梁銳  張群  劉加平

（1.西安美術(shù)學(xué)院建筑環(huán)境藝術(shù)系， 陜西 西安 710065；

2.西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院，陜西西安 710055）

 

     在可再生的能源中，太陽能有明顯優(yōu)越性，它取之不盡、用之不竭，不產(chǎn)生污染環(huán)境的副產(chǎn)品。

 

     我國陸地表面每年接受的太陽能相當(dāng)于1700億噸標準煤，太陽能在建筑中的應(yīng)用前景十分廣闊。如果對太陽能進行全面的開發(fā)利用，可以從多角度為人類造福，創(chuàng)造更好的個人和社會生活質(zhì)量。因此，在建筑中應(yīng)用太陽能技術(shù)是綠色建筑邁向可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

 

     雖然并不是所有應(yīng)用太陽能技術(shù)的建筑都可以被稱為“綠色建筑”，但是設(shè)計合理的太陽能建筑很容易滿足“綠色建筑”應(yīng)具備的基本原則：

 

     節(jié)約建筑能耗(Conserving Energy)——太陽能建筑無疑是節(jié)約常規(guī)能源消耗的，它的能量來源是源源不斷傳輸?shù)降厍蛏系奶�陽能。通過建筑設(shè)計手段使建筑自身應(yīng)用太陽能采光、供暖同時維持建筑的能耗，或者憑借一定的設(shè)備來儲熱、發(fā)電并用以滿足用戶的居住需要。

 

     節(jié)約資源消耗(Minimizing New Resource)——太陽能建筑的結(jié)構(gòu)、材料可以成為環(huán)境循環(huán)系統(tǒng)的一部分，促進能源材料的循環(huán)利用，避免某些人工調(diào)節(jié)的手段必然帶來的對天然建材、生態(tài)環(huán)境的破壞。

 

     尊重基地環(huán)境(Respect for Site)——太陽能是一種無污染的能源，太陽能建筑自身的運營、能耗不會產(chǎn)生對周圍環(huán)境的破壞，在能源利用的方面充分顧及基地環(huán)境。

 

     滿足用戶的要求(Respect for Users)——充足日照對人體可以產(chǎn)生直接作用，在滿足人類對陽光與生俱來的親和性的同時，還可以滿足人的健康需求并給人以能量。，與之相反，人工控制下不間斷的建筑室內(nèi)氣候，無法給人們帶來陽光所營造的舒適度和美感。

 

     設(shè)計結(jié)合氣候(Working with Climate)——太陽能建筑的設(shè)計建造必然是結(jié)合建筑所在場地氣候的，因為一年四季、白天和夜晚、不同地點的氣候條件不同，太陽的輻射強度也不同，想要充分地利用太陽能必須結(jié)合當(dāng)?shù)厝照諚l件。比如在夏季或炎熱地區(qū)，以通風(fēng)、遮陽的方式建造“自然冷房”做到隔熱與室內(nèi)溫度的自然冷卻；在寒冷地區(qū)或冬季，利用自然的方式或設(shè)備把太陽能導(dǎo)入室內(nèi)，并使之得以保持，形成“自然暖房”。

 

     整體的設(shè)計觀(Holism)——雖然現(xiàn)在很難發(fā)現(xiàn)有建筑將這些原則綜合運用到一項設(shè)計中去，但是對于太陽能建筑來說，將這些綠色原則相對于環(huán)境被當(dāng)作一個整體來實施的前景是樂觀的。

 

     太陽能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用的范圍很廣，人類有意識地在建筑中應(yīng)用太陽能已有很久遠的歷史，總是選擇在日照豐富的地方營造舒適的建筑環(huán)境。

根據(jù)整體的設(shè)計原則，建造完善的太陽能生態(tài)建筑需要多工種的配合，要結(jié)構(gòu)、設(shè)備、建筑物理、建筑材料等學(xué)科的通力協(xié)作才能得以實現(xiàn)。在太陽能建筑設(shè)計中，建筑師設(shè)計起著統(tǒng)領(lǐng)作用，協(xié)調(diào)各專業(yè)，發(fā)揮自身特長，將建筑設(shè)計與太陽能應(yīng)用技術(shù)巧妙而有機地結(jié)合起來。應(yīng)用太陽能技術(shù)的建筑和城市規(guī)劃可以在美學(xué)、技術(shù)、功能上達到最完美的平衡，形成較完善的生態(tài)建筑體系。

 

     應(yīng)用太陽能技術(shù)的建筑常常被分為主動式太陽能建筑和被動式太陽能建筑。

 

