歐洲生態(tài)節(jié)能住宅的表皮設(shè)計(jì)

1、T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究歐洲生態(tài)節(jié)能住宅的引言在全世界日益增長(zhǎng)的能源消耗中，無論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究表皮設(shè)計(jì)李振宇1鄧豐12展中國(guó)家，建筑能耗都占國(guó)家總能耗中的較大比例（表1）。而住 宅建筑又是其中建設(shè)量最大、和人類生活關(guān)系最密切的建筑類 型，對(duì)建筑節(jié)能擔(dān)負(fù)有不可推卸的責(zé)任。因此，發(fā)展生態(tài)節(jié)能 住宅是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)最直接、最有效，也是最經(jīng)濟(jì)的辦法。歐 洲國(guó)家自上世紀(jì)能源危機(jī)以來，在生態(tài)住宅以及建筑

2、節(jié)能的研究和實(shí)施上已經(jīng)發(fā)展形成了一套比較完整的體系，并且正在對(duì)056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究摘要/在分析和比較住宅表皮系統(tǒng)與能源消耗關(guān)系的中國(guó)的生態(tài)節(jié)能住宅設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接的影響。056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究基礎(chǔ)上，通過實(shí)例研究并總結(jié)了當(dāng)前歐洲生態(tài)節(jié)能住宅表皮設(shè)計(jì)的特征和發(fā)展趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)住宅表皮對(duì)環(huán)境住宅能耗與表皮的關(guān)系氣候的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，以期為我

3、國(guó)的生態(tài)節(jié)能住宅在“生態(tài)化”、“可持續(xù)發(fā)展”成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要趨表皮系統(tǒng)研究提供一些有益的參考和啟示。勢(shì)的同時(shí)，建筑表皮在表達(dá)和處理人與社會(huì)、環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)鍵詞/生態(tài)住宅表皮節(jié)能遮陽(yáng)雙層皮太陽(yáng)能利用關(guān)系上承載了越來越多的內(nèi)容，其功能性不僅只反映在空間限ABSTRACT/ Based on the analysis of the relation between house skin and energy consumption, this paper makes study and summarization of the identity and development trend o

4、f skin design for eco-energy-saving house in current Europe. It emphasizes the house skin ' s ability of adaptation and adjustment on environmental climate, and hopes to provide useful reference for domestic study on eco-energy-saving house skin system. KEY WORDS/ eco-house, skin, energy-saving,

5、 sunshading, double skin, use of solar energy定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和文化藝術(shù)表達(dá)上，同時(shí)也表現(xiàn)為對(duì)環(huán)境資源的有效利用以及改善室內(nèi)舒適度等方面。與其密切相關(guān)的能源消耗在整個(gè)建筑能耗中占有相當(dāng)大的比重（圖 1）因此，住宅表皮熱工性能的改進(jìn)自然成為許多國(guó)家建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無論從住宅能效要求、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)上還是技術(shù)實(shí)踐上我們都還存在巨大的差距（圖 2，表2）。歐洲生態(tài)節(jié)能住宅表皮設(shè)計(jì)056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究目前歐洲生態(tài)節(jié)

6、能住宅表皮系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)從單項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品的運(yùn)用逐漸走向集成的技術(shù)系統(tǒng)，新能源、新材料，以及 生物工程等高新技術(shù)仍然占有相當(dāng)?shù)闹匾匚唬鷳B(tài)、地另外,方性材料和適應(yīng)性技術(shù)的回歸和運(yùn)用已成為發(fā)展的趨勢(shì)?？烧{(diào)節(jié)式技術(shù)處理手段也受到越來越多的重視，可以通過表皮 外部活動(dòng)構(gòu)件構(gòu)造變化實(shí)現(xiàn)諸如合理遮陽(yáng)、引入陽(yáng)光、組織通 風(fēng)、加熱或降溫空氣等一系列截然不同的目的，這種可調(diào)節(jié)性表1 2 0年世界建筑能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例 （單位：Mtce）國(guó)家住宅公共建筑建筑總能耗住宅占建筑 能耗比例社會(huì) 總能耗建筑能耗占社會(huì) 總能耗比例中國(guó)2 6 1.3 12 1.9 3 8 3.268.192 14 8117.84美國(guó)7

