建筑节能专题讲座4-节能建筑形态设计-好

卢玫珺华北水利水电大学建筑学院建筑节能技术专题讲座5——节能建筑形态设计空间构成引入

建筑形态建筑学的基本问题一幢建筑最易把握的是建筑形态反映内容建筑外观形态呈现的外在形式内容（空间和功能）的外显内容的表象理解

对建筑的认识、感知、阐述及研究认识

无论是理论、美学，还是技术层面一切命题都最终落脚于建筑形态方面形态对自然环境、气候特征的尊重现代节能技术的发展对相关节能技术的应用对当代建筑产生全面的影响当代建筑形态呈现出多样性的表达方式妥善解决气候所引起的节能技术问题同时进行新建筑形态探索

中外建筑师以适应气候为设计思路作品既能满足节能要求，建筑形象又能体现地域文化和时代风貌越来越多注重建筑形态与各种节能技术的理性结合高效的节能建筑将节能设计作为建筑形态创作中的元素要求建筑师在实践中一、传统民居的启示二、现代建筑师的借鉴与创新三、基于节能技术的建筑形态设计提纲

一、传统民居的启示受技术、经济水平低的限制，传统民居优先考虑——尽可能利用外界能有限利用的气候自然，尽可能获自然采暖和空调效应。传统民居在平面布局、形体处理、材料运用和构造方法等方面形成多样性的形态特征。

合理利用自然资源回应地方气候的典范世界传统民居1）房屋材料受制于自然气候资源条件的影响干热气候——岩石、土胚砖、生土——重质湿热气候——树木、茅草、芦苇、树木——轻质2）太阳辐射对传统民居的影响干热、湿热气候：夏季白天减弱太阳辐射是首要问题。中东地毯式规划使建筑相互靠近，相互遮阳且自遮阳。深深的凉廊（屋檐）、保护性阳台。世界传统民居3）通风散热和防风对传统民居的影响通风散热：湿热气候（轻盈通透和架空处理）、干热气候（捕风塔、装水陶罐）；防风：干热气候（密集紧凑的街道空间、内向型院落布局和封闭式围护结构）4）降雨对屋顶坡度的影响坡屋顶的坡度随着降雨量的减少而减少。中国传统民居1）气候适应性

北方民居主要特点是防寒、防风。取暖多设火炕、火墙、地炉。火炕中的砖、土及石材吸热后，再慢慢放热，炊事余热被作为热源进行二次利用。北方民居以保温、防寒和采暖为特色，外墙厚，朝南窗户开得大，朝北基本不开窗或开小窗，建筑密闭性好。

夏热冬冷地区夏季酷暑炎热、湿度大、风小，江南民居首要考虑通风隔热，防潮避雨，兼顾冬季保温。北面相对开窗，增强通风。中国传统民居1）气候适应性

湿热地区传统民居轻盈和通透。注重通风，前后门窗对开，形成穿堂风；用小天井加强自然通风；院内植树成荫加上遮阳。

干热地区传统民居街道密集，狭窄的街道和高深内院可使交通空间和公共空间常处于建筑的阴影遮挡中，建筑材料选用泥土、块石等热容性好的材料，大量吸收白天热量，晚上逐渐释放出来。2）座北朝南是中国民居的布局传统建筑环抱阳光，一般以南墙作为主要采光面，南窗多且面积大。3）融采光、通风于庭院和天井中中国传统民居，从南到北沿袭庭院模式。北方庭院稍大以接纳更多阳光；南方庭院稍窄以获取荫凉空间；西北地区形成地坑院。4）中间区域（灰空间）居住区与室外之间形成的具有保护作用的区域。——檐廊——半室内半室外空间典型案例1：藏、羌等少数民族的邛笼民居

邛（qiong）笼也称“碉楼”——羌族的传统民居。流行于四川茂县。一般平面呈四方形，用石块砌造。分三层，上层放粮食，中层住人，下层饲养牲畜。有门，层与层之间有独木梯上下。外形雄伟，建造坚固，最多达十三至十四层，高30余米，具有居住和防卫等用途。利用方整封闭的框套空间和竖向分割空间，通过敞间和气楼的设置和厚重的土石围护结构、深凹的漏斗形外窗等适应山区严寒气候和早晚温差变化对室内热环境的影响。邛（qiong）笼民居邛（qiong）笼民居的建筑形态特点典型案例2：新疆地区的高台民居喀什高台民居

