基于绿色建筑设计理论的建筑物立面设计方法研究

【摘要】绿色建筑立面可选择的设计策略种类繁多，不同策略根据建筑所处的地域特征和气候条件所实现的效果差异化极大。绿色立面策略主要为被动式建筑设计手段，良好的立面设计需要依据地域特征和适用对象整合多种立面设计策略。

【关键词】绿色建筑；立面设计；形体表达；循环经济；建筑节能；采光通风；地域特征

1引言

绿色建筑生态性的被动式源自于英文“Passive Building Design”，该类建筑是在避免过度使用电力资源、石化资源、水资源的基础上，通过建筑的结构选型、总体规划、平面设计、立面设计、材料使用、工艺构造等方法，最大化的与所在区域地理环境相匹配，进而提高建筑空间的舒适度和经济性。被动式建筑设计的理想状态是将建筑能耗降低到近乎为零的水平，实现资源的自给自足。这样的建筑需要充分适应地域气候条件和其他地理环境因素，降低人工采暖和利用自然光。

2优化建筑构造减少设备成本

现代建筑的投资估算中，土建投资占建安成比值逐渐降低，而设备投资的比例随着建筑生态性的要求提升而大幅提升，暖通工程设备是设备投资的主项。建筑通过良好的构造设计，可优化通风、采光、保温性能，减少不必要的暖通、采光设备投资成本。部分设计策略对于建筑构造的改良，仅仅少量提高土建成本，甚至维持土建成本恒定，但设备一次性投资成本和设备的运营成本可有效降低。

建筑造型的优化，可提升建筑室内的光环境、风环境、热稳定性，建筑造型的成本受制于土建成本控制，现代建筑大量使用现\混凝土结构，对于负责形体或异形体的构造有理想的塑造能力，因此形体的改变对于土建成本的提成幅度有限，并且土建成本投资是一次性投资，不必如同设备投资需要可观的运营和维护成本。被动式建筑最大的优势就是通过建筑形态、构造的处理，获得良好的生态性，从而实现低成本绿色建筑。

3利用立面形态提高自然光漫反射

根据不同气候区的日照条件，寒冷地区建筑对日照需求较多，因此建筑设计应将采光性能最大化，夏热冬暖地域则反之，需要将更多的设计应用于外立面遮阳系统。而夏热冬暖地区建筑对采光和遮阳需求的倾向性根据季节的变化而变化，因此该区域建筑需要综合考虑立面设计的可变性和适用性，以满足建筑使用者的需求。

很多绿色建筑都将优化立面采光作为提高空间舒适度的重要途径，良好的立面采光设计反映出空间的性格和属性，营造舒适的空间体验。同时建筑对于自然采光的利用效率很大程度影响日间照明能耗水平，当良好的立面设计提供给使用空间适合的自然采光，人工照明仅仅作为局部的补充或指示性照明，可大幅降低建筑运营成本和碳排放量。通过建筑空间的优化和光学辅助构件的设置，利用光线漫射以及反射的原理，调节光波传播路径，使得建筑空间获得良好的自然光漫反射，如美国捷斯米购物中心的建筑设计，通过漫反射板和棱镜百叶窗结构，有效将自然光引入使用空间。在较大进深的商业空间中，通过采光中庭可有效增加室内采光量，美国捷斯米购物中心的中庭不仅仅中庭本身具有良好的采光效果，中庭周边的挑台、退台空间同样可获得充足的自然采光。

建筑外立面遮阳系统在绿色建筑手段中使用较为普遍，遮阳构件不仅仅在夏热冬暖地区使用普遍，在夏热冬冷和严寒地区也有使用需求，因为该系统在隔热的同时，调节室内空间光环境，有效避免西晒或正午的光线直射但可增加自然光的漫反射，让自然采光更加柔和宜人。在夏热冬冷和严寒地区的遮阳系统还需要具有可变性，即根据季节的变化调节遮阳角度，以适应遮阳需求的变化。