7、6 2.1 6 3 8.0 14 0 0154.433 6 2 91 53 8.5 8經(jīng)合歐洲6 3 7.9 3 6 7.6 10 0 55 6 3.4 42 9 2 303 4.4 0世界2 9 3 8.18 8 02 8 182 60.9816 10().129.93注：經(jīng)合歐洲（OECD Europe ）包括如下國(guó)家：奧地利、比利時(shí)、捷克共和國(guó)、丹麥、 芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、希臘、匈牙利、 冰島、愛爾蘭、 意大利、盧森堡、 荷蘭、波蘭、葡 萄牙、斯洛伐克共和國(guó)、西班牙、瑞典、瑞士、土耳其、英國(guó)等。數(shù)據(jù)來源：根據(jù) International Energy Outlook 2007，Energy

8、 Inform； Administration，2007 整理056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ 5 0 6 7 8120）作者單位：1 規(guī)劃學(xué)院（上海，2 0 0 0 9 2 ）2慕尼黑工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)研究所收稿日期：2009 1 1 09外墻屋頂外窗（含陽(yáng)臺(tái)門 透明部分）外門德國(guó)（EnEV200 9)0.280.201.3 （天窗：14)1.8法國(guó)（RT200> )0.36 0.40 0.2 0 0.251.82.11.5英國(guó)（BR

9、2006) 0.30 0.350.16 0.251.82.22.2 3中國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)（JGJ134 2< 1.5 存D3.0匪01.) 0 存D2.5)< 1.0 fD3.0)< 0.8 D 2.5)<2.54. )7 < 3. 0表2住宅墻體熱工性能（傳熱系數(shù)）比較（W/m 2?K）注：D為熱惰性指標(biāo)056T 特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究h(tp:i.ndl171) 1) h建筑學(xué)扌報(bào) 2010.1 ARCHITECTURAL JOURNALecironic Publishing H：056T 特集 SPECIAL COL

10、LECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究0560 %10%2 0% 3 0%4 0% 50% 6 0% 7 0% 8 0%美國(guó)空調(diào)2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0i歐洲皿照明及家電 i生活熱水供熱照明及家電烹飪1生活熱水2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0供熱日本照明及家電烹飪'生活熱水2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0一中國(guó)2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0供熱二P照明及家電 烹飪生活熱水供熱住宅大?。╩）各項(xiàng)能耗占住宅能耗的比例1 0% 2 0% 30%40% 50% 6 0% 70%80%90%10 0%fl*轄聘年SSL坦2 住宅能效要求比較s1

11、OKg上海3瑞士 Domat/生態(tài)節(jié)能住宅TW外墻1不同地區(qū)住宅面積和能耗差異比較門ARCHITECTURAL JOURNAL 2010.1 建筑學(xué)報(bào)為住宅表皮提供了以最少能耗實(shí)現(xiàn)最佳舒適度的最大可能性。 與此同時(shí)，對(duì)可再生能源的有效利用也成為住宅表皮的主要任 務(wù)之一，太陽(yáng)能利用與住宅建筑已經(jīng)逐漸擺脫兩套系統(tǒng)各自為 政的局面，整體性一體化的技術(shù)日趨成熟。總結(jié)起來，歐洲生 態(tài)節(jié)能住宅表皮設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀具有以下特點(diǎn)：2.1 墻體材料的革新與回歸新型墻體材料的運(yùn)用取得了許多突破性進(jìn)展，原來單一材 料的構(gòu)筑模式逐步被熱工性能優(yōu)良，適應(yīng)氣候變化的復(fù)合式墻 體所取代。例如位于瑞士阿爾卑斯山腳下的住宅項(xiàng)目（圖3

