欧洲新建筑的遮阳(刘念雄)

摘要：本文对欧洲新建筑的遮阳设计按不同类型加以分析，从技术与艺术方面探讨新一代建筑师对遮阳设施的运用技巧，并从材料、工艺、调节控制、人性化设计等方面分析了遮阳设施的发展趋势。Abstract:TheshadingofnewbuildingsinEuropeisdiscussedandclassifiedtechnicallyandartistically,referringtothedesigntrendsofmaterial,artsandcrafts,automaticallycontrolandhumanism.关键词：建筑遮阳，遮阳方式，人性化Keywords:Shadingofbuildings,Typesofshading,Humanism欧洲新建筑对于遮阳设计非常注重，良好的遮阳设计不仅有助于节能，符合未来发展的要求，而且遮阳构件成为影响建筑形体和美感的关键要素，特别是新的遮阳构件和构造往往成为凸现建筑高技术和现代感的重要组成部分。欧洲新一代建筑师钟情于晶莹剔透的以玻璃和钢为主要材料的建筑，但由于玻璃建筑存在温室效应，在夏季它往往成为影响建筑热舒适的致命问题，在这种情况下，遮阳设计也就理所当然地成为必不可少的环节。在这方面，建筑师仁者见仁，智者见智，虽然目的相同，但在造型和构造方面，却是各显其能。1建筑遮阳的原理和意义建筑遮阳与欧洲大陆的气候和日照状况密不可分，日照变化和日温差变化的存在，使建筑室内在午间需要遮阳，而早晚需要接受阳光照射。来自太阳的热辐射作用主要从两个途径进入室内影响我们的热舒适：一是透过窗户进入室内并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中又有一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。即使建筑外墙、屋顶和门窗的隔热和蓄热作用在一定程度上稳定了室内的温度变化，但透过窗户进入室内的日照还是对室温有直接而重要的影响。所以，建筑遮阳的目的在于阻断直射阳光透过玻璃进入室内，防止阳光过分照射和加热建筑围护结构，防止直射阳光造成的强烈眩光。在所有的被动式节能措施中，建筑遮阳也许是最为立竿见影的有效方法。现代主义建筑大师密斯@凡德罗对玻璃与钢建造的建筑推崇有加，并深深影响了此后的几代建筑师。玻璃建筑充分体现了室内外视线交流，将内外空间融为一体，从空间的角度来看非常具有感染力；然而，玻璃盒子建筑却存在着一些致命的缺陷，在玻璃幕墙亮丽的外表下面，隐藏的却是为能源付出的高昂代价。特别是如果遮阳方面考虑不当，导致内部出现明显的温室效应，那么整幢建筑空调能耗将居高不下。这对于企图引领建筑未来发展趋势的新一代欧洲建筑师来说是无法容忍的。与老一辈现代主义先驱不同，他们对于技术持有乐观主义观点，在建筑遮阳方面选择了一条生态技术之路。2建筑遮阳方式和设计手法建筑的许多部位，诸如侧窗、屋顶天窗、中庭玻璃顶均需要进行适当的遮阳。遮阳构件多种多样，不同部位的遮阳设计也是有针对性的。其中对于侧窗部分来说，除了平板式遮阳板（木质、布帘、百叶等）之外，按照特点和类别，利用人工构件来实现遮阳的方式就分为水平遮阳、垂直遮阳和格栅式遮阳3种。对于屋顶天窗和玻璃顶来说，布幔和格栅能够充分发挥遮阳作用。除遮阳构件之外，利用绿化、植被等自然因素也有相当理想的遮阳效果。2.1水平遮阳人类早已发现太阳的运行有规律可循，太阳高度角和方位角在一年四季循环往复地变化着，建筑遮阳也由此产生。在不同的太阳方位角和高度角状况下，遮阳构件产生的阴影区也随之改变。因此，水平遮阳时要仔细考虑不同季节、不同时间的阴影变化。在低纬地区或夏季，由于太阳高度角很大，建筑的阴影很短，水平遮阳就足以达到很好的遮阳效果。那么，遮阳板的尺寸如何确定呢？在欧洲大陆的广大地区，夏季遮挡炙热的阳光是必要的，而在多数季节中，充分吸收阳光中的热量则更加关键。因而，最简单也最有效的方式就是利用冬季、夏季太阳高度角的差异来确定合适的出檐距离，使得屋檐在遮挡住夏季灼热阳光的同时又不会阻隔冬季温暖的阳光。