4通过建筑形体改善风环境

建筑通风重要来自建筑外立面和第五立面，高效的空气流动对于被动式建筑的舒适性具有重要意义，而且在气候温和地区效果较为明显。如荷兰怀特里肯研发中心案例中，建筑南翼三条办公空间设计大面积可通风的窗面，同时第五立面也设计大量气窗，自然形成良好的穿堂风效应，有效改善室内空气质量。而清华大学设计中心大厦案例中，通过西侧外立面的架空墙面，夏季为建筑带来良好的空气对流，冬季抑制西北风贯通，实现被动式建筑性能优化。立面自然通风设计虽然可提高被动式建筑生态性和舒适性，但依然具有局限性，具体表现在成功范例主要集中在气候温和地域。因为被动式建筑的通风主要是自然通风，而非依赖机械送风或其他暖通系统，所以在极热或极冷环境中无法为室内空间提供舒适的温度和湿度，因此具有较大局限性。

5应用水体调节建筑微气候

水体具有高比热容、流动性和蒸发性的特点，被动式建筑利用水体可实现低能耗的降温策略。建筑立面挑台、架空层和屋顶花园都可以设置水体，通过水体蒸发从而加速建筑环境的热量散发。如新加坡PARKROYAL酒店案例中，立面挑台设置了景观水池，架空层设置了游泳池，在水体蒸发作用下，带走多余热量，对于改善空间品质具有显著效果。建筑中庭设置水体也是被动式建筑常用的策略，中庭内的水体利用高比热容的特点使得中庭温度保持相对稳定，同时在中庭的烟肉效应作用下将近水面的冷空气流动到中庭中上部空间，从而通过中庭的建筑内立面进入室内空间。

6垂直绿化实现生态外壁

建筑立面垂直绿化是建筑的“生态外壁”，它能改善内空间品质并消暑降温，是降低能耗的辅策略。植被具有蒸腾效应且有绿荫的遮盖，夏季绿荫下气温较附近日光直射下环境温度低1-4℃。立面通过垂直绿化的方式降低建筑环境实际温度和视觉感受温度都具有实际意义。新加坡管理大学李嘉诚图书馆案例中，外壁的藤蔓植物沿着轻钢龙骨支撑的种植网有序的攀爬在建筑外壁，所形成的“生态外壁”为炎炎夏日中的建筑带来清凉。新加坡PARKROYAL花园塔楼案例更是将空中花园应用在建筑立面，将原生态的自然环境更多引入建筑空间，使得绿色建筑更加名副其实、表里如一，让建筑与环境更加统一与协调。

7新材料和能源的优化

传统材料的利用也可让绿色立面实现良好的生态性，如陶板作为建筑材料已具有很悠久的历史，陶板因为制造时内涵较多空气而形成孔洞，所以这样的材料结构的热传导性差，同时陶板的造型易于加工，是立面保温维护结构的理想材料。另外陶板通过特殊加工，可形成条形管状，以格栅的形式呈现在建筑外立面，兼顾了遮阳与通风性能，同时视觉上可形成富有节奏和韵律的秩序感。因此传统材料在使用方式的创新也可为绿色立面带来理想的效果。

建筑新能源利用目前可行的主要为太阳能和风能，其中太阳能已被广泛应用。太阳能利用主要通过集热装置或者光伏板实现，该设备可与建筑立面和顶面造型相结合，但尚无法成为建筑主要能源，主要原因是成本过高，经测算当前使用寿命期间太阳能电力成本为1.9-3.5元每度，而电网供电价格仅0.6-1.1元每度，在没有补贴的前提下使用者难以承担其使用成本，资金制约是太阳能发展的最大阻碍，因此在低成本绿色建筑大量使用太阳能难以实现。风能技术在部分视点绿色建筑上尝试使用，但因收到建筑立面造型、所在区域风能等级的制约，较难广泛应用。以较长的世界能源格局发展前景来看，页岩气将极有可能成为建筑广泛使用的非常规能源。

8结束语

总之，当今绿色建筑以普及到城市、乡村的各个角落，虽然不同地域因为诸多原因，建筑生态性的程度差异较大，但绿色建筑的思想己经深入人心并根深蒂固，人们已经意识到不可走先污染再治理的旧路，绿色建筑作为生态和谐发展的一环，势必和生态圈中的其他环节更加区域协调，共同构成可持续发展的理想家园。

参考文献：

[1] 蔡梅华. 建筑节能与成本控制[J]. 福建建设科技. 2012（04）

[2] 李秀辉. 低成本的绿色建筑设计策略初探[J]. 住宅产业. 2012（03）