12、）,墻 體由TW半透明熱阻材料和蓄熱材料復(fù)合而成，與普通外保溫 墻體相比，不但可以在夏季阻擋太陽(yáng)輻射，還可以在冬季高效 的吸收太陽(yáng)能，大大地提高了建筑對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。與此同 時(shí)，尊重地理氣候、地域環(huán)境和鄉(xiāng)土文化的呼聲和越來越成熟 的材料加工處理技術(shù)也極大地促進(jìn)了原生材料以及地方性材料 的回歸。德國(guó)巴伐利亞州就鼓勵(lì)使用木材做為建材，因其不僅 是理想的可再生建材，具有很高的生態(tài)平衡價(jià)值，還有利于發(fā) 展可持續(xù)的材料循環(huán)機(jī)制。州政府投資建設(shè)了許多木質(zhì)住宅樣 板項(xiàng)目（圖4）這些住宅還使用了疊加式木頂， 木頂下側(cè)不加隔 板，用戶在住宅里可以體驗(yàn)到木質(zhì)的結(jié)構(gòu)，親切環(huán)保，充分表 明了木材作為建材的優(yōu)勢(shì)。慕尼

13、黑兩升節(jié)能房（圖5）外表面采用 了具有高保溫及密封性能的纖維保溫實(shí)木材料，3層玻璃，可靈 活調(diào)節(jié)的熱回收通風(fēng)設(shè)施，使得該住宅的供暖需求量?jī)H僅為2 0kWH/,m相當(dāng)于每平方米居住面積每年的燃油耗油量?jī)H為2 L3由此可見墻體材料的革新和原生態(tài)、 地方性材料的回歸是 現(xiàn)階段住宅墻體發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。2.2 可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)的技術(shù)與美學(xué)價(jià)值隨著建筑節(jié)能和太陽(yáng)能利用意識(shí)的增強(qiáng)，可調(diào)節(jié)式遮陽(yáng)因 其可根據(jù)氣候、太陽(yáng)角度的變化及使用者的要求自由調(diào)節(jié)，以 滿足室內(nèi)光熱環(huán)境的需要而得到越來越廣泛的運(yùn)用，可以綜合 滿足環(huán)境適應(yīng)性、采光控制和熱舒適要求，同時(shí)其美學(xué)潛力也 不斷得到開發(fā)。荷蘭阿姆斯特丹的城市住宅（圖6

14、）利用可調(diào)節(jié)的 鐵銹色金屬穿孔遮陽(yáng)板，暗示了該區(qū)域原來曾經(jīng)輝煌的工業(yè)港 歷史。德國(guó)卡塞爾（Kassel ）城市住宅（圖7）的活動(dòng)折疊百葉遮陽(yáng) 板由落葉松原木制成，可以通過室內(nèi)的手柄由住戶自由控制， 使得整個(gè)住宅在不同時(shí)段獲得多變而生動(dòng)的立面效果。慕尼黑 某住宅（圖8）的滑動(dòng)遮陽(yáng)板采用與外墻相同的材質(zhì)和劃分，凸顯 了立面的整體性和節(jié)奏感。西班牙沙巴德爾（Sabadell ）城市住宅 （圖9）立面由深色石材、木質(zhì)板條以及同樣材質(zhì)的木質(zhì)滑板遮陽(yáng) 構(gòu)成，窗被掩藏在墻面肌理的秩序之內(nèi)，隨著室內(nèi)的需要而變 換。這些形式多樣，材料豐富，造型新穎的可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)除了其 顯著的熱工效果，同時(shí)也因其自由多變的特征而成

