太陽能與建筑一體化的美學(xué)初探

林恬韻 田 亮

(1.廈門大學(xué)，福建廈門 361005;2.廈門中建東北設(shè)計院有限公司，福建 廈門 361005)

太陽能是人類可以利用的最潔凈、最豐富的自然能源。太陽能與建筑一體化是將太陽能利用技術(shù)與建筑技術(shù)和建筑美學(xué)融為一體，使太陽能系統(tǒng)成為建筑的一部分設(shè)計思路，是目前最適于建筑物節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用技術(shù)之一。但考慮到太陽能熱量不足、管路過長、存在安全隱患及建筑外形不易達到美觀要求等因素，常被設(shè)計師及業(yè)主視為雞肋。本文將對太陽能技術(shù)對建筑造型的影響進行討論。國內(nèi)對太陽能技術(shù)在建筑中的運用還停留在將太陽能板架設(shè)在建筑物表面來獲取太陽能的初級方式，太陽能板因而常常被視為附屬于建筑上的“礙眼”構(gòu)件。然而，最近國內(nèi)外涌現(xiàn)了大量既應(yīng)用了太陽能技術(shù)，也在美學(xué)上獲得了成功的優(yōu)秀建筑作品，作者甄選其中的一些經(jīng)典案例，進行歸納總結(jié)并嘗試探究太陽能技術(shù)給建筑外觀帶來優(yōu)美藝術(shù)效果的幾種方式。

1 整體化設(shè)計

將太陽能板代替一種裝飾材料直接大面積鋪設(shè)于建筑表面，或是配合骨架制作成屋頂、墻身等獨立建筑構(gòu)件的整體化設(shè)計是解決造型問題的一個重要方法。

1.1 曲面屋頂——香港ZCB零碳建筑

位于香港的ZCB零碳建筑被一個巨大的曲面屋頂覆蓋，太陽能板代替?zhèn)鹘y(tǒng)瓦片鋪設(shè)于該屋頂之上，局部穿插屋頂綠化及玻璃天窗(見圖1)。大面積整體化的鋪設(shè)保證建筑造型協(xié)調(diào)統(tǒng)一的同時，又能大面積吸收太陽能，獲取更多的能源。在走廊等供暫時停留的場所則直接用太陽能板構(gòu)筑頂棚，既達到良好的遮陽效果又利用太陽能電池板間特殊的透明縫隙獲得自然采光，整齊的方格圖案也創(chuàng)造了獨特的室內(nèi)空間和光影效果(見圖2)。

圖1 以太陽能代瓦的曲面大屋頂

圖2 走廊空間

1.2 時尚表皮——芝加哥太陽能大廈

由Zoka Zola Architects設(shè)計的芝加哥太陽能大廈將太陽能技術(shù)演繹為摩天樓的時尚表皮(見圖3)。無數(shù)圓形太陽能板被固定在包圍整個摩天樓的構(gòu)架網(wǎng)格上，并如向日葵般跟隨太陽移動，最大限度地吸收太陽能(見圖4)。這些太陽能板的位置經(jīng)過了精心的設(shè)計，在為建筑遮陽的同時不會影響人們的視野，如給建筑披上了一層輕薄透明的外衣，瞬息變化秩序井然，顯示出強烈的韻律和動感。

圖3 芝加哥太陽能大廈的時尚外衣

圖4 跟隨太陽的圓形太陽能板

1.3 三維地景——高雄太陽能體育場

由日本著名建筑師伊東豐雄設(shè)計的位于高雄的太陽能體育場是另一個整體化設(shè)計的典范(見圖5～圖7)。主場館看臺被間隔2.75 m的螺旋連續(xù)體聯(lián)結(jié)而成的三維曲面結(jié)構(gòu)所環(huán)繞，8 800塊總面積達13 000 m2的太陽能板鋪設(shè)在頂棚上。在陽光照射下，整座體育館如河流般波光粼粼，很好地融入到當(dāng)?shù)鼐坝^之中。純粹的材料元素與巧妙的層次變化蘊含其中，簡潔氣派，落落大方。反光的太陽能板不僅沒有對建筑造型產(chǎn)生絲毫破壞，反而與螺旋形骨架有機結(jié)合，體育館蛻變?yōu)樯鷻C勃勃的高科技產(chǎn)物，加之1 000 kW/h及110萬kW/年的發(fā)電能力，儼然是一座不折不扣的綠色環(huán)保的可持續(xù)性極強的建筑藝術(shù)品。

