复合化建筑遮阳设计策略论文
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当前我国建筑耗能占社会商品能源总消费量的比例持续增加，建筑节能要求日趋重要。建筑能耗中，夏季主要能耗为空调耗电量，其次是照明耗电，如一般普通办公楼中两者耗电量几乎占了整栋建筑能耗的90%以上。有效的遮阳设计可以大大降低建筑室内空调与照明的耗电量，从而达到节约能源的目的；然而不当的遮阳措施却可能与采光、通风及视线产生矛盾，对建筑的造型艺术产生影响等。因此，遮阳设计应从整体角度出发，综合建筑的各种功能需求，提出能够协调各方矛盾的、综合性能最优的遮阳措施，这是一种复合化的遮阳设计策略。
1.1与通风、采光及视线的矛盾
遮阳的主要目的是遮挡阳光辐射，但遮挡直射光的同时，也会降低室内照度，在阴天更为不利。不合理的建筑遮阳方式还会阻碍空气流动，改变自然通风的流向，对自然通风有一定的阻挡作用，使室内通风不畅。此外，遮阳挡光的同时也会遮挡视线，尤其是垂直式和挡板式遮阳[1]。因此，适宜的建筑遮阳方式选择应该是将室内采光、通风、视线等因素综合考虑，保证建筑遮阳系统最大程度地发挥其对天然光的调节和控制作用的同时，不影响其对通风、采光、视线等其他功能的影响。
1.2与能源利用结合较少
在欧洲许多国家的公共建筑中都可以看到遮阳与保温或太阳能利用相结合的例子，而在中国却很少。一方面是国内外经济、技术条件的差异，由于造价较高在国内不易推广；另一方面是对可再生能源的利用意识淡薄，因为建筑遮阳是遮挡阳光的建筑措施，很少有人把太阳能利用或墙体蓄热保温与建筑遮阳联系起来。这是两者的矛盾所在，但也正是发掘其潜力的关键点所在。借助一定的技术手段整合矛盾，可使建筑遮阳最大限度地发挥功效的同时，又为可再生能源的利用提供途径。1.3与建筑造型缺乏整体考虑在遮阳设计过程中，建筑师不但要考虑建筑遮阳技术性能的完备，还应考虑建筑艺术上的美感。当前不少建筑缺乏对遮阳与建筑造型的整体性考虑，只是把遮阳作为建筑完工后的一个附加部分；同时，我国建筑遮阳基本处于低技术的发展阶段，材料和工艺创新不够，新型遮阳技术应用不足，遮阳的艺术造型在很大程度上受到限制。采用巧妙的设计和适宜的技术，把外遮阳作为活跃的立面元素加以利用，可使建筑遮阳得到更大的发展和创新，建筑本身也能成为集遮阳与造型于一体的艺术作品[2]。
2改善建筑遮阳的途径
2.1性能的兼容性
建筑遮阳与建筑围护结构需要实现的其他功能（如视野、采光、保温、通风、隔声等）之间相互关联，甚而功能矛盾（图1），这就要求遮阳设计必须从整体角度出发，根据建筑的各种功能需求确定影响因子和矩阵分析，通过量化和权重比较，计算综合性能最大值，以此确定综合性能最优化的建筑遮阳设计模式。
2.2技术的适宜性
根据舒马赫的适宜技术理论①，设计时应该采用符合地方特殊条件的技术，在地方条件限制下做出最佳的技术选择。根据当地气候条件分析，将地方材料、民间工艺与构造做法、地域风格与文化符号等因素融入遮阳设计中的“适宜性”理念，能使建筑既适应气候变化，提高遮阳效果，又能体现建筑的地域性。如伦佐•皮亚诺（RenzoPiano）设计的位于新卡里多尼亚的吉巴欧文化中心（图2），通过研究当地传统的棚屋建筑形式，结合当地的生态环境和气候特点，提取出了“编织”的构筑模式，运用木材和不锈钢材料，巧妙地实现了建筑造型与遮阳、自然通风以及本土文化特征的结合。
2.3设计的整体性
遮阳是建筑造型设计中不可缺少的环节，是现代建筑整体艺术形式重要的组成部分。设计的整体性强调遮阳功能与建筑造型的兼顾。遮阳的整体设计与材料选择及其特性分析有关。可用作遮阳的材料，既有混凝土板、布料、木材、金属等传统材料，也有高强玻璃纤维、棱镜、特种玻璃、膜等新型材料。不同图1遮阳与其他功能的关系图2吉巴欧文化中心遮阳的地域性体现表1不同类型遮阳的材料、形式及应用材料有不同特性，与遮阳设计相关的特性包括材料的透光性（透明、半透明、不透明）、材料的质地（硬质和软质）、材料反射吸热性能等[3]。新材料的运用和新施工工艺的产生，给遮阳的功能改进和造型创作提供了更多实现的平台（表1）。
3复合化的建筑遮阳设计策略
3.1结合太阳能利用的遮阳设计策略
