基于遮阳系统的绿色建筑外立面应用研究

胡乾

摘 要：围护结构节能作为建筑节能设计的最重要组成部分之一，一直是绿色建筑设计的重点。由于建筑外立面形态、材料、构造等因素对围护结构的节能性能起着决定性作用，绿色建筑外立面节能设计的研究就成为了当今时代建筑设计的重要课题。本文主要通过遮阳系统节能技术应用的成功案例进行了具体的剖析，希望能够通过本文的分析更加完整的总结现代绿色建筑外立面设计理论，为今后的设计起指导作用。

关键词：绿色建筑;建筑遮阳;建筑外立面

进入21世纪以来，随着全球经济和科技的发展，世界大部分国家都加速了城市化的进程。伴随着城市扩张、高楼林立，建筑能耗在能耗总量中的占比也在逐年的攀升。2019年我国开始实行新修订的《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2019），在该标准中绿色建筑的定义是：在全寿命期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。

1 绿色建筑的设计原则

1.1 充分尊重自然、尊重环境

对自然环境的关心是建筑师设计低能耗建筑的根本，是一种环境共生意识的体现。建筑工作者的心态首当其冲需要调整，需要充分认识到建筑是自然环境的一个组成部分，将两者之间的关系正确处理好。

1.2 对使用者的关心

建筑内部是每个人每日工作、生活以及起居的微观的环境，该环境的品质直接而且深刻地左右着人们的工作效率和生活质量。因此，绿色建筑不可以用降低使用者使用舒适度的方式来降低能耗。

1.3 顺应未来科技的发展趋势

可持续思想是绿色建筑的发展的目标，但实现这一目标的方法还尚在探索中。建筑设计中需要预留更多的弹性空间以供未来科学技术的施展，这就要求建筑结构、建筑设备等方面具有足够的灵活性。

2 绿色建筑外立面设计影响因素

2.1 气候因素

自诞生之日起，建筑的首要功能就是为人类提供庇护空间，以使人类能够在不同的气候条件下生存。空气、风、降水和太阳辐射等气候条件，创造了多种多样的土壤、水文、植被等自然基础条件，它们决定了世界各地的风俗习惯和民族文化，进而影响着不同地域的建筑立面形象。由此可见，气候是绿色建筑外立面的重要决定因素。

2.2 基地因素

一个建筑的基地环境，直接影响到建筑的布局、节能技术的选择以及外立面的形式。建筑与环境场所的相互渗透，赋予了建筑特殊的生命力。从绿色建筑思想的角度上讲，不同基地环境（地形、地貌、形状、朝向、功能、周边建筑性质等）的两个建筑不可能完全相同。因此，在进行绿色建筑的外立面设计时，不能用其它建筑的立面不加分析地生搬硬套，这不仅带来资源和能源的浪费，而且会造成建筑的形象的千篇一律。

2.3 经济因素

人的一切行为都需要价值观的指导，建筑立面形式的选择也体现着一定的价值观。要建造可持续的绿色建筑，就必须以长远的眼光看问题，改变传统的建筑价值观。在建筑中采取适当的绿色节能技术，才能使环境和经济的效益最大化。我们可以利用很多低成本高效率的措施和办法，比如利用天窗采光、遮阳百叶或地源热泵供暖和供冷等，只要简单地改变一下设计，少许增加一点前期费用，在后期就可以大大降低能耗，带来更持续的经济效益。

2.4 美学因素

建筑的外立面与自然环境的协调统一是生态美学的基本标准。建筑作为自然界的一部分，不仅需要与环境完成正常的能量交换与物质循环的过程，而且还应与外部环境的其它因素做到和谐共存。只有在设计中综合考虑与这些环境因素的协调统一，才能使建筑真正生长于环境中。

3 建筑外立面遮阳系统的应用

建筑物冬季保温和夏季制冷设备的成本，以及设备运行中的高能耗，要求设计师本着对环境和投资方的责任而应该充分考虑这一问题。而在现代建筑中，大面积的窗户甚至是玻璃幕墙的使用并不利于建筑节能，这使得遮阳成为了现代低能耗建筑外立面设计的一种趋势。外立面遮阳系统分为建筑构件遮阳、自遮阳、表皮遮阳、智能遮阳、综合遮阳五类，并分别通过对国内外优秀案例中的创新应用方法的分析，总结出满足建筑不同需求的相应的遮阳设计方法。

3.1 建筑构件遮阳系统

遮阳构件往往具有很强的灵活性，使人们可以轻松地调节其大小、方向、位置，以达到最大程度地降低建筑能耗、提高室內舒适度的目的。现在广泛使用的遮阳构件的造型、材料、排列方式都具有很强的灵活性，已经渐渐地成为建筑师直观表达、建筑思想、建筑技术和建筑地域性的主要手段。

魁北克图书馆坐落于加拿大渥太华河和圣劳伦斯河交汇处，加拿大第二大城市蒙特利尔。建筑包括公共图书馆、儿童图书馆、魁北克历史档案藏品区和图书馆管理区域共四个不同功能的公共空间。建筑利用玻璃幕墙、磨砂玻璃百叶结合的建筑外壳将图书馆统一成一个整体。外立面虚实结合，有些区域通透开敞，有些区域私密封闭。下沉的天井为低层空间提供了充足的光照和良好的景观。建筑的外表皮用可旋转的磨砂玻璃遮阳百叶包裹起来，调节了光照和热辐射。在图书馆内部，边缘是阅读区，能够获得足够的阳光和良好的视野，藏品集中摆放在中间，与阅读区有木质格栅相隔，保证了书籍不受阳光直射。在冬季，打开的遮阳百叶使阳光可以射入建筑内部，太阳辐射也有助于建筑保温。