2 裝飾化表現(xiàn)

太陽能板冷素的外觀和規(guī)則的幾何形狀與現(xiàn)代藝術(shù)不謀而合，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)也引發(fā)了對現(xiàn)代建筑的種種聯(lián)想。它是當(dāng)之無愧的優(yōu)秀建筑裝飾材料。

圖5 三維地景

2.1 節(jié)奏與韻律——加拿大材料技術(shù)實驗室

加拿大CANMET材料技術(shù)實驗室(CANMENT Material Technology Laboratory)延續(xù)傳統(tǒng)做法將一片片太陽能板斜設(shè)在平屋頂上，間隔與大小都經(jīng)過了細(xì)致的思考，與建筑整體保持良好的比例關(guān)系，成為建筑造型重要的組成部分(見圖8)。這些大小一致、間隔相同的太陽能板如一列整齊的隊伍，并與建筑本身的斜屋頂保持同等斜度，而斜屋頂尺寸較大，且在一側(cè)同樣鋪設(shè)了太陽能板，最終成為這支隊伍的統(tǒng)領(lǐng)，節(jié)奏與韻律生動地呈現(xiàn)出來。

圖6 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

圖7 屋頂上的太陽能板

2.2 巨型雕塑——克羅拉多集合住宅

由Brooks+Scarpa設(shè)計的克羅拉多集合住宅(Colorado Court)則在三幢多層建筑的南立面上大膽架設(shè)由同一規(guī)格太陽能板網(wǎng)格整齊拼接而成的“太陽能墻”(見圖9)?！疤柲軌Α迸c建筑外墻隔空，之間設(shè)置樓梯與走道，交通空間因而得到很好的遮陽及通風(fēng)效果;在造型上增加了建筑體塊的凹凸關(guān)系，形體顯得更加豐富，太陽能板白色邊框連接形成的網(wǎng)格線更是為其增添了裝飾效果。三個深藍色“藝術(shù)品”與灰色的混凝土外墻形成強烈對比，如面向城市街道展出的三個巨大現(xiàn)代雕塑。

圖8 節(jié)奏與韻律

圖9 現(xiàn)代雕塑

3 隱身化處理

3.1 披著外衣的“發(fā)電站”——上海世博會中國館

享有東方之冠美譽的2010年上海世博會中國館就是一座披著中國傳統(tǒng)外衣的“發(fā)電站”。所有的門窗都采用經(jīng)過特殊處理的LOM-E玻璃，不僅反射熱量，降低室內(nèi)能耗，還能將陽光轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，為建筑外墻照明提供能量。68 m處的屋頂觀光平臺鋪設(shè)了1 200塊18 Wp和64塊90 Wp黑色邊框單晶硅太陽能電池組件替代原有屋面磚，人們可以在其上行走而忽略這些太陽能電池組件的存在(見圖10)。60.6 m處觀景平臺四周挑檐的中央部位采用雙面透光中空隱框雙玻單晶硅組件替代中空玻璃幕墻，既具有透光性，外觀與普通的玻璃幕墻又無太大區(qū)別(見圖11)，滿足了裝飾和使用要求，還能源源不斷地產(chǎn)生綠色電能。

3.2 非同尋常的“玻璃幕墻”——法國阿爾薩斯館

法國阿爾薩斯館則運用了外形像普通玻璃幕墻，實際包含了太陽能板的材料做南立面的部分圍合結(jié)構(gòu)(見圖12)?！安Ａ粔Α睆耐獾絻?nèi)包括三個層次，外層為太陽能電板和玻璃板面層，中間層是個可以開閉的空氣間層，最內(nèi)層使用玻璃，玻璃表面潺潺水流落下，構(gòu)成景觀水幕玻璃。當(dāng)冬季來臨，所有的玻璃窗全部關(guān)閉，中間層成為一個密閉空氣艙，陽光直接照射光電板，產(chǎn)生的電能加熱密閉艙里的空氣，這些熱空氣被源源不斷送進風(fēng)機，使得室內(nèi)各層得到持續(xù)供暖。而到了夏季，外層玻璃打開通風(fēng)，水幕以每小時48 m3的流速不斷沖刷著玻璃，再加上太陽能板產(chǎn)生的陰影，多層作用，達到給建筑降溫的目的。在利用太陽能方面，光電板產(chǎn)生的電能卻又巧妙的成為了抽送水幕水泵的動力來源。整個南立面微微傾斜，幫助太陽能板接收更多的能量;每一層玻璃都造得相當(dāng)厚實密封，盡可能隔斷因熱傳導(dǎo)帶來的能量損失?！疤柲苣粔Α眱蓚?cè)是大面積的植被綠墻，與玻璃上的潺潺流水交相輝映，既節(jié)能環(huán)保又巧妙美觀。