     主動式太陽能建筑通過集熱設(shè)備獲取、儲存和利用太陽能，然后由熱媒將熱量傳入建筑物內(nèi)分配使用。它對太陽能的利用率高、功率大，便于控制，但是需要一定的設(shè)備投入并占用一定的室外空間。

 

     由此，與太陽能應(yīng)用相關(guān)的許多技術(shù)都可以應(yīng)用在主動式太陽能建筑中，例如太陽能集熱器、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、自然采光、光化學(xué)制氫等。這些復(fù)雜的設(shè)備設(shè)計超出了建筑師的工作范圍，但是具備生態(tài)與整合觀念的建筑師可以結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、形體、色彩、材料，考慮并調(diào)整它們與太陽能設(shè)備的關(guān)系，使建筑的外觀更加豐富多彩，達到最好的綜合效果。 

 

     在設(shè)計中靈活運用這些設(shè)計手法的太陽能建筑，在滿足節(jié)能、節(jié)約資源耗費的生態(tài)建筑要求的同時，還可以通過為住戶營造在美學(xué)上賞心悅目的建筑外環(huán)境來體現(xiàn)生態(tài)建筑“與建筑環(huán)境相協(xié)調(diào)”、“滿足用戶要求”的原則。

 

     在被動式太陽能建筑中應(yīng)用太陽能技術(shù)，可以使建筑師找到更廣闊用武之地。被動式太陽能建筑通常不依靠任何機械手段，通過調(diào)整建筑的朝向，選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ�材料，巧妙處理建筑的空間和形體，進行合理的建筑構(gòu)造設(shè)計等手段使建筑物自然地應(yīng)用太陽能供暖、采光并維持建筑的能耗。

 

     因此建筑師有充分的空間可以發(fā)揮自己的專長，合理而有效地安排建筑空間、形體，并利用高效率的技術(shù)滿足同樣的功能需要，可以應(yīng)用的手段有：

 

（1）通過調(diào)整建筑的形體安排建筑的朝向、采光 

     不同建筑的形體對陽光利用效果不同，可以設(shè)計相應(yīng)的建筑形式與外觀。例如，朝南傾斜的三角形體量有利于充分吸收太陽能；采用立方體等體型系數(shù)較小的形式可以減少冬季熱散失。為了最大限度吸收太陽熱輻射，建筑師可以安排建筑在東南和西南暴露盡可能大的面積，以對角線為南北方向放置。太陽能建筑由于采用了一定的特定技術(shù)，而在形式表現(xiàn)方面受到較大的限制，往往具有呆板的幾何形狀，缺乏表現(xiàn)力，可以采用比例和諧優(yōu)美的纖長的形式，南向立面的展開意味著吸收太陽能輻射面積能夠增加很多。

 

     在這種情況下，根據(jù)不同的形體劃分建筑內(nèi)部空間與安排使用更是師建筑師的責(zé)任。

 

（2）設(shè)計美觀大方的毗連溫室 

     附加陽光間是一種多功能的房間，可以讓人在寒冷的季節(jié)有置身于大自然的感覺，同時它也是為毗連的房間供熱的一種有效設(shè)施。

 

     建筑師完全可以設(shè)計美觀大方的陽光間，并合理劃分陽光間與其毗鄰房間的功能。如，坡頂部分加設(shè)傾斜玻璃，在形式上追求了變化的同時大大增加了集熱量；還可以在陽光間種植植物，作為休息、娛樂空間；為陽光間附加保溫、隔熱設(shè)施，讓它一年四季都做為宜人的空間。

 

（3）通過建筑設(shè)計手段形成自然通風(fēng) 

     太陽能在建筑中的應(yīng)用不但要在冬季保溫隔熱，還要在夏季達到防暑降溫的效果。以體現(xiàn)綠色建筑“設(shè)計結(jié)合氣候”的原則。

 

在一般地區(qū)的炎熱季節(jié)，設(shè)計以水院和綠蔭為中心的建筑空間，由熱壓力差形成的空氣運動，將干熱空氣引入封閉庭院，掠過水體和綠茵，得到良好的降溫、加濕和凈化，由此使庭院和室內(nèi)環(huán)境涼爽而適宜。

 

     在多風(fēng)少雨的高海拔干熱地區(qū)，設(shè)計風(fēng)管、地下室和綠化庭院，風(fēng)壓造成空氣在風(fēng)管、地下室和綠化庭院中的流動和調(diào)節(jié)，可以創(chuàng)造舒適的微氣候，增加庭院戶外活動的吸引力。

 

（4）其他

     可以發(fā)揮專業(yè)建筑知識，對形體、色彩比較單一的水墻、儲熱墻進行色彩、外觀上的美化處理。

 