利用内向型半地下空间与高窄型内院，通过吸热璧井、地下通道、双层通风屋顶、冬季空间和夏季空间的区别对待等设计手段适应西北地区干热干冷气候。高台民居的建筑形态特点特点：1）内向的空间形态。新疆夏季阳光充足，气候炎热但温差大。根据光照特点，建筑平面布局力求紧凑，以最小表面积，争取围合最大空间。围绕内院布置，所有门窗都朝向内院，外围是厚重的实墙，开窗少且小，多高窗以减弱地面阳光反射。住房单层或带地下室，上下均可住人，下层有一半处于地下，属于半覆土形式。典型案例3：新疆地区民居新疆地区民居2）制造阴影空间。由于太阳辐射强度很大，远远超出人正常需求和忍耐值，因此强光下的阴影成为人们赖以生存的空间。①利用葡萄架；②檐廊（内院沿居室搭建的半开敞空间）；③檐廊和炕围合起来的内院加上气楼，构成阿拉伯族称为阿以旺的空间；④密集街区构成阴影空间。维吾尔语明亮处所新疆地区民居3）冬暖夏凉的转移空间。气候温差较大，夏季炎热冬季寒冷，转移式生活方式适应气候而成。冬季屋中南，空间低矮，有利于保温；夏季屋朝北，终日处于阴影中，空间高大，设有通风窗，夜间通风降温。转移式空间还表现在人们利用屋顶作为夜间纳凉的空间。典型案例4：厅井式民居长江流域及其以南地区的通用形式——尤以江浙、两湖、闽粤为典型

厅井式民居是庭院类型民居中另一大类，其特色表现在敞口厅及小天井。即组成庭院的四面房屋皆相互联属，屋面搭接，紧紧包围着中间的小院落，因檐高院小，形似井口，故又称之为天井。天井内一般皆有地面铺装及排水渠道。每幢住屋前皆有宽大的前廊或屋檐，以便雨天时串通行走。同时一部分住屋做成敞口厅等半室外空间，与天井共同作为生活使用空间。其结构多用穿斗式构架。这种形式民居在湿热的夏季可以产生阴凉的对流风，改善小气候；同时有较多的室外、半室外空间来安排各项生活及生产活动，敞厅成为日常活动中心，而不受雨季的影响。厅井式民居的建筑形态特点以通为主的阴影空间，通过高敞堂屋（厅）和天井的组合、屋顶隔热、深远挑檐和重檐、多孔透气的隔墙和轻质围护结构等设计手段来适应南方地区高温高湿的夏季气候条件。典型案例5：傣族的干栏式民居盛行于东南亚、马达加斯加、中国大陆西南地区及台湾等地区干栏式民居又称干栏屋、高脚屋、吊脚楼、棚屋。通常是木头，竹子所构屋梁，并用茅草盖顶遮蔽的住屋。主要特色是将其楼板垫高，以楼梯上下住所。日本的神社与谷仓也是此类型。干栏式民居的建筑形态特点利用底层架空、通透开敞的平面空间，借助层层跌落的屋檐和腰檐、大坡度的屋顶、不到顶的隔墙、墙面外斜和轻薄通透的竹（木）板围护结构等设计手段来适应热带气候条件。中国传统民居的当代转换受客观条件限制（经济、技术水平），存在问题：1）南方天井院落民居：狭小的天井院落，导致室内光线昏暗；2）西北窑洞：夏季潮湿阴冷，通风不好；3）北方民居：以各家为单元，燃煤取暖，对自然环境造成污染。4）民居：使用空间布局已不适和当代人们生活使用要求。问题当代转换（传统向当代的转换）1）形式的当代借用功能型、自发型上升为概念化、融入审美取向和形式结构的艺术与功能并重、主动式的形式语言。——差异性转变2）技术上运用与拓展设计充分利用当地地理条件和气候因素完成使用功能，且继承历史积淀。3）旧有生存经验和当前生活方式的关联——在传统积累的生存经验记忆中选取与之对应的设计元素，使人们在忙碌生活中追意回忆，完成一种感觉上的精神释放与安逸。4）文化保护意识和当代文化建立意义上的共存——合理共存。

20世纪以前，气候是建筑师所要考虑的重要方面——通过建筑形式、空间和构造的设计，使夏季获得充分遮阳和自然通风，冬季获得温暖的太阳光照——以解决基本舒适要求。二、现代建筑师的借鉴与创新随着工业时代到来——设备万能观念——1973年能源危机，恢复建筑与气候的良性互动关系。

20世纪30年代，改变其20年代的形式和手法，以适应地区、地形和气候特点，从北非传统建筑形式得到启发，将现代技术与地方智慧结合——建筑构件（深遮阳、遮阳板和伞式屋顶）其后期设计运用调节建筑小气候的工具、得心应手的语汇。柯布西耶——昌迪加尔高等法院、议会大厦建筑形态特征从整体到局部体现在三个层面：1、外部形态轮廓：建筑形体作为建筑物最先传达给人的视觉信息，给人最直接、最强烈的印象；合理的建筑造型，可充分利用气候资源并将自然环境对建筑的不利影响降低到最小。2、内部空间组织：建筑空间作为建筑处理的重要元素，一直是建筑师素养和设计水准的重要标志。科学的空间处理不仅创造丰富的内部空间组合形式，还起到环境调节作用。三、基于节能技术的建筑形态设计3、局部建筑构件和构造：作为产生丰富视觉效果的设计要素，形态上各有特点；特定高效的建筑构件和构造，有利于保障节能技术的实现。