水平遮阳的使用最为广泛，柏林的北欧5国大使馆（NordicEmbassies，5个斯堪的纳维亚国家：丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典共享一座综合建筑）采用了水平遮阳板，绿色流线型截面的遮阳板密密覆盖在窗户外侧，与整个墙面融为一体。2.2垂直遮阳决定垂直遮阳效果的因素是太阳方位角，由于它能够有效地遮挡高度角很低的光线，因此适合用于东西方向。柏林的墨西哥大使馆主立面和入口朝东，垂直遮阳能够最有效地发挥作用，18m高的主立面上，最为突出的是从上到下贯穿整个高度的垂直遮阳构件，这些混凝土遮阳板位于玻璃幕墙之外，不仅能够有效遮挡阳光，而且倾斜角度逐渐加大，给人一种韵律感。同样，在柏林奔驰公司总部大楼上，作为垂直遮阳板的竖向黄色线条使人眼前一亮，成为一种标志或者装饰，营造出丰富多彩的几何形体，成为建筑不可分割的有机组成部分，体现了垂直遮阳所具有的艺术感染力。2.3格栅式遮阳格栅式遮阳兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。在这一方面，柯布西耶设计的昌迪加尔议会大厦及高等法院是当之无愧的典范，其风格粗犷的混凝土面层、奇特形体和遮阳格栅独树一帜，影响深远。今天，其追随者仍然在使用混凝土设计以遮阳格栅为主要建筑语汇的现代主义作品。2.4平面板式和帘式遮阳平面板式和帘式遮阳能够最有效地遮挡整个窗户部分的阳光，为了兼顾采光和通风，这种遮阳板往往需要移动和开启，进行适当的调节。对此，不同的建筑师往往有与众不同的处理手法。邻近柏林英国大使馆的威廉老年之家（WilliamEckOldpeople'shome）采用的是移动平板遮阳，在外墙上安装导轨，平面遮阳板用推动的方式根据需要达到遮阳目的。安装在玻璃建筑内部或者外部的布帘不仅能够有效遮阳，而且开启方便，使用自如，折叠之后基本不占据空间。很多建筑，包括alsop&stomer设计的柏林办公楼和法兰克福商业银行均采用了室外帘幕遮阳。柏林GSW大厦建筑在双层玻璃幕墙之间加上彩色布帘，塑造色彩绚烂的表面效果。荷兰阿姆斯特丹码头区的住宅室外的遮阳布帘，在造型上独具特色，可以折叠成一定的角度，在遮阳的同时满足室内的采光需要。百叶是另一种能够广泛使用的遮阳方式，它的优点是能够根据需要调节角度，综合满足遮阳和采光通风的需要。法兰克福商业银行采用了先进的自动控制百叶遮阳系统，轻质的铝合金百叶遮挡住夏季的直射阳光，而将柔和的漫反射光线引向室内。2.5植物遮阳大自然给我们提供了一些天然的遮阳手段，树木或攀缘植物可以用来遮挡阳光，形成阴影，降低墙体表面的温度，由此可见，植物遮阳对于防止太阳辐射、影响室内热环境有着举足轻重的作用。绿化遮阳不同于建筑构件遮阳之处还在于它的能量流向。植被通过光合作用将太阳能转化为生物能，植被叶片本身的温度并未显著升高，而遮阳构件在吸收太阳能后温度会显著升高，其中一部分热量还会通过各种方式向室内传递。当然，最为理想的遮阳植被是落叶乔木，茂盛的枝叶可以阻挡夏季灼热的阳光，而冬季温暖的阳光又会透过稀疏枝条射入室内，这是普通固定遮阳构件无法具备的优点。维也纳百水住宅在外墙部分采用攀援植物来遮阳，窗户中伸出植物起到遮阳的作用，充满自然特性，内院密集的植物对室内外咖啡座进行遮阳，光影丰富多变。绿化遮阳不仅遮挡了夏季的酷热，而且让人领略到建筑与优美的自然环境相融合。汉诺威生态住宅区充分利用了植物和屋顶植被，住宅周围和道路两侧配置了高大密集的落叶阔叶乔木，家家户户特别是玻璃起居室都掩映在绿树丛中，阳光透过树叶的缝隙投下缕缕光斑，犹如一曲动人的旋律。2.6建筑互遮阳与自遮阳柯布西耶和路易?康在印度和巴基斯坦设计的一些建筑充分利用建筑之间和建筑自身的构件来相互产生阴影，形成互遮阳和自遮阳，达到减少屋顶和墙面得热的目的。它没有明显的遮阳构件，主要通过建筑自身的凸凹来形成大面积阴影，把主要的采光窗都置于阴影之中，减少暴露在墙体表面的窗洞口尺寸。