15、為住宅立面 造型的主要手段之一，對(duì)于地域文化的彰顯也起到了很大作用。ARCHITECTURAL JOURNAL 2010.1 建筑學(xué)報(bào)ARCHITECTURAL JOURNAL 2010.1 建筑學(xué)報(bào)4德國(guó)施魏因福特市的木質(zhì)住宅樣板房5慕尼黑"2L "節(jié)能住宅6阿姆斯特丹城市住宅金屬穿孔7卡塞爾城市住宅折疊百葉遮陽(yáng)板遮陽(yáng)板ARCHITECTURAL JOURNAL 2010.1 建筑學(xué)報(bào)& 194-2010 China A<adeiTii< Journal El<2uLronie Publishing I u jj c All rightsARCH

16、ITECTURAL JOURNAL 2010.1 建筑學(xué)報(bào)特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究8慕尼黑城市住宅移動(dòng)遮陽(yáng)9西班牙沙巴德爾城市住宅的木質(zhì)滑動(dòng)遮陽(yáng)10奧地利因斯布魯克節(jié)能住宅特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究2.3 雙層皮系統(tǒng)的擴(kuò)展和運(yùn)用這里的雙層皮系統(tǒng)并非特指雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，而是泛指 具有立體空間特質(zhì)的雙層立面系統(tǒng)。同普通外墻相比，雙層皮 系統(tǒng)在天然采光、自然通風(fēng)和節(jié)能、降噪等性能方面有相當(dāng)?shù)?優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?，受到了越來越多的青睞，尤其是在許多辦公

17、 建筑中得到成功運(yùn)用。在住宅領(lǐng)域，利用其雙層結(jié)構(gòu)的基本原 理和被動(dòng)手段也獲得了許多擴(kuò)展和運(yùn)用，為住宅表皮系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)提供了一種新類型。例如外走廊的設(shè)置，可以取得放大的雙 層皮效果，除了其良好的遮陽(yáng)效果以外，還可以利用外廊及構(gòu) 造細(xì)部形成風(fēng)壓差，從而引導(dǎo)氣流的運(yùn)動(dòng)方向，促進(jìn)室內(nèi)自然 通風(fēng)。奧地利因斯布魯克(Innsbruck )的節(jié)能住宅1(圖淇,0、 表皮外圈環(huán)繞一層布滿綠銹的活動(dòng)金屬銅板，大進(jìn)深加環(huán)外廊 的設(shè)計(jì)可以形成對(duì)通風(fēng)有利的風(fēng)洞效應(yīng)，廊式空間的延續(xù)性對(duì) 室外氣流有匯集和引導(dǎo)作用，同時(shí)由于其遮陽(yáng)效果所形成的風(fēng) 涼區(qū)又可以降低室外的空氣溫度，從而有效地改善了室內(nèi)的熱 舒適效果。西班牙沙巴德

18、爾的城市住宅(圖 12、1 3)南向外廊配 以活動(dòng)木簾進(jìn)行遮陽(yáng)，形成溫度緩沖區(qū)，另外木簾不同的開啟 方式可以獲得不同的采光和通風(fēng)效果，木制界面的親和也同時(shí) 喚起了對(duì)這一地區(qū)傳統(tǒng)院落的集體記憶。建筑師赫爾佐格/德 光熱需要進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，使得整個(gè)住宅立面生動(dòng)而和諧。這種 放大的雙層立面效果可以有效地利用雙層皮的基本原理提高住 宅的氣候適應(yīng)能力，控制經(jīng)濟(jì)成本，減少不可再生能源的消耗， 具有很高的實(shí)踐價(jià)值。2.4 太陽(yáng)能技術(shù)與住宅建筑的一體化設(shè)計(jì)歐洲太陽(yáng)能建筑已經(jīng)發(fā)展了將近半個(gè)世紀(jì)，逐步形成了一套成熟的太陽(yáng)能利用系統(tǒng)，創(chuàng)新的太陽(yáng)能材料和技術(shù)使得建筑 表皮同時(shí)得到了能源和美學(xué)意義上的整合發(fā)展。對(duì)于住宅建