发掘和利用可再生能源是节约资源和实现生态化的重要途径。太阳能是巨大而清洁的可再生能源，将遮阳与太阳能利用相结合是复合化建筑遮阳设计的创新方向。这一策略应当满足太阳能采集的地理环境（避免在日照率较低的地区使用）与建筑朝向的要求，才能达到好的功效。太阳能的利用有直接和间接两种方式（图3）。直接利用中日照和供暖大多是在冬季，要求遮阳构件不能对太阳光过多遮挡；间接利用中发电主要是在夏季，遮阳构件与太阳能发电装置组合有两种方式：①采用光电转换玻璃作为遮阳材料；②将光电板集成在遮阳设施上，在遮阳同时使光电板最大限度地接受光线照射，达到效率的最优化[4]。台南财政大楼的遮阳设计就是采用了这一方式（图4），太阳能光电板能根据具体气候状况做出采光、太阳能发电、遮阳等应变。
3.2遮阳与多项功能相整合的设计策略
围护结构各性能之间的联系决定了在遮阳设计时应兼顾其他因素考虑，综合性能最佳的遮阳措施才是适宜的设计。遮阳与采光、通风、视线等功能的综合是复合化遮阳设计的重要策略。（1）遮阳与采光的一体化设计遮阳与采光综合的方式有三种（图5）：①设置活动遮阳百叶。据天气情况转动遮阳构件，调节光线进入室内的光照量；②设置固定反射式挡光板。挡光板在阻挡太阳光对板下窗户的直射同时，将部分太阳光反射入室内，再经过具散射功能的室内天花转化成柔和的光线供采光使用；③采用活动挡光板遮阳。这种方式结合了活动百叶的可调性与固定反射式挡光板对光线的再分配两大优势，对光线的控制更为灵活[5]。（2）遮阳与视线的一体化设计较大尺度的遮阳设施一般不容易产生视线遮挡的问题，而较小尺度的遮阳构件如百叶帘、格栅、穿孔板等或多或少会对视线产生影响。但从另一角度来看，与影响室内向室外的观看相比，百叶帘和格栅对于由室外向室内的视线遮挡更强，这又不失为一个优点。基于遮阳的，同时尽可能的允许室内观赏室外景色，而又使室外不能轻易地看到室内场景的原则，建筑遮阳材料的选择是关键，适宜的遮阳材料包括：单向透光的百叶帘和格栅、特种玻璃制品、透明度较高的遮阳面料等[6]。（3）遮阳与通风的一体化设计遮阳设施的设置不当会对自然通风造成阻碍。减少遮阳对通风的不良影响，有以下三种策略：①双层玻璃幕墙空腔内置入遮阳装置。遮阳系统置于内外玻璃幕墙之间的空气间层内，采用可调节式遮阳方式，起遮阳和热反射的作用。而外层“皮”设有开口供新鲜空气进入两层玻璃之间的空腔，在内层幕墙上设有可开启的窗户，便于自然通风（图6）；②合理设计遮阳构件的安装位置。一般情况下遮阳构件会改变风的方向，并减缓进入房间的风速。如果对遮阳板的安装位置稍作调整，如与墙体留出缝隙、下移或上移遮阳板等，可引导气流转向[7]（图7）；③合理选择遮阳板的形式。实心的水平遮阳板与空隙较多的遮阳板对通风的影响不同，由图8可知，采用空隙较多的遮阳板，热空气上升不会受阻，产生的气流有利于带走室外热量[8]。因此，水平遮阳宜选用格栅或者镂空的遮阳板，或根据环境气流设计流线型孔洞式通风遮阳构件（图9），实现遮阳与通风的一体化设计。
3.3基于地域特性的遮阳复合设计策略
保持地域差异性有赖于技术与地方文化、经济的创造性结合。基于地域特性的遮阳复合设计主要指结合地域气候的设计方法、结合地方材料与构造的遮阳技术，有利于建筑对气候环境的适应和对地域特色的表达。（1）基于地域气候的遮阳设计无论是何种遮阳方式，都应该对环境的变化有一定的适应性。遮阳与地域气候相适应是有效设计的前提。若采用固定式的遮阳，应该考虑不同季节和时间段的太阳的角度和方位，以此定出合理的出挑尺寸、倾斜角度；活动式遮阳的气候适应性比固定式的强，它可以根据日照变化动态调整自身的结构，满足各种日照情况的遮阳要求[9]（图10）。（2）遮阳与地方材料、技术的复合将传统建造技术、地方材料与现代化精细、易操作的加工工艺相结合的遮阳设计，能更好地获得地域认同（图11）。如盛产木材的北欧和加拿大等国，木质结构的建筑及木材遮阳，都利用了木料隔热、保温性能好，且具有易于加工、置换的优点（图11a）。另外，将传统遮阳技术运用在现代建筑中也是一种适宜设计的策略。例如，以我国传统木构建筑大屋檐为遮阳原理的现代混凝土建筑屋面设计（图11e），利用正午太阳高度角夏季高、冬季低的特点，屋檐的出挑宽度刚好能有效地遮挡夏季日光而又不影响冬季日光进入室内。这种结合地方特点的建筑遮阳设计具有良好的经济性和可操作性，体现了地域环境和文化氛围。
结语
复合化的建筑遮阳设计体现了综合效能最优的理念。具有如下三个设计要点：一是建筑遮阳技术的体系化与综合化；二是遮阳产品与构件的智能化；三是基于地方性和文化性的遮阳设计。前两点是遮阳发展的基本保障，没有技术的支撑遮阳是无法有效设计的；后一点关键在于如何将建筑技术与地方文化特性结合，这不单单是建筑遮阳所面临的问题，也是所有面向未来的建筑设计不能回避的问题。
作者：黄海静 王雅静 单位：重庆大学建筑城规学院