盧玫珺華北水利水電大學建筑學院建筑節能技術專題講座5——節能建筑形態設計空間構成引入

建筑形態建筑學的基本問題一幢建筑最易把握的是建筑形態反映內容建筑外觀形態呈現的外在形式內容（空間和功能）的外顯內容的表象理解

對建筑的認識、感知、闡述及研究認識

無論是理論、美學，還是技術層面一切命題都最終落腳于建筑形態方面形態對自然環境、氣候特征的尊重現代節能技術的發展對相關節能技術的應用對當代建筑產生全面的影響當代建筑形態呈現出多樣性的表達方式妥善解決氣候所引起的節能技術問題同時進行新建筑形態探索

中外建筑師以適應氣候為設計思路作品既能滿足節能要求，建筑形象又能體現地域文化和時代風貌越來越多注重建筑形態與各種節能技術的理性結合高效的節能建筑將節能設計作為建筑形態創作中的元素要求建筑師在實踐中一、傳統民居的啟示二、現代建筑師的借鑒與創新三、基于節能技術的建筑形態設計提綱

一、傳統民居的啟示受技術、經濟水平低的限制，傳統民居優先考慮——盡可能利用外界能有限利用的氣候自然，盡可能獲自然采暖和空調效應。傳統民居在平面布局、形體處理、材料運用和構造方法等方面形成多樣性的形態特征。

合理利用自然資源回應地方氣候的典范世界傳統民居1）房屋材料受制于自然氣候資源條件的影響干熱氣候——巖石、土胚磚、生土——重質濕熱氣候——樹木、茅草、蘆葦、樹木——輕質2）太陽輻射對傳統民居的影響干熱、濕熱氣候：夏季白天減弱太陽輻射是首要問題。中東地毯式規劃使建筑相互靠近，相互遮陽且自遮陽。深深的涼廊（屋檐）、保護性陽臺。世界傳統民居3）通風散熱和防風對傳統民居的影響通風散熱：濕熱氣候（輕盈通透和架空處理）、干熱氣候（捕風塔、裝水陶罐）；防風：干熱氣候（密集緊湊的街道空間、內向型院落布局和封閉式圍護結構）4）降雨對屋頂坡度的影響坡屋頂的坡度隨著降雨量的減少而減少。中國傳統民居1）氣候適應性

北方民居主要特點是防寒、防風。取暖多設火炕、火墻、地爐。火炕中的磚、土及石材吸熱后，再慢慢放熱，炊事余熱被作為熱源進行二次利用。北方民居以保溫、防寒和采暖為特色，外墻厚，朝南窗戶開得大，朝北基本不開窗或開小窗，建筑密閉性好。

夏熱冬冷地區夏季酷暑炎熱、濕度大、風小，江南民居首要考慮通風隔熱，防潮避雨，兼顧冬季保溫。北面相對開窗，增強通風。中國傳統民居1）氣候適應性

濕熱地區傳統民居輕盈和通透。注重通風，前后門窗對開，形成穿堂風；用小天井加強自然通風；院內植樹成蔭加上遮陽。

干熱地區傳統民居街道密集，狹窄的街道和高深內院可使交通空間和公共空間常處于建筑的陰影遮擋中，建筑材料選用泥土、塊石等熱容性好的材料，大量吸收白天熱量，晚上逐漸釋放出來。2）座北朝南是中國民居的布局傳統建筑環抱陽光，一般以南墻作為主要采光面，南窗多且面積大。3）融采光、通風于庭院和天井中中國傳統民居，從南到北沿襲庭院模式。北方庭院稍大以接納更多陽光；南方庭院稍窄以獲取蔭涼空間；西北地區形成地坑院。4）中間區域（灰空間）居住區與室外之間形成的具有保護作用的區域。——檐廊——半室內半室外空間典型案例1：藏、羌等少數民族的邛籠民居

邛（qiong）籠也稱“碉樓”——羌族的傳統民居。流行于四川茂縣。一般平面呈四方形，用石塊砌造。分三層，上層放糧食，中層住人，下層飼養牲畜。有門，層與層之間有獨木梯上下。外形雄偉，建造堅固，最多達十三至十四層，高30余米，具有居住和防衛等用途。利用方整封閉的框套空間和豎向分割空間，通過敞間和氣樓的設置和厚重的土石圍護結構、深凹的漏斗形外窗等適應山區嚴寒氣候和早晚溫差變化對室內熱環境的影響。邛（qiong）籠民居邛（qiong）籠民居的建筑形態特點典型案例2：新疆地區的高臺民居喀什高臺民居