19、筑 而言，從建筑整體出發(fā)開發(fā)和利用太陽(yáng)能意味著把傳統(tǒng)的建筑 圍護(hù)結(jié)構(gòu)從損失能量轉(zhuǎn)換為吸收能量，并且實(shí)現(xiàn)住宅內(nèi)部空間 與外部環(huán)境的氣候適應(yīng)。例如建于荷蘭阿默斯福特(Amersfoort) 的太陽(yáng)能住宅區(qū)(圖16、17)，采用了多種太陽(yáng)能收集形式，住 宅屋頂和墻面覆蓋有 2 8 3 22的太陽(yáng)能光電板，依靠陽(yáng)光可以產(chǎn) 生2 1 .萬(wàn)5 kWh旳電量：41住宅通過自身的太陽(yáng)能系統(tǒng)不但可 以獲得自身所需的能源，而且多余的能源甚至可以轉(zhuǎn)入市政能 源網(wǎng)中，體現(xiàn)出極大的經(jīng)濟(jì)和能源優(yōu)勢(shì)。奧地利的泰爾夫斯城(Telfs )位于阿爾卑斯山的腳這里擁有充足的陽(yáng)光資源， 由 建筑師彼得？洛倫茨(Peter Loren

20、z)設(shè)計(jì)的社會(huì)福利住宅， 設(shè)計(jì)為起伏的大陽(yáng)臺(tái)(圖18、19)，并且結(jié)合欄桿設(shè)置了大量的特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究梅隆(Herzog / de Meuron )在巴黎設(shè)計(jì)的城市住，宅太陽(yáng)能光伏板，最大限度的利用了這里的陽(yáng)光和景觀資源，斑 外廊附有一層金屬穿孔折疊板，當(dāng)金屬板完全關(guān)閉時(shí)，整個(gè)玻駁的太陽(yáng)能板也為住宅立面注入了更多的活力。德國(guó)科堡市特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究特集 SPECIAL COLLECTION綠色建筑？綠色建筑設(shè)計(jì)研究璃立面被封閉在呈半透明狀的穿孔板后面，用戶可以根據(jù)室內(nèi)(Coburg)的太陽(yáng)能房

21、(圖21)，南向外墻的窗下墻里用水泥11奧地利因斯布魯克節(jié)能住宅外廊12沙巴德爾城市住宅外廊遮陽(yáng)木簾13外廊遮陽(yáng)的不同開啟方式砌入了有集熱功能的管道系統(tǒng)，并在其外側(cè)加裝了半透明的隔 熱層，可以最高效率地利用吸收太陽(yáng)能。陽(yáng)光透過南立面的大 塊玻璃照進(jìn)寬敞的走廊，其后堅(jiān)實(shí)的實(shí)墻體也擔(dān)負(fù)起了蓄熱的 作用。由此可見太陽(yáng)能技術(shù)與住宅建筑的一體化設(shè)計(jì)是未來太5) 提高對(duì)可再生能源的利用，減少不可再生資源的損耗；6) 注重太陽(yáng)能技術(shù)與住宅的一體化設(shè)計(jì)，開發(fā)太陽(yáng)能設(shè)備的美學(xué)潛力。陽(yáng)能住宅發(fā)展的必然趨勢(shì)。3 結(jié)語(yǔ)作為影響住宅建筑能耗的重要因素之一，提高住宅建筑表 皮對(duì)環(huán)境氣候的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，有效利用可再生能源，減少 住宅對(duì)不可再生能源的消耗是住宅表皮的主要任務(wù)之一。目前 國(guó)內(nèi)許多關(guān)于建筑表皮的研究和理解還不夠透徹，許多建筑僅 僅只是借用了表皮概念一般意義上的立面而已，而忽視了其更 深層次的生態(tài)意義。因此，研究和總結(jié)當(dāng)前歐洲生態(tài)節(jié)能住宅 表皮設(shè)計(jì)的特征和趨勢(shì)可以為我國(guó)的生態(tài)節(jié)能住宅表皮研究