人文色彩。

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[3]景穎 生態(tài)化策略在建筑表皮設(shè)計中的表現(xiàn)性研究——以玻璃幕墻為例 [碩士論文]- 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 2009.03

[4]朱歡 真正的福斯特建筑 [期刊論文]-世界建筑 1999．9．

作者簡介：

李林江 （1988.09.05） 男 浙江省紹興市紹興縣 學(xué)歷：本科 研究方向：生態(tài)建筑設(shè)計