利用內向型半地下空間與高窄型內院，通過吸熱璧井、地下通道、雙層通風屋頂、冬季空間和夏季空間的區別對待等設計手段適應西北地區干熱干冷氣候。高臺民居的建筑形態特點特點：1）內向的空間形態。新疆夏季陽光充足，氣候炎熱但溫差大。根據光照特點，建筑平面布局力求緊湊，以最小表面積，爭取圍合最大空間。圍繞內院布置，所有門窗都朝向內院，外圍是厚重的實墻，開窗少且小，多高窗以減弱地面陽光反射。住房單層或帶地下室，上下均可住人，下層有一半處于地下，屬于半覆土形式。典型案例3：新疆地區民居新疆地區民居2）制造陰影空間。由于太陽輻射強度很大，遠遠超出人正常需求和忍耐值，因此強光下的陰影成為人們賴以生存的空間。①利用葡萄架；②檐廊（內院沿居室搭建的半開敞空間）；③檐廊和炕圍合起來的內院加上氣樓，構成阿拉伯族稱為阿以旺的空間；④密集街區構成陰影空間。維吾爾語明亮處所新疆地區民居3）冬暖夏涼的轉移空間。氣候溫差較大，夏季炎熱冬季寒冷，轉移式生活方式適應氣候而成。冬季屋中南，空間低矮，有利于保溫；夏季屋朝北，終日處于陰影中，空間高大，設有通風窗，夜間通風降溫。轉移式空間還表現在人們利用屋頂作為夜間納涼的空間。典型案例4：廳井式民居長江流域及其以南地區的通用形式——尤以江浙、兩湖、閩粵為典型

廳井式民居是庭院類型民居中另一大類，其特色表現在敞口廳及小天井。即組成庭院的四面房屋皆相互聯屬，屋面搭接，緊緊包圍著中間的小院落，因檐高院小，形似井口，故又稱之為天井。天井內一般皆有地面鋪裝及排水渠道。每幢住屋前皆有寬大的前廊或屋檐，以便雨天時串通行走。同時一部分住屋做成敞口廳等半室外空間，與天井共同作為生活使用空間。其結構多用穿斗式構架。這種形式民居在濕熱的夏季可以產生陰涼的對流風，改善小氣候；同時有較多的室外、半室外空間來安排各項生活及生產活動，敞廳成為日常活動中心，而不受雨季的影響。廳井式民居的建筑形態特點以通為主的陰影空間，通過高敞堂屋（廳）和天井的組合、屋頂隔熱、深遠挑檐和重檐、多孔透氣的隔墻和輕質圍護結構等設計手段來適應南方地區高溫高濕的夏季氣候條件。典型案例5：傣族的干欄式民居盛行于東南亞、馬達加斯加、中國大陸西南地區及臺灣等地區干欄式民居又稱干欄屋、高腳屋、吊腳樓、棚屋。通常是木頭，竹子所構屋梁，并用茅草蓋頂遮蔽的住屋。主要特色是將其樓板墊高，以樓梯上下住所。日本的神社與谷倉也是此類型。干欄式民居的建筑形態特點利用底層架空、通透開敞的平面空間，借助層層跌落的屋檐和腰檐、大坡度的屋頂、不到頂的隔墻、墻面外斜和輕薄通透的竹（木）板圍護結構等設計手段來適應熱帶氣候條件。中國傳統民居的當代轉換受客觀條件限制（經濟、技術水平），存在問題：1）南方天井院落民居：狹小的天井院落，導致室內光線昏暗；2）西北窯洞：夏季潮濕陰冷，通風不好；3）北方民居：以各家為單元，燃煤取暖，對自然環境造成污染。4）民居：使用空間布局已不適和當代人們生活使用要求。問題當代轉換（傳統向當代的轉換）1）形式的當代借用功能型、自發型上升為概念化、融入審美取向和形式結構的藝術與功能并重、主動式的形式語言。——差異性轉變2）技術上運用與拓展設計充分利用當地地理條件和氣候因素完成使用功能，且繼承歷史積淀。3）舊有生存經驗和當前生活方式的關聯——在傳統積累的生存經驗記憶中選取與之對應的設計元素，使人們在忙碌生活中追意回憶，完成一種感覺上的精神釋放與安逸。4）文化保護意識和當代文化建立意義上的共存——合理共存。

20世紀以前，氣候是建筑師所要考慮的重要方面——通過建筑形式、空間和構造的設計，使夏季獲得充分遮陽和自然通風，冬季獲得溫暖的太陽光照——以解決基本舒適要求。二、現代建筑師的借鑒與創新隨著工業時代到來——設備萬能觀念——1973年能源危機，恢復建筑與氣候的良性互動關系。

20世紀30年代，改變其20年代的形式和手法，以適應地區、地形和氣候特點，從北非傳統建筑形式得到啟發，將現代技術與地方智慧結合——建筑構件（深遮陽、遮陽板和傘式屋頂）其后期設計運用調節建筑小氣候的工具、得心應手的語匯。柯布西耶——昌迪加爾高等法院、議會大廈建筑形態特征從整體到局部體現在三個層面：1、外部形態輪廓：建筑形體作為建筑物最先傳達給人的視覺信息，給人最直接、最強烈的印象；合理的建筑造型，可充分利用氣候資源并將自然環境對建筑的不利影響降低到最小。2、內部空間組織：建筑空間作為建筑處理的重要元素，一直是建筑師素養和設計水準的重要標志。科學的空間處理不僅創造豐富的內部空間組合形式，還起到環境調節作用。三、基于節能技術的建筑形態設計3、局部建筑構件和構造：作為產生豐富視覺效果的設計要素，形態上各有特點；特定高效的建筑構件和構造，有利于保障節能技術的實現。

