建筑表皮生态化设计

【摘 要】本文以建筑表皮为切人点,着重论述了建筑表皮在生态化设计策略（自然通风；自然采光；保温隔热；低能耗；集成立面；新技术应用；积极适应当地气候）下所衍生出的生态化设计.通过理论和案例相结合的方式,充分展现了当代建筑表皮生态设计理念及应用.

【关 键 词】建筑表皮；生态策略；生态设计

1建筑表皮的概念和内涵

自建筑产生以来,表皮就是建筑设计中不可避免的基本问题之一.

建筑表皮(BuildingSkin)是一个借用来的词汇,是想将建筑与生物作一个类.护是皮,结构是骨,空间是灵魂.现今一些建筑师提出建筑的围护体系应该像动物的皮肤一样起到保护、调解室内温度、排出室内污浊空气,适应于外界环境改变的作用,成为一种可以“呼吸的皮肤”.

1.1建筑表皮生态设计理念

今天我们对建筑的认识,已达到“环境性建筑”的高度,即将建筑系统视为地球生态系统中各种不同能量和物质材料的临时组织形式.以此观点来审视建筑的表皮,需要从表皮的原初含意出发并加以系统的梳理,进而有效地揭示出表皮所蕴含的生态意义.

生态建筑使得室内气候环境非常有益于使用者的健康,提高了居住环境的舒适性.并且可以减少二氧化碳的排放量,改善全球气候变暖问题.更重要的是按照生态建筑的全寿命周期来计算,它远比普通建筑节能.

1.2建筑表皮设计的生态策略

建筑表皮生态设计策略密切体现着建筑的生态整合：保温、隔热、遮阳、自然通风、自然采光、低能耗等.表皮设计从功能出发,表现出表皮形式随从生态功能、生态节能、太阳能利用、人的舒适度等功能角度出发,使建筑表皮设计因生态功能而精彩,只有注重生态理念,建筑表皮才会具有本体意义.

建筑通过门、窗、墙、屋顶、地板与外部接触,使室内形成温暖、舒适的环境,同时也形成一个室内外交流的界面,包含了热、气、光的交流,包括视线联系、引进自然光、自然通风、保温隔热、遮阳、适宜的表面温度、避免眩光,建筑外表皮某种情况下可视为多功能载体.

2建筑表皮生态设计及应用

2.1双层表皮

为了获得良好的室内热环境,双层皮立面中保温隔热、导热通风系统引入了生物气候缓冲层这一概念.生物气候缓冲层是指在生态系统结构的框架内,通过建筑构件或建筑群体之间的组合关系,建筑实体的组织和建筑各种细部设计等的处理,在建筑与周围生态环境之间建立的一个缓冲区域,即可在一定程度上防止各种极端气候对室内影响,又可以强化各种微气候调节的效果,尽量满足各种舒适的要求,并且达到节能的指标.其实质就是有效利用双层表皮之简的空气间层.

特隆布墙体是早期双层表皮的一种构造形式,通过玻璃和墙体的构造组合实现对太阳能的被动利用,改善室内热环境,而基于特隆布墙体演化而来的双层表皮幕墙视觉通透性好,近20年来在欧洲许多生态建筑中广泛应用.双层皮幕墙是由内外两层玻璃幕组成,中间是空气流动的热通道,设置百叶、卷帘等遮阳装置,防止夏季强烈的太阳辐射.以每一层为整体单元,在外层玻璃幕上下设置通风挡板和百叶,作为进出风口.因外表皮的存在减小了建筑内表皮的风压,使高层建筑中自由开窗通风成为可能.夏季,打开上下两端的通风口,利用空腔内的烟囱效应(即热压原理)组织间层通风及换热.较冷空气从下端通风口进入,热空气从上端通风口排出.这种气流运行方式不断将新鲜空气带入空气间层,将热量带到室外,从而降低内层幕墙的表面温度.冬季关闭上下两端通风口形成相对静止的空气保温层,有效减少建筑室内外温差,减少热量损失.