3.2 自遮阳系统

随着建造技术和建筑材料的发展，现代建筑的形体更加丰富多变，利用建筑形体遮阳成为了建筑遮阳技术的发展趋势。充分考虑建筑整体或局部形体，利用建筑之间或建筑自身产生的阴影，以减少屋顶和立面窗口热量进入的目的。建筑形体遮阳包括两种类型：互遮阳和自遮阳。建筑互遮阳方式在我国江南的传统民居中得到广泛的应用，起到了很好的作用。

米泽尔法特储蓄银行要求设计方案富于创意，同时兼具人文关怀。满足了该银行总部的这一设计初衷，该建筑不仅为当地市民提供了一个全新的可持续性公共空间，同时也成为该市标志性的建筑。这座建筑物尺寸、规模和形式，都是与附近的村庄建筑参数化计算的结果，具有高度的关联性，和谐地融入当地海滨的环境中，与周围的城市环境形成了优雅的平衡。

3.3 表皮遮阳系统

在遮阳技术的发展过程中，构件遮阳是建筑设计中最常用的做法，但无论是水平、垂直遮阳还是挡板遮阳，对采光、视线及通风都有或多或少的不利影响。而且，即使是由水平、垂直遮阳组合而成的综合遮阳对东西向的上午和下午的遮阳效果也无法完全满足需求。这里所说的肌理是指建筑的表皮和纹理，既代表了材料的质感，又体现了表皮的形态。在现代建筑中，肌理已经成为认识建筑的最直观媒介。绿色建筑表皮的肌理设计还能加强外立面对温湿度、阳光、风雨等外界环境因素的应对，遮阳也是诸多问题之一。

基于对岭南地区特殊气候的考虑，建筑的出发点是利用遮阳减少直接太阳辐射，以提高使用空间热环境舒适度。结合建筑具体部位的功能与形式，采用了多种不同形式的遮阳手法。在建筑南北两侧设置了奶酪墙，与玻璃幕墙形成双层外皮，近10m高的奶酪墙为内层玻璃幕墙提供了大面积的阴影，有效地遮挡了太阳的直接辐射。

3.4 动态可变的智能遮阳系统

智能遮阳系统是计算机技术、信息通信技术、建筑材料技术诸多方面的综合运用，其目的是实现遮阳构件的自主智能调节。智能化的实现离不开高科技的支持，随着计算机信息技术的突飞猛进，当今的遮阳智能化也飞速发展，尖端遮阳产品已经突破了传统的模式，变得更加综合化、人性化。

哈佛大学设计研究生院是各种先进的绿色建筑技术的试验场。霍伯曼公司为其建造了一个高技术动态遮阳立面，在标准的玻璃材料基础上利用自适应式烧结技术，在玻璃中加入不透明图形，用于控制太阳辐射热的进入，调节光线，同时保证玻璃足够的透明度，不遮挡室外景观。自适应式烧结技术在传统印花玻璃的标准做法的基础上增加了对图形的电动控制，使其可以随时间变化而改变。

3.5 适应性强的综合遮阳系统

在一些建筑中，单纯的采用一种遮阳形式并不能满足需求，根据建筑各立面或不同部位的遮阳需求分别选择相应的遮阳形式，就形成了综合式遮阳系统。例如，水平遮阳十分适合遮阳南向角度较高的阳光，而垂直遮阳适用于东、西两侧角度较低的阳光，在建筑东南和西南方向的立面，需要将水平与垂直遮阳相结合，才能遮挡来自这两个方向角度较低的斜向阳光。

在综合式遮阳的设计中，要根据建筑特殊位置的具体情况，考虑太阳入射光线的角度和高度以及风向、风速的特点，分别选择适宜的遮阳措施，组合设置于建筑的外立面。同时，建筑师还要考虑到不同遮阳构件的交接和建筑的整体效果。在绿色建筑外立面设计中，合理地运用综合式遮阳往能够为建筑立面创造亮点，是绿色建筑设计实践过程的重要手段。

墨尔本皇家理工大学专科学院位于澳大利亚维多利亚州首府墨尔本市中心，八层高的双层幕墙外层包括了超过16000个人工安装的半透明玻璃盘。它的设计师肖恩·高赛尔所在的设计中心总部就设在墨尔本，并长期致力于这种蜂窝式重复单位立面设计方法的探索和研究。在本项目中，分组的光盘随着太阳位置的变化自动绕垂直轴转动，建筑师在设计中心的立面设计中努力追求展示更创新的太阳能技术和绿色技术策略，赋予了建筑一个可变的智能立面。

4 结束语

低能耗建筑没有统一的外立面形式，往往需要因地制宜地根据具体情况具体分析。不同的外立面设计，有的利用双层幕墙、有的利用生态材料、有的利用遮阳、有的与太阳能或绿化结合，不同的设计手法会使建筑产生不同的立面效果，也会在不同方面降低建筑的能耗。在建筑设计思想多元并存，技术手段丰富多样的今天，建筑师需要转变固有的设计观念和态度，及时了解技术的发展影响下的新技术、新材料的出现，并将这些新的设计手段与优秀的传统方法结合，设计出更多优秀的低能耗的建筑，这对于地球和人类的可持续发展具有重要意义。

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