     在城市規(guī)劃中，太陽能的應(yīng)用非常重要。在這一階段中只有考慮節(jié)能和建筑密度的問題，才能在城市建設(shè)中充分發(fā)揮場地和當(dāng)?shù)厝照諚l件的優(yōu)勢。因為建筑密度關(guān)系到生活環(huán)境的優(yōu)劣，并影響到建筑日照間距的要求。在居住區(qū)規(guī)劃中，每種住宅平面因素對住宅建筑密度和太陽能都會產(chǎn)成不同的影響，地面反射對建筑立面的有效影響通過朝向、場地坡度和單元長寬比表現(xiàn)出來，因此當(dāng)建筑密度增加時，由于建筑物的遮擋，要使每個居住單元都獲得充足的陽光就比較困難。

 

     在城市設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)具備全面整體的設(shè)計觀念，在設(shè)計工作中將太陽能應(yīng)用技術(shù)納入整體考慮，在不同的設(shè)計條件下靈活應(yīng)用。例如在住宅新區(qū)規(guī)劃設(shè)計中，通過電業(yè)系統(tǒng)為整個住區(qū)安裝與建筑屋面結(jié)合的，大功率光電PV系統(tǒng)，可以實現(xiàn)光電PV系統(tǒng)的標準化及屋面PV系統(tǒng)的預(yù)制化。

 

 

     開發(fā)、利用可再生、無污染能源的重要性與迫切性已經(jīng)被意識到，我國在這方面做了大量的有益探索。大量應(yīng)用太陽能技術(shù)并帶“綠色”標志的建筑被創(chuàng)造出來。但是在實踐過程中還有許多不盡人意的地方，現(xiàn)有的“太陽能建筑”并沒有完全體現(xiàn)其生態(tài)性。

 

     如前所述，“綠色建筑”應(yīng)滿足六點要求——節(jié)約建筑能耗(Conserving Energy)；節(jié)約資源消耗(Minimizing New Resource)；保護場地周邊自然生態(tài)環(huán)境(Respect for Site)；尊重居住者的使用要求(Respect for Users)；設(shè)計結(jié)合氣候(Working with Climate)；整體的設(shè)計觀(Holism)。不是所有的建筑都可以帶上“綠色”的標簽，在我國許多所謂的節(jié)能建筑并沒有做到真正的節(jié)能。

 

     建筑師面臨著許多與國情有關(guān)的困惑，例如，是否所有太陽能建筑都是生態(tài)建筑；在現(xiàn)有的“太陽能建筑”中是否真的可以發(fā)揮建筑師的作用……，由此也引發(fā)了建筑師的思考。

 

     首先，我國家并不發(fā)達，在太陽能建筑技術(shù)的應(yīng)用上，應(yīng)優(yōu)先利用適宜性技術(shù)。主動式太陽能建筑雖然對太陽能的利用率高，但設(shè)備復(fù)雜、技術(shù)要求嚴，因此投資較大，而額外耗費大量的資源來刻意地追求太陽能技術(shù)的應(yīng)用，顯然是違背綠色生態(tài)原則的。這樣在不恰當(dāng)?shù)牡攸c、不恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用太陽能技術(shù)的建筑不能被稱為生態(tài)建筑。因此應(yīng)當(dāng)在我國——尤其是偏遠地區(qū)，積極主動地推廣被動式太陽能技術(shù)。這樣通過建筑師的力量來營造建筑與生活環(huán)境才能真正順應(yīng)我國現(xiàn)有的國情，以切實可行的小投入得到高的回報，體現(xiàn)綠色建筑精神。

 

     其次，關(guān)注傳統(tǒng)文化與傳統(tǒng)建筑不但體現(xiàn)著綠色的生態(tài)精神，而且是切實可行能長遠發(fā)展的。在建筑設(shè)計中，吸收傳統(tǒng)建筑技術(shù)，尊重地域氣候，應(yīng)用太陽能改善建筑周圍的小氣候，實現(xiàn)自然通風(fēng)與采光，減少機械通風(fēng)與照明，才是最經(jīng)濟、最有效的設(shè)計思路。

 

    最后，在綠色生態(tài)設(shè)計原則中，“整體的設(shè)計觀”是一條重要的原則。全面整體地分析解決問題變得越來越重要，爭取在城市建筑、住宅開發(fā)、開敞公共空間、基礎(chǔ)設(shè)施等方面形成應(yīng)用太陽能技術(shù)的生態(tài)綜合體，將太陽能整體納入到城市設(shè)計中應(yīng)該成為未來的一個重要的設(shè)計主題。

 

基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃課題（2006BAJ04A18）