现代节能建筑立面设计要素分析

郑州大学建筑学院 余 茹

河南农业大学林学院 卫 红

现代节能建筑立面设计要素分析

郑州大学建筑学院 余 茹

河南农业大学林学院 卫 红

钢和玻璃相结合的建筑形象在19世纪曾引起了轰动，它引发了人们对建筑美的重新认识。但技术的发展及能源的廉价，使人们热衷于利用成熟的机械设备与大面积外墙玻璃相结合达到美学上的需求，而无视建筑所在的地域及气候条件，忽视了建筑的能源消耗问题。近年来，建筑立面设计脱离功能需求的分离越来越严重，我们不仅为此付出了昂贵的经济代价，也对环境造成了破坏。世界上许多优秀的有责任的建筑师在进行建筑设计时不仅注重节能技术的运用，在外立面设计上也赋予更多理性的设计，使其达到降低建筑能耗的目的。

一、现代节能建筑中立面设计影响因素

现代建筑立面的节能设计，依据建筑所处地域环境的差异、基地环境的特点，以及建筑物的体形系数、形态构成等因素环环相扣。这些因素不仅表达着建筑物本身的性格特征，更多的是左右着建筑物的耗能量。由此产生的独特的形式创作也是能源节约的有效手段及建筑适应气候措施的综合表达。

1.地域因素。由于建筑所处地理环境不同，应对自然条件的反应也不同。这必然会影响到建筑立面设计的不同。因为现代节能建筑的立面设计首先要从地域特征入手，结合当地气候特点、地域特性进行分析，针对各种不同气候地域的特点，进行适应于气候的建筑立面设计。例如20世纪40～50年代，美国的理查德·纽特拉、路易斯·康，保罗·鲁道夫，巴西的奥斯卡·尼迈耶、卢西奥·考斯塔等建筑师的许多作品中都充分考虑了气候和地域这两个因素对设计的重要影响作用。

2.基地因素。任何建筑都必然要处在一定的环境之中，并和环境保持着某种联系，环境的好坏对建筑的影响很大。尤其是建筑所处的自然形态特征与建筑立面设计息息相关。基地环境包括场地环境在城市中所处的位置、周边地段环境以及基地的场地环境状况等。基地环境是建筑外部环境的一个组成部分，是建筑设计环境构思时制约建筑生成的重要因素。我们在进行现代节能建筑设计时要根据不同的建筑场地环境进行分别研究。比如，美国著名现代主义建筑设计师赖特的有机建筑就是针对基地因素合理设计的最好证明。

3.建筑体型。研究表明，体形系数越小对建筑节能越有利，因此，出于节能的考虑，在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。有许多节能建筑没有明确的南北立面或者东西立面，而是把建筑作为一个整体进行考虑和设计，从整体上构思建筑的节能系统。不仅准确地把握了建筑空间，更加拓展了建筑外立面的设计。著名的案例有英国伦敦市政厅、伦敦瑞士再保险公司大楼。这两个成功的节能建筑都是通过建筑体型的精确巧妙设计来影响建筑本身的节能效果。

4.形态构成。建筑的形态构成也是影响建筑立面设计的主要因素。建筑的凸凹变化，形态特点往往会对建筑物的光照、通风带来一定的影响，从而影响建筑的能源消耗。包括建筑物与外环境的换热能，自然通风状况和自然采光水平等。而这两方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑形态会造成能耗的巨大差别。例如伦佐·皮亚诺设计的吉巴欧文化中心（图1）和杨经文设计的梅纳拉大厦都是通过建筑本身形态设计来影响建筑节能效果的典范。

图 1 吉巴欧文化中心

二、现代节能建筑立面设计的构成要素

现代节能建筑的立面设计的构成因素主要有第5立面即屋面设计、建筑立面材质、结构构件、采光设计共同构成。此外，建筑外立面的颜色、保温材料的使用也对建筑的能源消耗发挥着一定作用。

1.第5立面。研究表明，屋面的耗能约占建筑总耗能的10%。因此，重视屋顶的节能设计，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调耗能、改善室内热环境的一个重要措施。目前，比较常用的建筑节能屋面除倒置式屋面、外保温屋面、通风屋面、阁楼屋面、太阳能屋面外，还可采取绿化屋顶、蓄水屋顶、采光屋顶等几种措施进行屋面节能设计的考虑。也有许多现代节能建筑设计在地下，建筑的屋顶直接是各种活动场地。像这样的地下设计尽管在光照、视线、景观方面有不足之处，但在节约能源方面有很多优点。日本著名建筑事务所松田平田建筑设计事务所设计的千叶神田外语大学就是掩土建筑的成功范例。

2.立面材质。建筑立面材质在表达和处理人与社会、环境之间的协调关系上承载了越来越多的内容，其功能性不仅反映在空间限定、围护结构和文化艺术表达上。同时也表现在对环境资源的有效利用以及改善室内舒适性等方面。采用新材料、新技术手段来进行设计的建筑外表皮同样在节能方面成绩斐然。2003年赫佐格·德穆隆设计完成的德国建筑工业养老金基金会办公楼（图2）方案中，采用的是金属外表皮。其建筑表皮不仅注重形式上的美感，并且能起到保温隔热和遮光的作用。

图 2 德国建筑工业养老金基金会办公楼

3.采光设计。现代建筑在进行节能设计时还应从建筑构件处理上进行推敲。力求建筑构件的设计不仅在功能上满足需求，还对建筑的节能发挥巨大的作用。屋檐的出挑，阳台的凹凸，楼板的设计无一不从节能的角度出发，使建筑构件不再仅仅是建筑立面效果的组成部分，也是建筑节能的辅助设置。

（1）窗口设计。在建筑中，窗户设计是否合理，将直接影响节能设计的成功与失败。所以，为更有效地利用能源，我们必须从门窗入手。但窗面积的减少会影响到采光系数，因而要通过合理的设计来协调两者的关系。广州市新图书馆设计方案（图3）由于体量庞大，为了确保建筑表面积能够提供有效的自然通风和自然采光，并满足图书馆建筑所要求的适当进深。在建筑上设置了大大小小的狭长开口。外墙还采用了檐口状的石材遮阳百叶和深凹的狭长开窗，并对两者进行了随机组合排列，经过设计师精心地设计，广州市新图书馆在节约能耗方面取得了不错的成绩。

图 3 广州市新图书馆

（2）遮阳设计。现代建筑立面对于遮阳设计非常重视。良好的遮阳设计不仅有助于建筑节能要求，符合可持续发展的理念，而且能够使建筑更趋于人性化、多元化和精美化。透过丰富的材质和精美的细部，能充分彰显材料的美感与细腻。实践证明，采取对建筑进行遮阳的措施可使空调的高峰负荷大大削减下来。如果把遮阳与建筑构件合理结合，不仅能大大丰富建筑立面，还会对降低建筑能耗发挥重要作用。在遮阳方面，马来西亚著名建筑师杨经文设计的位于马来西亚吉隆坡的梅纳拉大厦在遮阳方面可谓是优秀的案例。

综上，尽管立面各个影响因素以及立面构成要素对于节能效果影响显著，建筑的剖面设计、建筑方位、空间的设计、建筑的颜色和开敞空间的设计也是影响现代建筑节能的重要因素。所以，改进建筑设计方法，发展节能建筑，是各国建筑师们共同关心的重大课题和责任。