哈尔滨工业大学建筑设计研究院 哈尔滨
摘要：针对节能技术的迅速发展，分析建筑外部形态与节能设计的关系，研究如何将其二者有效的结合，并在此基础上探索绿色建筑形态发展的可能性，从而实现技术和形式之间的统一，使绿色建筑无论在内容上还是形式上都更有生命力和说服力。
关键词：绿色建筑，外部形态，节能设计
Research On Energy-saving Design Of Green Building’s Exterior Pattern
Chen Hui1
(Inner Mongolia University Of Science&Technology Baotou 014010)
Abstract: According to the rapid development of energy-saving technology, The article analyzes the relation between architecture form and energy-saving design, research on how to combine them effective. And then explore the possibility of green building’s form in order to unitized the technology and forms, make no matter in content or form all have more vitality and persuasive.
Key Words: Green Building, Exterior Pattern, Energy-saving Design
伴随着对能源危机的认识，人类开始在所有力所能及的领域内探索可持续发展的可能性，因此节能技术也得到了极大的发展。在建筑领域，节能设计已经成为建筑设计的重要环节，无论是建筑形式还是建筑空间，都在尽可能的营造低排放、低消耗的低碳建筑模式，这也是绿色建筑设计的基本出发点。然而，建筑外部形态作为绿色建筑的直观表现，节能技术的发展也直接影响到了建筑形态特征。
一般认为，事物的形态包括其内在结构和外在形式两个方面。建筑形态则分为建筑的外部形态与内部从形态两方面。建筑的外部形态表现为建筑外在形态构成要素及其语义表达之间的互相影响、互相统一的关系。节能技术的发展使建筑外部形态的设计已经不仅仅维持在美观与实用上，还要在大环境的平衡下，强调系统内体块之间、构件之间、表皮材料之间的节能追求，其设计过程直接影响到整个建筑的使用周期。因此，绿色建筑的外部形态需要与节能设计有机的结合，这样才能做到建筑与自然的和谐共生。
一、形体设计对节能设计的积极呼应
建筑的形体设计直接关系到整个建筑群体或者建筑单体的朝向与布局，直接影响到建筑的保温与采暖效果，因此为了使建筑有效地利用自然条件（太阳能、风能、地热等），在进行建筑形体设计的同时，除了要了解当地宏观的气候条件，还要仔细分析场地内的小气候。例如在寒冷地区，建筑的形体应尽量多接纳阳光，为了充分的利用太阳能，建筑应该尽量朝南、东南或者西南，宜采用外墙面积较小、散热少的纤长的矩形，增强建筑对太阳辐射的吸收，有利于建筑节能。如果条件限制，建筑物必须为东、西朝向的话，则需要在建筑形体上采用较长的东西方向的进深，同时确保大部分的窗户朝南。由于严寒和寒冷气候地区太阳高度角较低，可以把屋面设计成锯齿形或是设计合适的屋面倾斜角度，使在不增加间距的情况下获得尽可能多的太阳光和热量，或是根据地形将建筑设置成退台的形式，从而获得更多的太阳光，达到节能的形体效果。同样的道理，如果是在气候炎热的地区，建筑体块的设计就要尽量其夏季的通风与遮阳，运用风压和热压原理合理组织体量关系，多凹凸变化，增加建筑的散热面积，多阳台、外廊与雨棚，做好建筑的通风与遮阳。杨经文设计的“双顶屋”就是利用了特殊的屋面设计，屋面上不同角度倾斜的百叶有效的达到了建筑的遮阳效果（如图1）。法国普罗旺斯的海外档案中心也是通过独特的形体设计，低成本的做到了就建筑的节能设计。
海外档案中心的用途是存放关于前法国殖民地的档案材料，经过了多次改建。在T?拉考斯特(T.Lacoste)，A?罗宾(A.Robain)，C?古埃伊斯(C.Guieysse)三位法国建筑师的努力下，呈现出了一种独特的建筑形体，而这种独特的形体实际上是一个捕获能量的装置。对现有建筑体量而言，新建筑选取了正确角度的几何添加，阻挡一年或每天中不同时刻、来自不同方向的风。建筑外立面采用了严格遵循1.2mx2.4m模数的储石色涂层来覆盖整个建筑体量，这些模数的方格间以折叠状向室外打开（如图2-a），对应着一年或每天中不同时刻的风向和阳光，室内主要通过上方的14个与立面处理相呼应的梯形光井采光。同时，涂层还起到隔音和绝热的作用，使室内保持恒温。室内没有直射光，而是通过屋顶和立面的开口照明。室外打开的板有两个基本功能它们既是反射板，减少射入室内的光（如图2-b），同时也是吸收阳光的装置，安装着内部加热系统。这座建筑虽然是一个突出的实体，因其所采用的形体、技术和材料，尊重了地气候和自然条件，从而和整个环境建立起了一种和谐的对话关系。
二、节能装置与功能构件的有机整合