2.2变化遮阳

由于平衡自然采光、冬季温室效应以及防止夏季室内过热三者的关键在于控制建筑表皮透明部分(玻璃窗墙)的“透明”状况.而透明的玻璃作为表皮,存在着使用中的两难.作为适应气候的建筑表皮,需要根据具体的气候条件,来调节进入室内的太阳光热辐射量.调控的方法主要有两种：

一是对阳光的“防”(构件遮阳),二是对阳光的“堵”(玻璃阻光).赫尔佐格设计的办公楼运用可调节的镰刀形遮阳构件,可以根据不同季节、不同时段对利用阳光和遮阳的要求,实现“阳光设计”和“防阳光设计”的整合.即使是普通的窗,也可以采用类似护窗板、卷帘及某些特制的百叶,使光热、风仅在有益时进入建筑.而且当今玻璃工业的技术进步,肾这种应变的概念运用在材料本身上.各种光敏玻璃、热敏玻璃、液晶玻璃以及Oka―Lux玻璃,均可以如同生物般对环境变化做出相应的反应.总之,建筑表皮玻璃(透明)部分的气候适应性原则,是通过各种方法来调节“透明度”,使其在透明、半透明及不透明之间的组合变化中实现能耗的最小化.

2.3复合性建筑表皮

传统建筑实体围护体系的构造特征,一般是叠加式的,如在单层混凝土屋面板上添加保温层、防水层,各司其职地完成各项功能.但这种固定的构造难以提供动态调节的方式,因而不完全具备适应气候变化的能力.表皮的可变化部分就不再是各种材质的简单叠加,而是以其对光热辐射的调控为依据,将各种不同特性的材料以适应气候的方式进行优化组合,形成一个有机的系统.

因此,建筑表皮更多地表现出复合性的构造特征.不透明的实体围护部分,常常与半透明的材料相组合,典型有使热量“只进不出”的TWD墙“一半透明外保温墙.在玻璃这种透明材料的运用上,就表现得更为明显.虽然玻璃的热阻较大,但由于一般尺寸较薄而热容小,往往是表皮的薄弱部分.行之有效的方法就是采用具有复合特征的构造方式,在玻璃之外增设一个带通风层的外表皮,形成双层玻璃幕墙.在双层皮之间通过“可变化”的构造,实现诸如组织通风、设置遮阳、引入阳光等一系列截然不同的目标.设计合理的系统,其功能大于所组成的诸元素之和.建筑表皮的这种复合构造特征,可以大大改善护结构的热工性能.

2.4建筑光伏一体化

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片）,多个太阳能光电池加固处理,镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中或固定在其他基层材料之上,彼此之间经过其背面的导线相连,构成一个整体的光电板,在阳光照射下产生直流电.所有光惦记产生的电能,通过多极集成电路整流、变压过程,转化成供使用的交流电,送入用户电网.

建筑物的光伏能量系统,将光伏元素与建筑集成,光电板的尺寸规格可以根据实际工程的幕墙分格方案进行量体定型制作,再把光电板安装在建筑幕墙（屋顶或其他建筑构件）相应的结构上,就组成了建筑光电系统,即建筑光伏一体化设计.

3结语

建筑的表皮是构成建筑的重要组成部分之一.它不断适应生产生活活动的需要发生着功能与样式的变革,逐渐由厚变薄,由封闭走向通透,其功能也从简单的防护功能转变为目前的集多重功能于一身,像媒体表皮、生态表皮等.

建筑表皮生态设计,其中各种生态策略并非孤立的手法,而是综合运用于建筑设计中,运用新的设计手法和建筑材料、简单高效的维护结构和暖通系统．从另一个侧面创造全新的建筑形态.使生态建筑逐步向着更合理、有机的方向发展,营造出建筑特有的诗意与人文色彩.