圖10 鋪設(shè)太陽能屋面磚的觀光平臺

圖11 替代玻璃幕墻的單晶硅組件

3.3 冬暖夏涼的陽光室——雷根斯堡住宅

托馬斯·赫爾佐格甚至沒有使用一塊太陽能板，就使其另外一個作品雷根斯堡住宅成為了名副其實的太陽能建筑。住宅側(cè)面呈直角三角形，斜面朝南，整個建筑分為南北兩個空間性質(zhì)截然不同的部分(見圖13)。南面是一個單層的玻璃體溫室，北面為二層的其他用房。住宅四周樹木環(huán)繞，優(yōu)雅原始的自然環(huán)境將簡潔而富有幾何美的雷根斯堡住宅完全襯托出來(見圖14)。而這座美麗的住宅，更是一個高效的集熱器。冬季，樹葉凋落，陽光透過樹枝穿過建筑的玻璃斜屋頂直接照射進溫室內(nèi)，產(chǎn)生的熱量供人取暖或被溫室底部的礫石和厚重的樓地板儲存下來，到太陽落山后又重新釋放回室內(nèi)，北部實墻設(shè)置通風(fēng)口促進室內(nèi)外空氣交換，保持室內(nèi)氣流通暢。夏季，周圍綠樹成蔭，遮擋光線，室內(nèi)的熱量通過北面通風(fēng)口排放出去。精心的思考與設(shè)計使雷根斯堡住宅成為具有獨特意義的太陽能建筑典范。

圖12 包含太陽能板的“玻璃幕墻”

圖13 呈直角三角形的側(cè)立面

圖14 南面的玻璃屋

4 結(jié)語

無論是恢宏大氣的整體化設(shè)計，或是聰明睿智的裝飾化表現(xiàn)，還是不顯山不露水的隱身化處理，都是太陽能技術(shù)在建筑上表現(xiàn)其美學(xué)價值的具體方式。眾多優(yōu)秀作品及其設(shè)計思路，作者不能一一贅述，只能通過分析幾個案例對本課題進行初步探究，展示太陽能技術(shù)可以帶來的裝飾美感。希望設(shè)計師能對其積極地并不斷創(chuàng)新和發(fā)展，因為如此結(jié)合節(jié)能環(huán)保新技術(shù)設(shè)計的建筑作品，才是真正有益于人類發(fā)展的“綠色”藝術(shù)品。

［1］ 張樹君.太陽能與建筑一體化［J］.居業(yè)，2011(8):49-50.

［2］ 錢偉辰.臺灣高雄太陽能體育場［J］.城市建筑，2010(11):79-82.

［3］ 侯 易.托馬斯赫爾佐格的生態(tài)建筑［J］.裝飾，2008(6):74-75.

［4］ 趙國靖，趙敏榮.上海世博會太陽能光伏建筑［J］.建設(shè)科技，2010(12)，46-49.

［5］ http://www.chinagb.net/zt/jishu/taiyangneng/anli/20101015/70933.shtml.

［6］ http://www.archdaily.com/282880/zcb-zero-carbon-buildingronald-lu-and-partners/.

［7］ http://www.ksheji.com/jianzhu/3945.html.

［8］ http://www.herzog-und-partner.de/english/projects/projects_-_house_regensburg.html.

［9］ http://www.archdaily.com/196785/canmet-material-technology-laboratory-diamond-schmitt-architects/.

［10］ http://www.archdaily.com/89665/colorado-court-brooks-scarpa/.

［11］ http://baike.baidu.com/view/3487840.htm?fromId=472480＆redirected=seachword.

［12］ http://wenku.baidu.com/view/a9a17037ee06eff9aef80762.html.

［13］ http://www.szsolar.org/article-en1.php?id=2674.