要将节能技术完整的运用纳入建筑设计内容，就需要使其功能构件成为建筑的一个有机组成部分，将能量转化装置转变成绿色建筑外部形态构成中的功能构件，这在太阳能的利用方面已经有了成熟的表现，已经形成了比较成熟的建筑造型特征。例如为了最大限度地采集太阳能，常常将建筑的屋顶垂直于太阳照射的方向，这样便自然形成倾斜的建筑屋顶。附着于倾斜屋顶上的太阳能收集装置一方面实现了对太阳能的采集利用，另一方面，作为一种独立的建筑构件，又将其本身的特征与属性赋予建筑，创造了大量新颖生动的建筑外部形态。
不仅太阳能装置可以与建筑外部形态结合，建筑遮阳构件现在也逐步成为建筑造型艺术的一个组成部分。随着遮阳在现代建筑中的普及，建筑师已经把外遮阳系统作为一种活跃的建筑语素和不可或缺的装饰手段加以组合运用，创造出了独特的建筑形态和特殊室内光影效果。由托马斯?赫尔佐格设计的德国建筑工业养老金基金会办公楼的将片状金属板的遮阳装置其实就是建筑立面形态的重要功能构件（如图3）。在南立面，托马斯?赫尔佐格设计了一个近似于镰刀形的调节装置，正是这个精致的可调节构件为建筑的外部形态增色不少。这个遮阳构件可以在天空阴暗的时候将顶光反向射到楼地板的位置上。而当阳光直接照射时，构件则转到垂自方向的遮阳板的位置。在正立面的顶部，向内绕轴旋转，可使光线转向的构件提供最大角度的遮阳。建筑的外部形态也因为这个构件的可控制调节性而随之改变，产生丰富的表情。
三、表皮材料的调节
建筑的表皮作为建筑外部形态的重要组成部分，绿色建筑的表皮材料通过采用节能技术的处理，使之具有了利用可再生能源如：光、风、水等的特性，其本身因而也具有了可持续发展的特性。高效的太阳能光电板表皮通过太阳能电池将光能转换成电能，直接为建筑物提供照明、采暖等能源需求。太阳能光电板屋顶通过设计，可以根据建筑形态，经过计算选择不同的尺寸，既满足了建筑视觉艺术上的要求，又实现了节能和储能。西班牙马塔罗的庞佩?法布拉公共图书馆通过将建筑表皮设计成太阳能系统，形成了一个“生产能量的立面”（如图5），使建筑实现了获得良好的室内采光以及美学和经济需求等各个方面之间的最优化组合。建筑所消耗的主要能量是BP Solar系列光电池，包括直接作为立面组成部分的光电池组和安装在屋顶斜向栏板上的光电池组。在这里，通过与太阳能技术的整合，光电池所产生的热量减少了图书馆30%的供热储求。
与此同时，建筑表皮作为边界区分了建筑的内部与外部，建筑外表皮对应的是建筑体外部的形态，它形成了建的筑外观，建筑师应该关注如何去达到建筑的可持续性，比如采用绿色建筑材料、在表皮的组织方式中关注建筑的节能，还可以通过材料的选用和构造的措施利用太阳能等可再生能源。2010年上海世博会的印度馆使用的建筑材料大部分就是可再利用材料。穹顶采用竹结构并覆盖着绿色的植物（如图6），经过工厂处理的再循环水用于绿化灌溉，并设有雨水收集系统，也可以用来浇灌植物。小型风车与屋顶上的太阳能电池充分利用永久性的可再生能源。太阳能电池板、风车以及穹顶上草本与竹木等建筑元素的运用，充分体现节能高效的理念。日本馆外部由可发电的超轻型薄膜包围，透光性高的双层外膜配以内部的太阳电池，实现了高效导光、发电，可以充分利用太阳能资源。世博会的主题馆则在东西外墙上采用了5000多平方米的垂直生态绿墙作为展馆的表皮形态（如图7），夏季阻隔热辐射，冬季既不影响墙面得到太阳辐射热，同时还能形成保温层，使风速降低。除了绿化生态表皮，主题馆还设计了太阳能屋面系统，直接把3万多平方米太阳能板植入到屋面表皮系统中，并将太阳能发电传回到城市电网，使之成为亚洲单体建筑最大的太阳能光伏建筑一体化发电站，达到了环保材料以及清洁能源的利用，应该尽量为建筑提供以最少能耗实现最佳舒适性的可能性。
四、小结
建筑形态的基本元素是组成建筑外部形态的最基本的物质，它是实体物质，携带着形态的信息，表达情意，使建筑形态的物质基础。建筑外部形态构成要素决定了建筑语意的表达，而语意表达则反过来指导人们的形态设计。绿色建筑设计理念逐渐深入使得建筑外部形态产生了显著的变化。由于建筑是一个复杂的系统，一个完整的统一体，如果要将节能技术融人到建筑设计中，同时继续保持建筑的个性，必须从技术和形式两方面人手，使建筑外部形态与节能技术有机结合，在技术和建筑形式之间谋求统一性，使绿色建筑的外部形态更有生命力和说服力。
参考文献
[1]【西班牙】帕高?阿森西奥编著.侯正华，宋晔皓译[M].生态建筑.南京:江苏科学技术出版社.2000.12:136~147.
[2]褚智勇.建筑设计的材料语言[M].北京:中国电力出版社.2006.
[3]陈静.建筑外部形态更新[D].天津:天津大学.2005.
[4]薛恩伦.重视环境.文化与生态平衡的高技派建筑.世界建筑,2000(4).
[5]毛刚，段敬阳.结合气候的设计思路.世界建筑,1998(1).
作者简介
陈辉，内蒙古科技大学建筑与土木工程学院建筑系，教师，地址：内蒙古包头市昆区阿尔丁大街7号内科大建工学院建筑系，014010。
论文作者:单超群
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/6
标签：建筑论文; 形态论文; 太阳能论文; 表皮论文; 构件论文; 形体论文; 节能论文; 《防护工程》2017年第9期论文;