尽可能充分利用自然资源——太阳能、风和自然光

建筑设计中的节能技术——被动式太阳能采暖、建筑遮阳、自然通风及自然采光（一）被动式太阳能采暖技术下的形态解析被动式太阳能采暖设计是通过建筑物朝向、方位的布置、建筑物的内部形态和构造的设计及建筑材料的选择有效地采集、储存和分配太阳能。1、南向展开的纤长体形沿南向充分展开的纤长建筑体形，可增加建筑吸收太阳辐射的面积。——广泛运用赖特的雅各布斯Ⅱ住宅（半圆太阳屋）1）南向弯曲的纤长弧形不仅可充分利用太阳能，也更易于寒冷北风平滑地掠过建筑。2）朝南两层高大玻璃窗起直接受益窗作用。3）混凝土地面厚实、不加修饰、用石灰石砌筑的后墙和山墙是好蓄热体。4）北侧及围过山墙的覆土起保温作用。南向弯曲的纤长弧形托马斯·赫尔佐格的德国文德伯格青年教育中心客房建筑纤长矩形：东西轴长，南北轴短的纤长矩形不仅有利于获得太阳能，而且因外墙面积较小，散热少，利于减少建筑热量损失。1）将建筑体量分为长短不同的几个矩形，根据不同空间的温度要求和使用时间，将使用时间较长的客房布置在建筑南侧（通过大面积玻璃窗获得太阳能和日光进行采暖和采光）。2）主体结构采用厚重、热稳定性好的材料建造。3）南侧外墙不透光区域使用透光保温材料。2、对角线立方体

托马斯·赫尔佐格构思：一种近似正方体的体块，以对角线为轴南北向放置，同时满足增加太阳辐射面积和减少外界面面积要求。住宅方案中的对角线立方体研究表明：建筑外表面积的减少可促进能源效率的最大化。对太阳能建筑而言，建筑体型不是以外界面越少越好来评价的，而是以南向外界面的面积越大，其他方向外界面尽可能少为佳。为最低限度在冬季吸收太阳辐射和减少散热，建筑形体应东南、西南方向暴露尽可能大外界面。（二）建筑遮阳技术下的形态解析建筑遮阳是通过调节太阳辐射在建筑外围护结构（尤其窗户）的分布，从而达到调节室内热舒适度和视觉舒适性，降低能耗目的。

建筑遮阳系统是建筑造型的一个组成部分，随着遮阳在现代建筑中普及，建筑师已把遮阳系统作为一种活跃的建筑语汇和不可或缺的节能设计手段加以组合运用，创造出独特的建筑形态和丰富的光影效果。1、自遮阳形体从遮阳角度出发，根据冬、夏季太阳入射角度的不同，建筑整体的体型调整是十分有效的遮阳方式。形体遮阳：运用建筑形体的外挑与变异，利用建筑构件自身产生的阴影来形成建筑自遮阳，进而达到减少建筑外围护结构受热目的。诺曼·福斯特的伦敦市政厅2、凹入过渡空间凹入空间：遮荫的柱廊空间、凹阳台、凹入较大的绿平台——不仅丰富建筑外表，而且阴影区提供开窗的客观可能性。杨经文的梅纳拉大厦3、立面外遮阳构件——局部遮阳构件良好的立面外遮阳设计不仅有助于节能，而且遮阳构件本身也可成为影响建筑形体和美感的关键要素。——建筑师广泛采用的节能建筑形式语言（韵律感、独立的生态元素）英国BRE办公楼4、遮阳棚架相对于局部遮阳构件如遮阳板和百叶窗，遮阳棚架更易于创造出富有表现力的整体形象，遮阳效果更好。屋顶遮阳棚架常结合攀藤植物的种植——利用植物降低屋面温度查尔斯·柯里亚的印度电子有限公司办公综合楼将遮阳棚架用于入口、屋顶平台和过渡空间的部位杨经文自宅遮阳棚架也是杨经文常用的节能建筑语汇1、流线型形体合理的建筑体型有助于在建筑周围形成风压，促进自然通风的形成。（三）自然通风技术下的形态解析诺曼·福斯特的再保险公司大厦2、螺旋型立体庭院

诺曼·福斯特的法兰克福商业银行总行当庭院受基地环境限制，不能以单纯的线和面的组合方式时，可采用立体庭院的方式与环境进行有机对话。杨经文的梅纳拉大厦3、夹层通风空间

柯布西耶