在这方面最为典型的高层建筑要数德方斯巨门，它以一个超大尺度的洞口避免了灼热阳光的直晒，面向大门的房间通过中央门洞间接采光。通过建筑构件本身，特别是窗户部分的缩进形成阴影区，将建筑的窗户部分置于阴影之内，形成自遮阳洞口。阿姆斯特丹码头区一些住宅建筑的窗户洞口在达到遮阳目的的同时，还能够给建筑带来非常微妙的光影效果和丰富的韵律感。独立细柱支撑大檐口达到遮阳效果是诺曼?福斯特惯用的手法在剑桥大学法学院有最直接的展现，悬挑出的长长的屋檐足以起到遮阳蔽雨的作用。在奥地利林茨，福斯特在建设中的沃邦太阳能村中设计的住宅也一如既往地用到这种处理方法。对于玻璃中庭来说，除了在建筑屋顶之上再设置大檐口实体遮阳板之外，还经常在玻璃顶内部使用遮阳格栅和布幔。在巴黎贝西公园电影城，宽金属挡板组成密肋梁式遮阳板，使稍微倾斜的阳光很难照到下面的中庭，起到了良好的遮阳效果。随着一天之中光线的不断变化，遮阳板所形成的光影和光斑也姿态迥异。此外，柏林能源中心则在中庭上部采用布幔遮阳，布幔可以通过导轨的滑动来进行调节，形成富有震撼力的室内光影效果。3建筑遮阳设计与采光、通风、隔热、散热遮阳构件的设计固然要达到隔绝太阳辐射热量的目的，但多数遮阳构件是与窗户结合在一起的，因此，窗户原有的采光和通风的功能仍然需要得到满足。遮阳板在遮阳的同时也会影响窗户原有的采光特性和通风特性，由于遮阳板的存在，不仅遮挡了阳光，而且建筑周围的局部风压也会出现较大幅度的变化。在许多情况下，设计不当的实体遮阳板会显著降低建筑表面的空气流速，影响建筑内部的自然通风效果。与之相反，根据当地的夏季主导风向特点，可以利用遮阳板来作为引风装置，增加建筑进风口的风压，对通风量进行调节，以达到自然通风散热的目的。在盖尔森基兴日光能科技园，为了解决300m长廊中庭的通风问题，采用了折叠式布帘遮阳板，玻璃幕墙也可以通过机械装置开启通风。遮阳构件既要避免构件本身吸收过多热量，又要易于散热。遮阳构件在遮挡阳光的同时会因吸收太阳辐射而升温，如果处理不当，选用了热容量高的材料，其中相当一部分热量会最终传至室内。例如，一个简易的水平混凝土遮阳板会将吸收的热量直接传至外墙，并将阳光反射到上层房间内，而且很容易在遮阳板下方造成热空气滞留，从而加速热量向室内的传入，而将遮阳板设计呈百叶或者网状，或者在遮阳板和墙体之间留有间隙，则可避免上述问题。因此，百叶状遮阳板可以在遮阳的同时还不妨碍通风，其热工性能优于实体遮阳板。遮阳板宜采用低热容的材料，以保证日落后能够迅速冷却。在当今以生态技术为代表的建筑范例中，采用新型材料制成的高反射、低热容的金属遮阳板受到越来越多的青睐。此外，将遮阳板（百叶）置于室外的效果显著优于室内，这与遮阳板通风散热有关。以垂直悬挂的遮阳百叶为例，当采用外遮阳时约有30％的热量进入室内，而如果采用内遮阳时则提高到60％。平面遮阳帘幕能够达到100％的遮阳效果，为了给遮阳帘寻找一个最佳的位置，出现了双层玻璃幕墙等新构造。另一方面，为了遮阳构件隔热的需要，出现了结合光电和光热转换的遮阳板构造。4遮阳设计的新趋势以生态技术为手段的新一代建筑师正在积极探索新的、更加高效的遮阳方式.柯布西耶用混凝土筑就的粗犷的遮阳格栅显然无法适应今天的要求，于是，欧洲新建筑的遮阳板不再是我们印象中的那种简陋的混凝土板，而是充分体现了新材料、高技术的利用，充分挖掘多功能、可调控的遮阳构件。德国国会大厦中央玻璃穹顶中的活动遮阳“扇”充分展现了现代科技的细腻与精巧，阿拉伯世界研究中心更是直接将照相机光圈搬到了建筑窗户上。即便是对于木材和织物等传统材料，设计师也致力于寻求通过新的工艺和造型产生相当程度的艺术震撼力。4.1新型建筑遮阳材料和工艺可以用作遮阳构件的材料相当丰富，不同的材料具有各自的物理特性，包括力学特性和热工性能。传统的木材和混凝土今日仍然在使用，只是加工工艺更为精细和现代化.在巴黎国家图书馆，整个玻璃幕墙后面排列了厚重的木遮阳板，通过翻转来改变采光和遮阳效果。织物由于其柔性特征，可以加工成小巧而造型别致的遮阳构件，慕尼黑赫尔佐格和德穆龙（Herzog&Demeuron）设计的建筑利用导轨