盡可能充分利用自然資源——太陽能、風和自然光

建筑設計中的節能技術——被動式太陽能采暖、建筑遮陽、自然通風及自然采光（一）被動式太陽能采暖技術下的形態解析被動式太陽能采暖設計是通過建筑物朝向、方位的布置、建筑物的內部形態和構造的設計及建筑材料的選擇有效地采集、儲存和分配太陽能。1、南向展開的纖長體形沿南向充分展開的纖長建筑體形，可增加建筑吸收太陽輻射的面積。——廣泛運用賴特的雅各布斯Ⅱ住宅（半圓太陽屋）1）南向彎曲的纖長弧形不僅可充分利用太陽能，也更易于寒冷北風平滑地掠過建筑。2）朝南兩層高大玻璃窗起直接受益窗作用。3）混凝土地面厚實、不加修飾、用石灰石砌筑的后墻和山墻是好蓄熱體。4）北側及圍過山墻的覆土起保溫作用。南向彎曲的纖長弧形托馬斯·赫爾佐格的德國文德伯格青年教育中心客房建筑纖長矩形：東西軸長，南北軸短的纖長矩形不僅有利于獲得太陽能，而且因外墻面積較小，散熱少，利于減少建筑熱量損失。1）將建筑體量分為長短不同的幾個矩形，根據不同空間的溫度要求和使用時間，將使用時間較長的客房布置在建筑南側（通過大面積玻璃窗獲得太陽能和日光進行采暖和采光）。2）主體結構采用厚重、熱穩定性好的材料建造。3）南側外墻不透光區域使用透光保溫材料。2、對角線立方體

托馬斯·赫爾佐格構思：一種近似正方體的體塊，以對角線為軸南北向放置，同時滿足增加太陽輻射面積和減少外界面面積要求。住宅方案中的對角線立方體研究表明：建筑外表面積的減少可促進能源效率的最大化。對太陽能建筑而言，建筑體型不是以外界面越少越好來評價的，而是以南向外界面的面積越大，其他方向外界面盡可能少為佳。為最低限度在冬季吸收太陽輻射和減少散熱，建筑形體應東南、西南方向暴露盡可能大外界面。（二）建筑遮陽技術下的形態解析建筑遮陽是通過調節太陽輻射在建筑外圍護結構（尤其窗戶）的分布，從而達到調節室內熱舒適度和視覺舒適性，降低能耗目的。

建筑遮陽系統是建筑造型的一個組成部分，隨著遮陽在現代建筑中普及，建筑師已把遮陽系統作為一種活躍的建筑語匯和不可或缺的節能設計手段加以組合運用，創造出獨特的建筑形態和豐富的光影效果。1、自遮陽形體從遮陽角度出發，根據冬、夏季太陽入射角度的不同，建筑整體的體型調整是十分有效的遮陽方式。形體遮陽：運用建筑形體的外挑與變異，利用建筑構件自身產生的陰影來形成建筑自遮陽，進而達到減少建筑外圍護結構受熱目的。諾曼·福斯特的倫敦市政廳2、凹入過渡空間凹入空間：遮蔭的柱廊空間、凹陽臺、凹入較大的綠平臺——不僅豐富建筑外表，而且陰影區提供開窗的客觀可能性。楊經文的梅納拉大廈3、立面外遮陽構件——局部遮陽構件良好的立面外遮陽設計不僅有助于節能，而且遮陽構件本身也可成為影響建筑形體和美感的關鍵要素。——建筑師廣泛采用的節能建筑形式語言（韻律感、獨立的生態元素）英國BRE辦公樓4、遮陽棚架相對于局部遮陽構件如遮陽板和百葉窗，遮陽棚架更易于創造出富有表現力的整體形象，遮陽效果更好。屋頂遮陽棚架常結合攀藤植物的種植——利用植物降低屋面溫度查爾斯·柯里亞的印度電子有限公司辦公綜合樓將遮陽棚架用于入口、屋頂平臺和過渡空間的部位楊經文自宅遮陽棚架也是楊經文常用的節能建筑語匯1、流線型形體合理的建筑體型有助于在建筑周圍形成風壓，促進自然通風的形成。（三）自然通風技術下的形態解析諾曼·福斯特的再保險公司大廈2、螺旋型立體庭院

諾曼·福斯特的法蘭克福商業銀行總行當庭院受基地環境限制，不能以單純的線和面的組合方式時，可采用立體庭院的方式與環境進行有機對話。楊經文的梅納拉大廈3、夾層通風空間

柯布西耶