适应于夏热冬冷地区气候特点的建筑采光顶的“可变化”建筑设计策略

适应于夏热冬冷地区气候特点的建筑采光顶的“可变化”建筑设计策略

王浪

悉地国际设计顾问有限公司

【摘要】用可变化的策略解决夏热冬冷地区的冬夏两种极端气候，以变应变的策略才是上策；

【关键词】夏热冬冷地区；建筑采光顶；以变应变

夏热冬冷地区，冬、夏两季气候极端，对于建筑设计而言，其难点在于如何能够同时满足冬季和夏季截然相反的保温、隔热需求，应该来说“以变应变”才是解决这两种截然相反的需求的上上之策，下面本节将介绍几种适应夏热冬冷地区气候特点的，基于“可变化”之构造方式的建筑设计策略：

1）在夏热冬冷地区，建筑采光顶宜突出屋面，在不增加建筑面积的情况下在空间的最高处增加空间容积，形成“蓄热仓”，这种“蓄热仓”有利于减缓使用部分空气的升温。同时顶部设置可转动的整体遮阳，在夏季遮阳板转动到南向阻挡太阳直接辐射，在冬季则转动到北向，使太阳辐射能透过建筑采光顶射入室内，改善室内的光热环境。（见图5.3-1、图5.3-2、图5.3-3）

在材料的选择上，较为常见的遮阳百页材料是铝合金和木材，铝合金百页适合工业化生产，回收再利用的成本较低，且资源丰富。

木百页比铝合金百页在一次性投资上要便宜，但是木百页必须定期维护，两到三年就必须重新喷涂油漆，而且木百页常年遭受日晒雨淋很容易腐蚀，寿命较短。热带硬木虽然可以适应夏热冬冷地区的极端气候环境，但由于资源和价格等方面的因素，它不可能作为外百页大量在该地区使用。

所以，结合本研究室前一阶段的研究结论，耐候性好，能够工业化定型生产的铝合金百页是目前最适合作为建筑遮阳的百页材料，其市场报价为570元/m2，并不昂贵，采用铝合金百页遮阳虽然会在一定程度上使得建筑的初期投资有所提高，但从建筑的全寿命周期来看其有可能更加经济。

在控制方式上，由于建筑采光顶位于建筑屋顶，在控制方式直接采用人工手动控制显然不合理，因此建议采用微型电机自动控制，或者采用滑轮组进行手动控制。

2）在夏热冬冷地区，对于倾斜的建筑采光顶，顶部设置可滑动的整体遮阳，在夏季整体遮阳板滑动到玻璃上方以阻挡太阳的直接辐射，在冬季则滑开，使太阳辐射能透过玻璃射入室内，改善室内的光热环境。

在本人参与设计的位于武汉汉阳区墨水湖畔的碧水科技生态办公楼设计中，就采用这种策略设计了面向南面的斜向玻璃中庭，利用在微型电机自动控制下可整体滑动的铝合金遮阳百页窗，来达到冬季被动式利用太阳能加热中庭空间，夏季利用铝合金遮阳百页反射掉太阳直接辐射，只让具有较低热效应漫射光射入室内，在为中庭空间提供足够的照度的前提下，防止了中庭空间夏季的过热；（见图5.3-4）

从经济角度来分析，虽然采用这种遮阳系统会使得建筑的初始投资有所提高，但从长期运行成本分析的角度来说，通过其节能效应可逐步回收其初期因为使用这种遮阳系统而额外追加的投资；从整个社会效益的角度来看，采用这种适宜的生态技术，对于实现整个社会的可持续发展更是益处良多，而且随着种种适宜的生态技术的被整个社会的逐步接受并广为应用，由于技术的进步、市场的竞争及生产规模的扩大等因素的影响，其造价会逐步降低，因此在生态技术未来的发展中，其价格因素也不会是难以逾越的问题。

3）在夏热冬冷地区，在建筑采光顶的外部设置可转动调节角度的百页遮阳，在夏季白天百页转动闭合阻挡太阳直接辐射；在夏季晚上百页转动打开，以利于室内的冷辐射带走热量；在冬季白天百页转动打开，使太阳辐射能透过建筑采光顶射入室内，改善室内的光热环境；在冬季夜晚，百页闭合，以减小室内冷辐射带来的热量散失。（见图5.3-5、图5.3-6）

4）在夏热冬冷地区，在建筑采光顶的外部设置可转动调节角度的百页遮阳，有较好的气候适应性，但是百页暴露在外容易损坏，因此在经济允许的情况下可以采用双层皮玻璃幕墙技术，设制两层玻璃，在空腔中设置可调节百页遮阳，同时内外层玻璃都要设置可开启通风口。在夏季白天，遮阳百页闭合阻挡太阳直接辐射，同时通风口打开，利用自然通风带走蓄积在空腔中的热量；在夏季夜晚，百页转动打开，以利于室内的冷辐射带走热量；在冬季白天，空腔内百页转动打开使得太阳辐射能透过建筑采光顶射入室内，改善室内的光热环境，同时通风口闭合使空腔内形成密闭空气隔离层，增加建筑采光顶的保温性能；在冬季夜晚，百页闭合，以减小室内冷辐射带来的热量散失。（见图5.3-7、图5.3-8）

5）采光顶的朝向随季节变化而改变，有利于减少建筑冬、夏季节的能耗。当然这需要机电设备的支撑。图5.3-9是德国建筑师PeterHübner设计的、位于德国M?glingen的青年活动中心。此设计利用屋顶旋转技术，实现了“冬季引入阳光、减少采暖负荷，夏季反射阳光、避免过热”的目标。在航天器着陆火星的当今时代，这种整体旋转屋顶的技术只不过是一种“适宜技术”而已。

6）采光顶外设置可整体折叠收起的活动式遮阳板，也有较好的气候适应性，有利于减少建筑冬、夏季节的能耗。日本竹中工务店于1985年7月在神户中央区设计、施工的阿西克斯总部大楼的大厅天窗上设置了可折叠收起的活动式遮阳板，使得大厅不但能够由观众厅很快的变为比赛场，而且使建筑具有了较好的气候适应性。（图：5.3-10、5.3-11、5.3-12、5.3-13）

图：5.3-12（左图）西克斯总部大楼大厅剖面

图：5.3-13（上图）阿西克斯总部大楼大厅屋顶可折叠活动遮阳板详图

本文结合实验研究结论，针对夏热冬冷地区气候因素的主要矛盾－“夏热”问题，探讨了符合气候适应性特征的建筑采光顶设计方式。作者提出了一系列适应于夏热冬冷地区气候特点的，基于“不变”和基于“可变化”之构造方式的建筑采光顶设计模式，对建筑采光顶的设计手法进行了总结，为建筑采光顶的建筑造型提供了诸多气候适应性方面的指导，为基于理性“内核”的建筑采光顶设计提供了新思路。

参考文献：

[1]吕丹，高层建筑的生物气候学—杨经文设计理论研究，新建筑，1999/4

[2]时刚，王爱英，建筑物天然采光新技术，华中建筑，1999，vol.17，No2

[3]刘朝煜，王雪松，绿色建筑中的幕墙技术，重庆建筑大学学报，第22卷第5期，2000/10

[4]倪奂成，庞宗乾，建筑与空调节能，制冷，2001/3，第20卷第1期（总74期）